周仲 张爱茹

摘 要：在开展隧道二次衬砌施工建设的过程中，其施工过程往往会受到多种因素的影响和干扰，导致运营隧道衬砌病害问题层出不穷，为后续工程项目建设埋下了诸多安全隐患，传统的人工检测技术整体效率较低，并且需要现场技术人员根据自身经验对病害问题进行主观判断，导致整体判断水平和判断结果差强人意。现代化的隧道衬砌检测技术已逐步应用高效精准快速的无损检测技术，相关技术团队对运营隧道衬砌的常见病害和专业检测方法进行了系统性的研究，并根据隧道的实际建设表现和内部整体状态，全面分析了现代化隧道无损检测技术应用现状，开创了新型的隧道检测装备，推动我国隧道检测技术的持续良性发展。

关键词：衬砌病害;无损检测;快速检测装备

中图分类号：U456;U457.2 文献标识码：A

0 引言

在我国社会经济发展过程中，基础设施建设日趋完善，公路行业发展迅速。它已成为世界上隧道里程和数量最多的国家。中国幅员辽阔。在公路工程项目的施工过程中，施工质量很容易受到气候、地质灾害等因素的影响。隧道在施工和运营过程中，容易出现各种形式的病害，其中衬砌开裂、漏水等问题最为严重。本研究分析了国内外隧道无损检测技术和快速检测设备的研究与应用，从而识别运营隧道的安全风险，为确保隧道长期安全稳定运营提供支持。

1 运营隧道衬砌常见病害

首先相关技术团队要充分了解运营隧道衬砌结构当中较为常见的病害问题，以及其产生的主要原因。运营隧道拱墙衬砌病害问题较为常见，该问题将直接关乎到隧道安全结构的实际稳定性，需要相关检测人员的着重关注。通常情况下，运营隧道较为常见的衬砌病害为衬砌开裂、衬砌空洞、厚度不足，变形超限，渗水漏水等问题。产生这类衬砌病害的主要因素是地质条件，施工以及设计缺陷、运营环境和自然灾害等方面的因素干扰。衬砌背后空洞和衬砌厚度不足，主要是由于施工和运营过程当中管理效果较差导致的。衬砌渗水漏水往往受到环境的因素影响。而衬砌结构的开裂是由于衬砌混凝土结构逐渐劣化的一种直观呈现。并且，不同的病害问题往往会共同发生，在不同病害的作用下，极大的降低了隧道结构的稳定性，无法保障隧道的实际使用性能以及实际运营安全性。

2 隧道病害无损检测技术

某高铁隧道施工里程DK165+964（运营里程K174+486

对应轨道板板号为L27574）处，两线间靠近上行侧拱顶，敲击后出现掉块，约0.3 m2，经过现场目测，掉块处朝大里程方向附近约有7 m2脱空，沿线路方向宽1.7 m，从拱顶中心线延环向两侧各2 m，设计断面衬砌厚度为50 cm，脱空部位最薄衬砌厚度为5 cm，脱空部分成倒梯形（图1）。

2.1 表观状态检测技术

首先，对運营隧道衬砌结构表面进行动态观察，能够发现结构表层的裂缝病害，而裂缝病害往往是隧道衬砌结构病害问题当中的重要内容。基于裂缝走向与隧道纵向的实际关系，可将结构表层裂缝病害分为纵向裂缝，环向裂缝，以及斜向裂缝三种类型。这三种类型当中的纵向裂缝危害最大，将直接降低隧道结构的实际牢固性。在当前技术背景下，相关检测人员对于隧道衬砌表观状态的检测，主要是运用图像处理技术以及三维激光扫描技术进行检测，能够有效提升检测结果的准确性。

2.1.1 图像处理技术

图像处理技术，在实际应用的过程中，通过以电荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）相机为核心的图像采集系统，能够对隧道衬砌表面结构进行连续高效的信息采样，并借助系统当中的信号转换器，将其转换为计算机能够识别保存分析的信息，再通过图像的处理，提取到与隧道裂缝相关的复信息，从而判断出隧道病害的实际状况与具体程度。相关技术人员提出了一种基于图像处理的隧道表面裂缝检测算法以及宽度测量算法，能够大大提升隧道衬砌裂缝的识别效率以及识别精准度，同时图像处理的研发团队也对裂缝图像的处理过程进行了相应的优化，弥补了采集设备不稳定和外部环境复杂性造成干扰的影响。我国某大学专业技术团队利用相机以及各类设备，提出了现扫描检测方法，实现了隧道衬砌裂缝状态的全面分析。

2.1.2 三维激光扫描技术

在运用三维激光扫描检测技术的过程当中，需要相关技术人员运用检测车的激光扫描设备对隧道衬砌表面发出螺旋式激光射线，从而实现隧道衬砌表面裂缝状况的检测，根据结构表面的反馈信号，进行相应的数据分析，得到较为准确的三维坐标，随后便会形成裂缝的灰度图像，再应用数字图像技术，可以为检测人员较为直观的呈现出隧道表面存在的裂缝等病害实际图像。

2.2 内部状态检测技术

对于混凝土衬砌结构内部的缺陷问题，运用内部状态的检测技术进行缺陷检测，例如衬砌脱空、混凝土强度变差等变化。混凝土衬砌内部缺陷其实际表现较为隐蔽，需要应用较为专业的病害检测技术以及检测设备，对其内部进行全面的检测，科学合理的应用探地雷达技术以及冲击弹性波技术，可对隧道衬砌内部病害进行有效检测。

2.2.1 探地雷达技术

在应用探地雷达（Ground Penetrating Rada，GPR）技术进行衬砌结构内部病害问题检测的过程中，相关技术人员会发射出电磁波脉冲和测量界面的反射波，再根据电磁波脉冲和反射波的反馈时间，对混凝土强度进行评估。当电磁波到达不同的物质边界时，其部分波能会被反射，其余的部分波能传输到正在进行的介质当中。通过发射电磁波脉冲进行数据收集，能够有效探查物质边界的深度和类型，并通过雷达图的形式显现出来。例如密度较差、脱空等病害会随着介质的变化，再根据雷达图电磁放射波的分析，对混凝土钢筋以及钢拱架，围岩空气层，含水层等病害进行全面的评估。相关技术团队对于探地雷达技术在隧道衬砌缺陷检测当中的实际应用进行了有效分析，同时部分专业人员也对地下工程地质雷达超前探测领域进行了系统性的研究，从而大大提升了运营隧道车载探地雷达快速检测方式的实际检测准确度和检测效率。

2.2.2 冲击弹性波技术

冲击弹性波技术在隧道衬砌内部病害检测过程当中应用较为广泛，主要是利用激振锤激发产生弹性波的原理。弹性波会和衬砌内部混凝土结构产生共振作用，對其共振频率进行分析，计算出混凝土缺陷位置以及裂缝状况，同时根据振动产生的应力波传导方向，可划分为纵波、横波以及瑞利波，冲击弹性波和振动能够直接反映出混凝土结构缺陷程度以及应力作用状况。

3 隧道检测装备

在开展现代化运营隧道检测工作的过程中，隧道的病害检测不仅需要较为先进的检测方式和检测技术，同时还需要配备与之相匹配的检测仪器设备，通过二者的共同作用下，才能保障检测过程的有效性和通用性。借助各类巡检设备开展各类病害检测工作，实现综合智能化的检测状态，是未来隧道衬砌检测工作主导方向。

3.1 无人机

应用无人机设备，具备较为高效的巡查效果，被广泛的应用在各个领域当中，其整体结构体积较小，可搭载不同规格的传感器，实际操作极为简便，能够快速准确的收集数据信息，同时也能够将数据实时的传输到数据处理平台。而数据平台一旦发现异常状况便可作出相应预警，动态化的监测隧道病害信息。部分西方发达国家已经将无人机设备应用在了地铁系统维修的工作当中，有效的对地铁隧道进行全面巡查。

3.2 巡检车

在实地隧道检测工作开展的过程中，移动检测设备往往具备更高的检测效率，可广泛的应用在各个环境当中。相关技术人员可在移动设备当中搭载专业的检测设备，例如ccd相机，探地雷达，激光扫描仪，对隧道病害进行精准检测，同时根据设备，相对应的算法软件，从而对各类数据信息进行有效分析，及时的得到检测结果。

4 总结

相对于传统的检测方式，无损检测技术具备更高的效率以及更强的精准度，不会对隧道衬砌结构本身造成损害，但在实际应用过程当中存在一定的弊端。例如图像处理技术在自动化识别方面存在欠缺，而三维激光扫描检测技术，整体检测速度较慢，探地雷达技术的图像解译过程需要较强的主观猜想，导致最终的辨识精准度效果不佳。随着5G时代的快速发展，相关技术部门要推动无损检测技术的智能化、自动化、以及集成化发展，从而形成一套综合性的快速检测手段，为未来隧道检测领域的研发和进步奠定良好基础。

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