杨 成，吴 勇，姜文涛，张向阳

（1.云南建投建材科技有限责任公司，云南 昆明 650217；2.云南省建筑科学研究院，云南 昆明 650223；3.云南省岩土工程技术研究中心，云南 昆明 650223）

0 引言

“十三五”“十四五”期间国家加大了云南基础建设的投入，尤其是高速公路网的建设如火如荼。云南高原山区，其地形复杂，高速公路的修建伴随着大量的隧道工程，隧道工程的质量控制也尤为重要，应对后期的运营期病害提供前期保障［1］。

相关学者开展了隧道质量检测研究工作，取得了较好的研究成果。李兴［2］在隧道衬砌滨海检测中采用了探地雷达识别技术，舒志乐［3］对隧道衬砌雷达检测空洞进行了正反演研究，赵常要等［4］研究了使用雷达检测隧道质量过程中存在的桩号偏差问题，丁亮等［5］研究了雷达检测隧道衬砌混凝土过程中的成图质量问题，尤相骏等［6］采用了一种高密度三维激光扫描仪的高精度快速全断面检测新方法对隧道衬砌进行检测。

本文针对某隧道二衬多个断面采用了探地雷达法、激光扫描法和钻芯法 3 种测试手段进行了衬砌厚度对比试验，并对数据误差进行了分析研究，为后续隧道检测工作提供理论依据和参考。

1 工作原理

1.1 探地雷达法

探地雷达法（Ground Penetrating Radar）是通过发射并接收电磁波，来确定探测目标内部特征的一种探测技术。如图 1 所示，在进行探测时，屏蔽天线向目标发射脉冲电磁波，当电磁波入射波在不同介质中传播时会发生反射、折射、透射，介质的电性差异越大，其反射越明显。同时，屏蔽天线可以接收电磁波反射信号，电磁波的双程走时被地质雷达主机记录，通过求取电磁波在介质中的传播速度就确定了雷达的探测深度。探地雷达法具有测试速度快，测试结果受二衬内部钢筋及分析人员影响较大。

图1 探地雷达工作原理示意图

1.2 激光扫描法

激光扫描法采用的是极坐标法。如图 2 所示，将激光断面扫描仪立于隧道中轴线，以等角或等距模式旋转仪器发射激光，获取测点坐标位置，将测点相连即可得到隧道支护系统的轮廓线。测试二衬厚度时，先后采集同一位置初支和二衬表面轮廓线，通过计算机软件计算前后轮廓线距离，即为二衬测试厚度值。激光扫描法测试速度较慢，测试结果受仪器架设位置影响较大。

图2 激光扫描仪工作原理示意图

1.3 钻芯法

钻芯法是利用专用钻机直接从隧道二衬上钻取圆柱体混凝土芯样，并根据芯样长度和钻孔的深度来评定二衬厚度的一种直观、可靠破损测试方法，可作为无损检测结果验证。该方法具有一定的破坏性，测试结果最为准确，需控制好钻进方向，防止偏位，其检测速度较慢，不适于用作隧道二衬厚度的普查。

2 工程概况

排坝隧道位于云南省迪庆州香格里拉县虎跳峡境内，为左右分离式隧道，内轮廓净空宽度为 11.0 m、净空高度为 7.1 m，主洞采用半径为 5.5 m 的单心圆衬砌断面，左右幅隧道测中线距离 34～40 m。右幅隧道起止点桩号为 YK 59+111.79～YK 60+814.96，全长 1 703.17 m，隧道最大埋深约为 305 m；左幅隧道起止点桩号为 ZK 59+162.04～ZK 60+865，全长 1 702.96 m，隧道最大埋深约为 347 m。本次测试的二次衬砌拱、墙、仰拱厚度设计值均为 50 cm。

3 设备的选取及测线布置

探地雷达法现场测试采用 SIR-4 000 型探地雷达+400 M 屏蔽天线，如图 3 所示，测线布置沿隧道线路方向，分别在拱顶、两侧拱腰及两侧边墙上布设 5 条测线（平行于隧道中轴线）。

图3 雷达测线布设示意图

激光扫描法现场测试采用 DJSD 3 激光隧道断面检测仪，仪器测距精度 ±1 mm，测角精度 ± 6′。选取里程桩号在隧道中轴线上进行标记，隧道防水板安装前进行初期支护表面轮廓线扫描，二衬衬砌完成后进行二衬轮廓线扫描。

钻芯法采用 HZ-168 手提支架两用式混凝土取芯机，选取探地雷达测试布置位置进行。

4 检测结果分析

由于本次隧道二次衬砌钻芯仅开展了 YK 60+253、YK 60+263、YK 60+273 断面检测，本文探地雷达法及激光扫描法检测数据结果对应列出。

4.1 探地雷达二次衬砌检测结果

YK 60+253～YK 60+273 探地雷达部分图像如图 4、图 5 和图 6 所示，衬砌厚度检测结果如表 1 所示。

表1 YK 60+253～YK 60+273 探地雷达二次衬砌厚度统计

图4 YK 60+250～YK 60+260 二次衬砌厚度右边墙雷达图像（测线 5）

图5 YK 60+250～YK 60+260 二次衬砌厚度左拱腰雷达图像（测线 2）

图6 YK 60+250～YK 60+260 二次衬砌厚度左边墙雷达图像（测线 4）

4.2 激光扫描二次衬砌检测结果

YK 60+253～YK 60+273 部分激光扫描图像如图 7～图 9 所示，衬砌厚度检测结果如表 2 所示。

表2 YK 60+253～YK 60+273 激光扫描二次衬砌厚度统计

图7 YK 60+253 激光断面扫描（单位：m）

图8 YK 60+263 激光断面扫描（单位：m）

图9 YK 60+273 激光断面扫描 （单位：m）

4.3 钻芯法二次衬砌检测结果

由于 YK 60+253 左拱腰、YK 60 +263 右拱腰位置二衬衬砌混凝土钻芯过程中出现偏位情况，根据实测结果进行了角度修正，YK 60+253～YK 60+273 钻芯法检测厚度统计如表 3 所示。

表3 YK 60+253～YK 60+273 钻芯法二次衬砌厚度统计

4.4 检测结果分析

通过采用三种方法对 YK60+253～YK 60+273 三个断面的二次衬砌厚度进行检测，发现检测结果均满足设计厚度值，激光扫描法和钻芯法测试精度较探地雷达法要高，且两者的测试结果平均值非常相近，探地雷达法与两者的测试结果平均值误差在 1 cm 范围内。钻芯法是最为准确的检测方法，以钻芯法测试结果为标准物，探地雷达法测试误差为“-2.5～+4.7cm”，激光扫描法测试误差为“-0.7～+1.1cm”。探地雷达测试结果测试误差较大处主要集中在左边墙，主要原因该位置处安装了通风管道及其他附属设置等影响雷达信号的采集；激光扫描法原则上应该与钻芯法结果完全吻合，但由于现场隧道中轴线（隧道中轴线为曲线）与设备扫描断面仪器架设方向难以达到完全垂直，测试结果存在较小误差。

5 基于钻芯法的检测结果修正

探地雷达法在隧道二次衬砌检测中使用频率最多，且其工作效率快，采用现有的数据，通过钻芯法对探地雷达法检测结果平均值进行修正，同一隧道及其他支护参数相同的隧道可采用。

定义关联函数见式（1）：

根据上述公式排坝隧道修正后的探地雷达法检测二次衬砌厚度平均值公式见式（2）：

6 结论

1）以钻芯法测试结果为标准物，探地雷达法具有测试速度快，测试结果受二衬内部钢筋及分析人员影响较大，其测试误差为“-2.5～+4.7cm”。

2）以钻芯法测试结果为标准物，激光扫描法测试速度较慢，测试结果受仪器架设位置影响较大，其测试误差为“-0.7～+1.1cm”。

3）钻芯法为破损检测，测试结果最为准确，需控制好钻进方向，防止偏位，其检测速度较慢。

4）建立了以钻芯法为标准物的探地雷达法检测结果平均值进行修正公式，同一隧道及其他支护参数相同的隧道可采用。Q