浅析公路工程隧道检测的相关问题
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摘 要:公路是经济的血管。每个地区的经济发展，离不开便利的交通运输，而公路是最广泛、最便捷的运输渠道。随着经济的发展，我国公路的快速建设，山区、丘陵等复杂地形路段的隧道工程也越来越多，公路隧道的建设成为现代交通建设中一个重要项目。通过对隧道在停工期间衬砌缺陷、断面内轮廓、衬砌厚度及壁后不密实带的检测，并结合FLAC数值模拟，对该隧道进行了安全性评价。本论文分析了公路隧道的常见质量问题，并针对各种隧道检测技术进行了探讨研究。
关键词:安全评估；数值模拟；检测
中图分类号：C35文献标识码： A
1公路工程中试验检测的概念和作用
1.1公路工程中试验检测的概念
加强试验检测是一项尤为重要的工作，它直接影响着工程质量的优劣，只有通过科学的检测与试验手段、严密的工程监理才能为公路工程质量评价提供准确的、科学的依据。公路工程中试验检测的概念需要从三个方面着手：一是对施工用料的检测，即要弄清楚相关材料是否齐全，并弄清楚相关材料之间的搭配和质量问题；二是对工程质量的检测，标准试验的结果将直接影响施工质量的跟踪检测结果；三是对施工质量的跟踪检测，跟踪检测面比较广，主要是中心线、压实度和水泥混凝土的抗压、抗拉能力等，这些都需要按照公路工程的质量检验评定方法，每一分项工程的实际测试项目都是施工质量检测的依据。
1.2公路工程中试验检测的作用
在公路工程的质量控制体系中，试验检测是一项尤为重要的工作，它直接影响着工程质量的优劣，只有通过科学的检测与试验手段、严密的工程监理才能为公路工程质量评价提供 准确的、科学的依据。
1.2.1在对于原材料的选择中，同样可以通过这样一种手段来进行相关的评价与选择。可以说，有了这样一种评价体系，就可以对任何材料进行的鉴定和评价，而这，对于质量要求较高的高速公路工程来说是非常必要和关键的。
1.2.2通过试验检测手段来实现对于工程质量有效控制和各项相关指标的有效控制。该工程成功与否，与其中每一步的评定结果都息息相关，如在施工过程中的质量评价和竣工后的鉴定验收等。总之，试验检测是一种科学有效的检测方法和手段。
1.2.3可以通过这样一种手段来实现对新技术、新工艺和新材料的推广。这是因为一个新的技术、工艺或者材料想要投入实际的工程应用，就要有相关的质量保证或者是可行性保证，而这一保证需要由试验检测来提供。事实上，通过这样一项有效的措施来及时有效的对新工艺、技术或材料进行检验，对于其尽快的推广和投入使用都是有帮助的，很大程度上保护了新技术和工艺的先进性和时效性。这对于整个行业的推动都是既有裨益的。
2.1 检测项目和方法
（1 ）衬砌缺陷和渗漏水检查
检查采用步行方式，配备必要的检查工具或设备，进行目测或量测检查。主要采用目测配合钢卷尺、皮尺和宽度观测仪等量测设备，对洞口、衬砌等进行外观检查，包含衬砌裂缝形态和分布、混凝土外观缺陷、渗漏水分布及程度等。
（2）隧道断面内轮廓检查
使用瑞士徕卡TPS1200 隧道断面仪，断面检测根据现场的实际情况，每20m测量一个断面，对于病害严重部位酌情加密，通过对已完成二衬和初衬部分隧道断面进行量测，判定其是否满足设计断面轮廓要求。
（3 ）衬砌厚度、空洞及不密实带检查
采用瑞典 M A L A 公司生产的RAMAC 型地质雷达，根据场地的具体情况以及隧道各部分在结构受力方面的重要性，原则上在每个隧道应分别在拱顶及左右拱腰各布置一条测线，但由于检测施工条件的限制，在隧道桩号K6+790～K6+798布置了拱顶及左右拱腰测线，并在已建成部分全长范围左右边墙布置长测线。同时在测线上选取典型位置钻孔取样，并对钻孔取芯衬砌厚度与设计衬砌厚度以及用雷达分析的厚度进行对比，分析实际衬砌厚度是否满足设计和稳定性要求，同时检测初衬壁后空洞与密实状态。
2.2 检测结果及分析
（1 ）衬砌外观检查结果及分析通过检查，在已做好的初期支护中，存在2处渗水，分别位于K6+640整个拱圈内和K6+658左拱腰至左墙脚范围内，且渗水面积均大于5m2,并且整个洞身存在喷浆不均匀现象。原因在于隧道开挖中产生松弛地压，围岩不能承受自重，而作为荷载作用在衬砌上，当承载力不足时在局部有张开性开裂趋势，并且由于施工的不合理超挖，衬砌背后产生空洞，空洞不仅使围岩松弛程度和地压增加，也阻碍了被动土压力的产生，由此导致了局部漏水现象。由于本隧道的排水系统还不完整，地下水位会上升产生水压使围岩和衬砌劣化。
3 隧道受力变形数值模拟分析
本文计算采FLAC2D软件对已建成隧道部分进行模拟，然后根据《公路隧道设计规范》进行结构承载能力进行复核。在不同围岩条件和支护结构条件下，分别对隧道结构未完全建成时进行位移分析和稳定性评价。
3.1 模型建立
模型建立时对实际情况进行了部分简化，根据巷道开挖的影响范围一般是 5D（D 是巷道跨度或巷道直径）。这里巷道跨度大约为76m，巷道开挖的影响范围是3 8 m。因此模型的上方取至山顶，左右方各取 38m，下方 12m，模型尺寸为宽×高=76m ×70m。模型边界采用齐次边界条件，上部边界取为自由面，下部边界取为固定边界，左右边界岩体沿着X方向的位移被约束。工型钢支架采用梁单元模拟，混凝土喷层采用 l i n e r 单元模拟 。
3.2 基本假定和相关参数选取
采用地层- 结构模型，按照平面应变问题处理，以下假定：
(1) 对岩层材料采用理想弹塑性模型和Mohr-Coulomb 屈服准则，大应变变形模式，结构材料均采用线弹性本构模型 ；
(2) 根据地质资料，假定地表面和各土层均呈匀质水平层状分布；
(3) 不考虑岩体的构造应力场，只考虑自重应力场；
(4) 钢架各节点均为刚性节点，不考虑支架的节间搭接部分；
3.3 计算结果分析
在围岩应力分析中采用全断面一次性开挖，通过对已支护结构和围岩的相互作用分析，得出Ⅳ级围岩中的应力云图、位移云图和塑性区图如图 1 ～6 所示。从围岩应力云图可以看出，在隧道目前施工完成的结构中，两腰应力集中，最大为 3.0e6Pa；从位移云图中看出，顶板为7.5mm，底板为7.5mm。底板位移之所以比顶板大是因为本隧道支护为钢架全封闭支护，上部应力通过钢架传到底部，大部分由钢架底部承担，如不加以控制很容易造成底板低鼓，这恰与设计中底板填145mm 混凝土控制底板变形片石相符。顶板没有出现塑性区，两腰处塑性区为8.00m，底板不存在塑性区。
4 隧道停工期间维护建议
根据工程的特殊性和现场情况，结合隧道本身已经表现出来问题，在停工期内为保证安全，建议采取以下措施：
(1) 对在Ⅴ级围岩区检测到的两处渗水, 要及时进行排堵整治，对于线渗漏采用导管法，即在衬砌表面装上平行管或在漏水处补V形或U型槽，而后用管材或合成橡胶等整形材料进行导水；对大面积的渗漏进行喷射砂浆，及适当考虑两种方法综合治理，为停工期间及隧道完全建成后消除安全隐患；
(2) 由于隧道Ⅳ级围岩区存在普遍存
在的初次支护喷浆不均情况，应喷射补充均匀，以防止二衬做后拱背留有空洞，对较大的超挖区和衬砌背后不密实区应进行注浆加固处理；
(3) 根据模拟分析，最大弯矩值和轴力值进出现在曲墙墙脚处，最大位移出现在地板处，因此建议在停工前补设仰供，并完成底板片石混凝土的充填；
5 结束语
无论对运营隧道还是建设中隧道，都要坚持预防为主，早发现、及时维护的维修管理理念。特别是对未建成隧道：初衬是否均匀，本身结构是否存在缺陷，以及是否存在渗漏水现象，对二次支护后是否能安全运营有着重要的意义。
根据检测结果，隧道的渗漏水位置、衬砌背后空洞或不密实带、以及衬砌厚度不足位置基本相对应，因此要求在隧道施工中，应合理控制超挖，以防背后产生空洞，从而导致一系列安全隐患。
用 FLAC2D 能有效地分析围岩的应力分布和预测拟建隧道对支护结构产生的变形影响，本文以未建成隧道为背景进行数值模拟，证实这种安全评估方法的可行性，并为此工程
提出关注重点。即应重点关注应力集中带，及受力不平衡区域。对其在停工前应做好充分的强度保障，如增设仰供，充填混凝土底板等。
参考文献
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