隧道病害专项检测方案

高速公路隧道定期

检测方案

目 录

1、隧道定期检测的必要性 ............................ 1 2、检查内容 ........................................ 1

2.1、地质雷达探测 ............................... 1 2.2、建筑侵限检测 ............................... 6 2.3、隧道结构外观质量检查 ....................... 8 2.4、衬砌混凝土表面强度检查 ..................... 9 2.5、衬砌钢筋锈蚀检测 .......................... 10 2.6、钻孔取芯检测 .............................. 10 3、其它注意事项 ................................... 11 4、投入人员情况 ................................... 12 5、投入设备情况 ................................... 12 6、价格概算清单 ................................... 13

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贵州高速公路隧道定期检测方案

1、隧道定期检测的必要性

近十余年，随着我国公路交通建设的大发展，我国新建了大量的隧道投入运营使用。隧道是一个特殊的工程结构物，其自身结构和周围地质环境相互作用的特点决定了其受力的复杂性，因此，隧道养护比一般路桥工程养护要求高，技术较为复杂，具有一定的特殊性，需要进行专门的科学养护和管理，才能保证隧道的安全运营。

根据我国对运营近十年公路隧道的调查显示，已建隧道普遍存在不同程度的衬砌裂缝、变形以及渗漏水等病害，对隧道的健康状况进行全面定期检测与养护势在必行。通过定期检测，应系统掌握隧道结构的基本技术状况，合理评定隧道的功能状态，为下一步的养护提供依据。

为系统掌握隧道的健康状况，调查清楚隧道存在的病害情况与隐患，为后期的养护治理提供有力依据，根据我单位检测的工程经验和《公路隧道养护技术规范》（JTGH12-2003）的要求，制定该检查方案。

2、检查内容

2.1、地质雷达探测

2.1.1探测范围

检测时在各检测隧道段的拱顶、拱腰以及边墙3个部位分别布置检测剖面，共5条测线，拱顶为各隧道的正顶部附近、拱腰为隧道的起拱线以上1m左右，边墙为隧道的排水沟盖板以上2m左右，如图1所示。

拱腰测线

拱顶测线

拱腰测线

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图1 地质雷达测线布置图

2.1.2探测内容

(1)、二衬厚度、混凝土密实度情况；

(2)、钢支撑的位置、间距、深度等布置情况； (3)、衬砌背后空洞大小及分布情况； (4)、衬砌背后赋含水分布情况 。 2.1.3探测要求

(1)、探测深度：衬砌外表面向围岩深处1.0m内。 (2)、钢支撑：检查是否按设计要求布置。

(3)、拱背空洞：检测空洞提供起止桩号、深度和充填情况。 (4)、衬砌混凝土：检查衬砌混凝土厚度和密实情况。 (5)、拱背含水：检查围岩渗流水或地下水对衬砌的侵害。 2.1.4、检测仪器与检测原理

检测采用了美国地球物理探测设备公司(GSSI)生产的SIR-3000型地质雷达。由于衬砌围岩之间存在着物性差异;缺陷部位混凝土被水或空气充填时，与密实的混凝土的物性也有明显差异。因此，可以采用地质雷达法对隧道的支护和衬砌混凝土质量进行检测。

图2 SIR3000型地质雷达

检测原理：探地雷达是通过天线将脉冲雷达波发射入被测物体，由接收天线接收不同物理性质物体的界面反射的雷达波，据此进行探查。

实测时将探地雷达的发射和接收天线密贴于衬砌表面，雷达波通过天线进入混凝

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土衬砌中，遇到钢筋、钢质拱架、材质有差别的混凝土、混凝土中间的不连续面、混凝土与空气分界面、混凝土与岩石分界面、岩石中的裂面等产生反射，接收天线接收到反射波，测出反射波的入射、反射双向走时，就可计算出反射波走过的路程长度，从而求出天线距反射面的距离D。

D=V·△t/2

式中：D 为天线到反射面的距离；V 为雷达波的行走速度；Δt为雷达波从发射至接收到反射波的走时，用ns (纳秒，1 ns=10-9秒)计；可以用几何光学的概念来看待直线传播的雷达波的透射和反射。

V=C0/ε1/2

其中：C0 为雷达波在空气中的传播速度─30cm/ns；ε为介电常数，由波所通过的物质决定。即物体中的雷达波速由其介电常数决定。 如空气的ε

空气

=1，水的ε

水

=81，

混凝土的ε在4～6之间。实际上，雷达波之所以会在物体界面产生反射，是因为界面两侧物质介电常数不同。

图3 雷达探测原理示意图

雷达天线可沿所测测线连续滑动，所测的每个测点的时间曲线可以汇成时间剖面图像。从一个测点的反射波时间曲线上去判别哪一个波反映什么是困难的，但多个测点资料汇成的时间剖面，各测点接收到的同一反射面的反射波汇成一定图像，就能直观地反映出各种不同的反射面。例如，一个与测量平面近于平行的反射面，如衬砌的外缘面，在时间剖面上就是与时间0基线近于平行的线；衬砌与岩体交界面的起伏（反映了衬砌厚薄变化）表现为有起伏的图像；钢质拱架的反射图像可能是一双曲线，在彩色或黑白灰度的图上也可能呈现一个个圆点；突入衬砌中的小块岩石、衬砌背后的

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空洞、两层衬砌间的空隙则多呈双曲线图像。根据这些图像即可辩别不同的物体。时间剖面图像是探地雷达成果的基本图件，其横座标为测点位置，纵座标为雷达波反射时。可以用黑白波型图像（波形图变面积黑白显示）、黑白灰度显示、彩色色块显示等形式。

2.1.5、检测方法 ① 测线布置

测线布置如图1所示，在隧道走向上，连续检测5m打一次测量标记。 ② 仪器设备的参数选择

雷达是通过天线发射和接受雷达波的。频率高的天线发射雷达波主频高、分辨率高，但穿透深度小；频率低的天线发射雷达波主频低、分辨率低，但是穿透深度大。若选用600MHz天线作为工作天线，它的波长约为20cm左右，检测30～50cm厚的衬砌背后的空洞和深1～2m的坍方有足够的分辨率；采样最大时窗若为40ns，可探测1.5～2m深。但为探查坍深达5m以上的坍体情况，就要选择低频的天线，例如200MHz的天线。其发射和接收的波长约4～5m,分辨率较低，但采样时窗可设定在200ns以上，可探深7～8米。具体使用时可根据初期支护的情况和二次衬砌的厚度选用600MHz或900MHz的天线。 ③ 现场数据采集

雷达检测时，需将发射和接收天线与隧道衬砌表面密贴，沿测线滑动，由雷达仪主机高速发射雷达脉冲，进行快速连续采集。为此，需使用工作台架，便于将天线举起密贴衬砌。天线沿测线以1～3km/h 左右的速度滑动。为此，利用装载机或反铲挖掘机搭设工作平台。若雷达每秒发射20个脉冲，检测时天线的行走速度为0.56m/s（2km/h），则每米有测点35个，点距约3cm；

雷达时间剖面上各测点的位置要和隧道里程相联系。为保证点位的准确，在隧道壁上每5m作一标志，标上里程。当天线对齐某一标记时，由找点人员通报雷达仪器操作员，操作员立即向仪器输入信号，在雷达记录中每5～10m作一标记。内业整理资料时，根据标记和记录的首、末标及工作中间核查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程。

④ 雷达波速的测取

雷达波速是计算衬砌的最重要参数。因隧道衬砌的施工及用料情况以及钢拱架和

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钢筋网的密度不同，喷射混凝土中雷达的传播波速有一定的变化范围，因此，现场实测雷达波在衬砌中的走行速度是重要的数据参数。

测波速的方法是：在已知隧道衬砌支护厚度处实际丈量衬砌厚度D，再作雷达短测线测取衬砌底面雷达反射波走时△t，反算出V与ε 。

V=2D/△t ε=(C0/V)2

式中：V 为实测的雷达波速；D 为衬砌实际厚度； Δt为实测反射时；C0 为在空气中的雷达波速—30cm/ns；ε为实测介电常数值 ⑤ 检测数据分析与结论提交

为获得雷达探测的结果，需要对雷达记录进行处理与判读，判读是理论与实践相结合的综合分析，它是资料解释的基础。数据分析的基本步骤为：首先通过 FFT 变换分析，然后采用数字滤波、反滤波、偏移等处理手段压制随机的和规则的干扰波，突出有用的信息。根据处理后的雷达图象，通过对检测波形的时间剖面、波形及振幅的变化规律的对比分析，对壁后空洞及混凝土密实情况、壁后回填情况进行综合评判。

原始数据 制成时间 剖面，显示 打印彩色 时间剖面 现场原 始记录 处理 选择图纸参数 标记隧道名、测线、里程等 依据设计资料和地质资料 调出彩色时间剖面图，显示 在时间剖面上 划定衬砌界面 汇编彩色时间剖面 统计列表、绘大坍方断面图 计算衬砌厚度或大坍方的外轮廓面 圈定钢筋网后垫片石和空洞处和坍方位置 5

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图4 数据处理流程图

在进行数据处理时应注意以下几点： A:分析反射波的振幅与方向； B:分析反射波的频谱特性；

C:分析反射波同相轴形态特征，确认那些属同相轴；

D:根据反射波的高、低频率特征，追踪同相轴和分界点，确认不同介质的分解面； E:根据空洞的波形特征确认衬砌支护背后是否存在空洞； F:根据波形的杂乱、同相轴错断情况，确认是否属于不密实；

最后，检测人员根据地质雷达的检测结果，结合隧道施工工艺及相应的验收评定标准，实事求是地提交检测结果报告。

2.2、建筑侵限检测

2.2.1、检测内容

隧道横断面内轮廓变形情况。 2.2.2、使用检测设备及仪器

全站仪、激光断面检测仪等。 2.2.3、断面布置

衬砌断面轮廓检测按每隔50m一个断面进行布置。 2.2.4、仪器设备 (1)仪器用途概述

选用北京光电技术研究所生产的BJSD-2C型激光限界检测仪（隧道断面仪），本仪器主要用于对隧道断面的快速精确检测，特别在施工监测，竣工验收，质量控制等工作中能快速获得隧道断面数据。并可以用于对护坡挡土墙的验收检验，也可用于对山坡地形的快速扫描并通过与路基设计图的比对，计算出土石方量。以便于准确进行承包，发包的土石路基工程操作。

本仪器采用了专门设计的高精度的角度编码器和测距仪。使得仪器的基本性能有可靠保证。

本仪器在现场无须使用笔记本计算机，即可记录至少一百组断面数据。操作者可

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以在回到办公室后，输入到计算机中去，并在专为本仪器所开发的软件上进行数据处理、绘图及报告等操作。 同时也可以做到在检测时同时与计算机连接,做到边检测边显示检测断面，从而可以立刻显示数据和图形。

。

图5 BJSD-2C型激光限界检测仪

(2)主要技术指标

检测半径：0.2–45米

检测时间：自动检测约为1～2分钟一个断面

充电使用时间：一次充电不超过5小时即可连续使用6小时 检测精度：?1毫米

自动、定点检测时方位角范围：60～300度或30～330度 手动测头时方位角转动范围为；30度–330度

定位测量方式：具有自动测量仪高、垂直向下激光定心功能 每次纪录断面数：不少于100个断面（50个点一组测量断面） (3)使用条件

温度范围：- 10℃~ + 45℃ 湿度条件： ?85%

粉尘程度：基本清洁条件下使用、粉尘烟雾及水雾条件下亦可使用但须随时清洁。 (4)仪器的组成及特点

仪器由以下部分组成:

检测主机、测量控制器、三脚架、软件、外接电源盒等部分组成 仪器的特点如下:

(a)现场检测只需三脚架和主机即可，携带及操作方便。 (b)符合现场使用条件，具有防潮、抗烟尘、电池供电等特点。 (c)检测精度高，速度快，检测一个断面仅须1～2分钟。 (d)测量数据自动记录，存储空间大。

(e)无须交流供电，使用充电电池供电，携带方便。

(f)软件功能强大，操作简便，全中文界面，全面支持Win9X、WinXP、Win2000

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等操作系统。 2.2.5、测量方式

本仪器的测量方式分以下几种: (1)手动检测方法：

在手动检测方式中，可由操作者控制移动检测指示光斑随意进行测量和记录。

(2) 定点检测法：

可设置起止角度及测量点数等参数，仪器将按照所定参数自动测量并记录。 (3)自动测量法:

仪器依照内部设定的间隔,自动检测并记录数据。

2.2.6、仪器测量及其数据处理

利用水准仪和经纬仪或者全站仪把隧道洞内基准点引到需要测量的断面，该断面相对基点确定以后，对激光断面仪进行设置，分别选用上述三种方式对该断面进行测量，得到断面数据，利用计算机，并在专为本仪器所开发的软件上进行数据处理、绘图及报告等操作。 同时也可以做到在检测时同时与计算机连接,做到边检测边显示检测断面。

对实际断面与设计断面进行对比分析，以判断内轮廓断面是否侵限、变形。

图6 隧道断面检测软件界面

2.3、隧道结构外观质量检查

2.3.1、检查内容

(1)、洞口

洞口山体有无滑坡、崩塌的迹象，护坡、挡土墙有无开裂变形的情况。 (2)、洞门

墙身有无开裂、起层、剥落，结构有无沉陷、变形、开裂，混凝土有无缺损，钢

筋有无外露。 (3)、衬砌

衬砌有无裂缝、剥落，施工缝有无开裂错位，衬砌表面混凝土有无缺损，有无渗

漏水。

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(4)、路面

路面有无沉陷、拱起、错台、开裂、溜滑等。 (5)、检修道

道路与盖板有无缺损等。 (6)、排水系统

结构有无破损，边沟盖板是否完好，管道有无漏水，排水沟有无沉沙、积水等。 (7)、内装

内装层有无脏污、破损、变形等。 2.3.2、检查方法与工具

利用步行及高空检查车辅助方式和照明工具，采用目测和量测检查，并采用数码相机、钢卷尺、裂缝测宽仪等工具进行记录和测量，并对渗水点记录其位置、大小及测试PH值情况。

图7 高空检测车和裂缝宽度检测工作图

2.4、衬砌混凝土表面强度检查

2.4.1、检查内容

检测衬砌混凝土碳化深度，检测混凝土表面强度，与衬砌混凝土密实性检测的数据相互检验。

2.4.2、检查方法与工具

利用混凝土碳化深度测量仪检测碳化深度；利用超声波回弹仪测试表面强度，经过换算形成强度曲线，依据曲线评估出测区强度值。

图8 智能型混凝土回弹强度检测仪

2.4.3、断面布置

根据隧道衬砌混凝土表面质量进行选择检测断面，一般每隔20米设置一个检查断面，每个断面依据规范设置2个测区，每个测区设16个点。

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2.5、衬砌钢筋锈蚀检测

2.5.1、检查内容

衬砌混凝土内部钢筋的锈蚀状况。 2.5.2、检查工具

采用钢筋锈蚀检测仪进行无破损检测，图9所示为钢筋锈蚀仪与应用检测。

图9 钢筋锈蚀检测仪与工程检测

2.5.3、检查方法

采用电化学测定方法中的半电池电位法检测，检查断面50m设置一个，个别病害处增设测区。

一般在隧道的拱腰局部构件选择测区，在测区内画出测线网格和测点，测线的交

叉点就是测点，根据测点件电位差的情况对钢筋锈蚀情况做出定性评判。现场测试为电位梯度测试，不需凿开混凝土，点距为20cm。检测内容为该测区相邻测点的电位梯度。

2.6、钻孔取芯检测

2.6.1、检测内容

衬砌混凝土强度、厚度、拱背空洞及充填等实际情况，验证与核实地质雷达检测结果，为病害整治设计提供依据。 2.6.2、检测工具

主要使用混凝土取芯机、切割机、材料试验机等。 2.6.3、检测方法

首先在工程现场用取芯机钻取芯样，对芯样裂缝、分层、麻面或离析、各层厚度等情况进行检查与描述，然后按有关试验规程的方法和要求对芯样进行试件制作、养护与试验。

根据隧道病害的实际情况确定检测的断面，每一检测断面拟布置钻孔5个（也可

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根据断面衬砌混凝土实际情况增加或减少钻孔数量），断面钻孔布置示意如图10。必要时可根据需要和实际情况在了解衬砌混凝土强度的同时，钻孔深度可钻到围岩岩面以探明效验衬砌厚度、拱背空洞及充填、喷锚初期支护等。

该项目每个隧道选三个断面做取芯检测。

图10 钻孔取芯布置图

3、其它注意事项

在隧道质量检测与提交报告的过程中，应注意如下几点：

(1)、雷达检测时，需将发射和接收天线与隧道衬砌表面密贴，沿测线滑动，尽可

能匀速行走。

(2)、为了保证时间剖面上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，要认真地

做好里程标记工作，以及记录里程与实际里程的核对工作，保证检测结果的准确性和可靠性。

(3)、现场数据采集时，应特别注意核定采样窗口长度、核定增益点设置、显示效

果的选择，同时，应观测现场纪录，它是资料解释的基础。因为，检测中有些环境干扰信号被同时记录下来，，如不参考现场记录很容易错判，现场纪录的要点是把那些可能产生反射干扰的事物都记录下来，注明其性质、与测线的距离、位置关系等。

(4)、作为从事隧道的检测人员，仅掌握、熟悉雷达检测、数据处理是不够的，还

应充分了解隧道施工工艺，针对不同隧道应充分了解、分析衬砌与壁后回填介质及围岩的差异；同时应了解熟悉隧道设计施工及相应的验收评定标准。对检测结果应实事求是，既不夸大存在的问题，也不隐瞒存在的缺陷，能够阐述清楚的问题一定要透彻，不能阐述清楚的也应分析说明原因，以免造成不必要的误解。

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4、投入人员情况

拟投入检测技术人员 姓名 性别 年龄 学历 专业 职称 分工 5、投入设备情况

拟投入检测设备 设备名称 地质探测雷达 高频雷达天线 隧道激光断面仪 裂缝测宽仪 数码相机 超声波回弹测强仪 碳化测深仪 钢筋锈蚀测试仪 高空检查车 地质钻机 地质取芯机 万能试验机 打磨机

规格 产地 造价（万元） 数量 3 2 1 1 1 1 用途 测试衬砌及围岩相态 配合雷达 隧道断面变形测试 衬砌裂缝宽度测量 结构外观检测 混凝土强度测试 混凝土碳化检查 衬砌钢筋检查 拱顶综合检测 超前探测 钻取芯样 芯样力学试验 制备芯样 12

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6、价格概算清单

按2002年《工程勘察设计收费标准》中工程物探收费办法的规定和有关实际情况，报价计算如下：

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表速公路隧道检测价格概算表

序号 1 检查项目名称 单价 数量 金额 备注 雷达探测衬砌的完整性及其与围岩的结合情况，是否有结构隐患 隧道运营期需要对隧道实际内轮廓地质雷达探测费 12元/米 18871米 15×18871=226452 2 建筑限界检测费 300元/断面 77断面 300×77=23100 断面与设计内轮廓断面进行对比分析，以判断内轮廓断面是否侵限、变形 3 混凝土强度测费 60元/测区 350元/测区 220元/个 120元/个 60元/个 30元/米 378测区 60×378=22680 检测衬砌混凝土的质量和结构材料劣化程度 4 5 6 7 8 9 10

钢筋锈蚀检测费 钻孔取芯检测费 芯样制作费 芯样试验费 结构外观检查费 封路措施费 检测报告编制费 154测区 90个 90个 90个 3774.2 350×154=53900 220×90=19800 200×90=10800 60×90=5400 30×3774.2=113226 25000 3000 检验雷达测试结果 隧道结构物所有构件的质量检测 1

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11 单位管理费 总计 16% 503358×16%=80537 503358+80537=583895元，记作58万

表4 江西贵州高速公路隧道检测费用分析表

一、耗材费用分析 序号 项目名称 1 2 3 4 5 合计

工程细目 燃油 钢筋锈蚀检测 设备配件、导线等等 现场必备的办公耗材 数量 25台班 154测区 13人次 消耗 - - 单价（元） 800 80 100 金额（元） 20000 12320 2000 2000 1300 37620 高空检测车 电化学液 仪器设备耗材 办公设备耗材 当地施工意外险 2

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二、人员费用 序号 1 2 3 4 5 合计 三、封路措施费： 每天路政封路费为1000元，按25天计算，总计为25000元。 四、技术分析处理费： 雷达数据分析费：20000元，断面侵限数据分析费：10000，钢筋锈蚀分析费：10000，其他技术分析费：10000； 五、设备折旧费： 投入设备总价值2782000元，按8%折旧费率计算。仪器折旧费：2782000×8%=222560元 六、资料制作费用：

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名目 人员工资 通讯费用 生活费用 交通费用 差旅费 按30人次考虑 数量 按工期25天考虑 - - - 周期 25天 25天 25天 25天 13 13 13 13 人数 单价（元） 200 50 80 40 1500 金额（元） 65000 16250 26000 13000 45000 165250 贵州高速公路

资料整理与报告编写、印刷制作费：3000元 一至七项合计：503430元 七、税费（包括管理费、税金） 按照上述一、二、三、四项总和的16%计算。科研项目管理费：503430×16%=80548元 费用总计 ：503430+80548=583978元，记作58万

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