非接触法在检测隧道衬砌沉降中的应用

非接触法在检测隧道衬砌沉降中的应用

顾青海

1.北京市政路桥管理养护集团有限公司北京101300

摘要：我国公路隧道规模不断增大，净空断面尺寸逐渐增加，隧道衬砌结构经历裸岩—素混凝土—复合式衬砌的转变。隧道衬砌沉降变形直接影响隧道的安全运营，本文采用非接触—激光法对隧道衬砌变形量进行检测，能够精确地识别出隧道衬砌沉降部位、沉降量，为维修管理、施工养护和第三方检测等单位对隧道衬砌变形提供基础性监测数据。

关键词：非接触；检测；衬砌沉降；应用

Non-contactmethodindetectingtheapplicationofthesettlementoftunnellining

GUQing-hai1

（1.Beijingmunicipalroad&bridgemanagementmaintenancegroupco.，LTD，Beijing101300，China）

Abstract：Continuouslyincreasingscaleofhighwaytunnelinourcountry，theclearancesectionsizeincrease。Thetunnelingstructureofthetunnelhasbeentransformedbyacombinationofbarerock，concreteandconcrete。Tunnellinersettlementdeformationdirectlyaffectsthesafeoperationofthetunnel。ThispaperUSESnon-contactlasermethodtodetectthedeformationoftunnellining，Itcanaccuratelyidentifytheliningandsettlementoftunnellining，Providebasicmonitoringdataforthedeformationoftunnelliningformaintenancemanagement，constructionmaintenanceandthirdpartytesting。

Keywords：non-contact；detection；Theliningofsettlement；application

1引言

近年来，复合式衬砌已广泛应用于山岭隧道中，经长期的通车运营，隧道衬砌受到周围环境、山体围岩压力、结构本身自重和其他荷载共同作用的影响，造成衬砌质量下降，从而导致衬砌结构产生沉降、变形，这种变形不容易被人肉眼看出来，对隧道结构耐久性和安全运营产生影响。

故本次采用BJSD-3型激光断面仪—激光法对隧道衬砌变形量进行检测，识别出隧道衬砌净空断面上某一部位的沉降变形值。非接触法检测是以隧道衬砌某断面前一次断面量测作为初始断面，用以断面当次测量与初始断面轮廓进行比较，得出隧道衬砌的沉降变形量，为维修管理、施工养护和第三方检测等单位对隧道衬砌变形提供基础性监测数据。

2激光法检测技术

2.1检测原理

检测原理为极坐标法。以某物理方向（如水平方向）为起算方向，按一定间距（角度或距离）依次测定仪器旋转中心与实际开挖轮廓线交点之间的矢径（距离）及该矢径与水平方向的夹角，将这些矢径端点依次相连，即可获得隧道开挖的实际轮廓线。

非接触法检测仪器采用BJSD-3型激光断面仪，对隧道衬砌断面沉降变形进行检测，其原理、方法与隧道开挖质量检测方法相同，其检测原理如下图1所示。

图1断面仪检测原理图

2.2测点布设

（1）水准点布设

在距隧道外适当距离设置永久水准观测点，并做好防护工作。隧道内路面水准点（即断面测点位置）一般布设在隧道轴线上，若条件受限时，可偏离隧道轴线放点，但应记录下实际高程及偏位值，按照规范的要求设置水准测点，做好保护措施，防止受到外界因素的扰动，并进行测点断面的初次测量。

（2）测点布设

1）直线隧道

对于长度属于中、短隧道，地质状况较好、衬砌整体结构稳定和受到周围环境影响小的直线隧道，宜选取长度每50-100m布设一个测点。

2）曲线隧道

曲线隧道中的直线段可根据直线隧道的要求布设测点，位于曲线段上隧道衬砌，视受力特点、地质条件不同，宜选取长度每20-50m布设一个测点。

3）不良地质区域

对于长、特长隧道、地质构造和地质条件等不良区域的隧道，根据工程实际需要和管养单位要求布设测点，测区选取长度应适当减小，宜选取长度每20m布设一个测点。

2.3与传统检测方法对比

2.3.1传统方法

运营中的隧道衬砌沉降变形可参照拱顶下沉进行量测，传统方法利用精密水准仪法检测隧道衬砌沉降变化，在隧道拱顶及两侧拱腰处布设测点，需检测人员倒挂铟钢尺。当隧道净空较高、断面尺寸较大时，还需借助检测车平台、分车道或封闭交通等措施对断面测点进行测试，受检测人员、周围环境和仪器误差等方面影响，造成测试结果误差偏大。

目前隧道断面尺寸面积最大已达到百平米，隧道所处地质构造、围岩发育程度不同，隧道衬砌同一断面上各部位受力特点、大小都不尽相同。精密水准仪法—传统的这种以点代面的方法不能较全面的反映出同一断面衬砌各部位的沉降变形，故下文简要描述非接触法检测隧道衬砌沉降变形技术，并列举实例论述该技术在实际检测中的应用。

2.3.2非接触法—激光法

（1）优点

1）利用激光法检测技术，能够满足对大净空断面隧道全断面的检测，包括拱顶、两侧拱腰和拱部其他截面部位，同时也可对隧道两侧边墙进行检测。

2）对断面内某一区域衬砌变形有疑问时，可中断测量，对该区域进行加密追测或指定点测试，完成后恢复继续测量。

3）测点断面只需架设一次仪器，测试速度快、精度高，受周围环境影响小；当测量当前断面前、后适当距离的断面时，测试精度会受到一定。

（2）缺点

1）受隧道长度、线形和地质条件等因素影响，布设测点工程量增多；同时还需满足防水、防冻和车辆碾压及道路养护等方面影响的保护工作。

3应用实例

3.1概况

某隧道位于北部山区，属直线短隧道。隧道入口桩号为K53+548，出口桩号为K53+702，全长154.0m，隧道净高7.0m，全宽10.5m，行车道宽9.5m，横向按0.5m（检修道）+9.5m（车行道）+0.5m（检修道）布置，车行道上下行共两条。进、出洞口为端墙式洞门，隧道采用复合式衬砌。

3.2测点布置

通常在距隧道洞口适当距离布设水准点，水准点高程采用相对高程，即零点。根据工程实际需要或对隧道衬砌局部变形有怀疑时，布设断面测点。

该隧道属于直线短隧道，本次测点选取在进洞口、隧道中间部位和出洞口位置，测点桩号分别为K0+005、K0+077和K0+150，测点均位于隧道轴线上。

3.2检测方法

1）首先利用精密水准仪测量隧道内路面测点的高程，将测点高程转化到测点初次测量断面中。

2）架设仪器，将仪器粗略调平、对中，拧紧仪器上的水平制动螺旋，对仪器测头进行调整，保证主机与隧道轴线垂直，即圆水准泡指向X轴。

3）打开仪器，进入手动控制测量界面。点击垂直归零按钮，使仪器发射的激光点对准隧道轴线上测点，测量仪器高。

4）再点击进入当前断面测量图标按钮，在当前测量界面上输入隧道名称、桩号里程信息，并录入测量的点数和起、始角度参数（30-330°），参数设置完后，点击仪器测量按钮开始测试，仪器光线自动沿当前断面轮廓进行测试，直至该当前断面测量完毕，仪器自动存储数据，检测人员只需记录存储路径即可。

5）若对当前测量断面进行加密测试或指定断面上某一位置（如拱顶、拱腰部位）追加新测，可中断当前测试断面测量，进行加密测试或指定某点追加新测，这些特征点测试完成后，再恢复到当前断面测量中，直至测试该断面测试完毕。即作为前次断面的初始（标准）断面。

6）根据上述操作步骤，完成该断面当次的测量检测。

3.3检测结果

1）将当次测量与前一次初始测量检测结果进行对比，隧道进洞口K0+005衬砌断面检测结果见图2。

图2K0+005断面检测结果图

注：上图中黑色轮廓为前次测量线形，蓝色为当次测量线形。

2）依次对隧道K0+077和K0+150测点断面进行测试，同理：分别与测点前次测量断面检测结果进行对比，并得出相应断面对比图。

4结果评定

通过对K0+005测点断面当次与前次测量图形进行对比显示，测得隧道衬砌轮廓线形吻合一致，衬砌整体结构稳定，无沉降变形。

5结论

本文通过举例论述，对运营隧道采用非接触法检测技术检测衬砌沉降变形，通过两次测量图形对比显示，能够准确地判定大净空断面隧道衬砌上各个部位的沉降变形值，检测速度快、精度高。日后这一检测技术将逐渐趋于完善、成熟，可将该技术纳入隧道定期检测或专项检测的工作内容中，为养护管理和第三方检测等单位对隧道衬砌变形提供基础性监测数据。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.JTGF80/1-2004公路工程质量检验评定标准[S]，中华人民共和国交通运输部发布，2004.

[2]中华人民共和国行业标准.JTGF60-2009公路隧道施工技术规范[S]，中华人民共和国交通运输部发布，2009.

[3]交通运输部安全与质量监督管理司、交通运输部职业资格中心.何玉珊，程崇国等.公路工程试验检测专业技术人员职业资格考试用书.北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.