公路隧道施工监测、检测新技术成果应用与分析

公路隧道施工监测、检测新技术成果应用与分析

李小强

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摘要：随着我国经济的飞速发展，公路隧道工程越来越多。由于隧道属于隐蔽性工程，为保证施工质量与安全，应高度重视隧道施工期的监测与检测工作。近几年，三维激光扫描新技术在工程建设领域的应用越来越广，在隧道施工监测、检测方面也取得了一定的成效。基于此，主要结合公路隧道施工监测、检测技术的特点，分析三维激光扫描新技术的具体应用，以期更好地提升公路隧道工程的质量与安全。

关键词：公路隧道；施工监测；检测新技术；成果应用；分析

引言

高速公路工程建设过程中难免会遇到山区，而山区一般环境恶劣、地质地形条件复杂，为了顺利通车，需要开挖隧道。在高速公路隧道施工中，需要进行隧道监控量测，以保证施工质量和后期运营质量。隧道监控量测过程中需要科学地采用量测技术，如地质雷达技术、无损检测技术等，以更准确地检测隧道内部情况，提高质量控制水平，从而保证整体施工质量。为此，相关单位需要加强系统研究和分析，不断优化监控量测技术，完善监控量测体系，以满足隧道施工需要。

1概述

在隧道建设过程中，实时监控围岩周围的环境是十分重要的，便于施工方及时、准确地了解隧道围岩情况，从而对其进行准确的评估，根据监控量测结果，适时调整支护方式、所需参数、使用支护的时机等，从而更好地保证隧道结构的完整性和稳定性。此外，在隧道工程实施过程中，设计文件中的地质情况描述准确，可为工程项目设计的优化、改进提供依据。同时，采用无损检测方法，能够更加准确地获得衬砌施工质量、锚杆锚固质量等信息情况，避免结构损伤，保证隧洞掘进的整体安全性。

2三维激光扫描技术

2.1外业测量

三维激光扫描仪与传统全站仪测量方法基本相似，可自由选择合适位置按要求架设仪器，仪器架设完成后选择需要的数据采集模块进行测量。

2.2基本原理

三维激光扫描技术主要是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速获取被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。三维激光扫描仪是建立在一个完整的三维坐标体系的基础上，对目标体进行局部或全方位的测量，进而得到完整、全面、连续、关联的全景点坐标数据，这些密集而连续的点数据称为“点云”。利用“点云”的坐标数据，即可根据节点信息完成对被扫描物的三维模型数字化重建。

2.3数据处理

采用仪器自带或匹配专业数据处理软件，用于对点云数据的处理及建模等。以隧道数据检测及数据处理模块为例，主要有以下流程：创建定线—创建隧道—建立模板—设置标准断面—生成隧道设计网格—数据成果分析。

3三维激光扫描新技术在隧道施工质量检测中的应用分析

3.1隧道净空轮廓检测

常规的隧道净空轮廓检测是按一定隧道纵向间距逐个抽取横断面检测，加密断面检测会导致工作量较大，而不加密断面检测会可能会导致漏检。而采用三维激光扫描仪扫描隧道初支或衬砌净空轮廓，可以快速且一次性检测隧道某一区段的净空轮廓数据，可从点云图像上直观地看出超欠挖分布状况，准确判断已检测区段落或任意里程断面处初期支护超欠挖和二次衬砌轮廓净空情况，同步计算隧道超挖、欠挖方量。

3.2隧道初支、衬砌厚度检测

目前，针对隧道初支、衬砌厚度的检测多采用地质雷达无损检测方法，但该方法采用的是剖面反射拾取地层信号，仅能检测出天线所扫描测线部位的厚度数据和成果，因此一般要求测线加密布设，以保证结果的准确性。采用三维激光扫描技术检测隧道初支、衬砌厚度，先是对隧道的围岩开挖轮廓、初支轮廓扫描以及衬砌轮廓净空进行扫描，同步或分阶段获取和存储数据信息，结合隧道设计坐标和参数与同一里程开挖点云、初支点云、二衬点云进行匹配，准确计算出初支、衬砌实际厚度，且能全面查看隧道任意里程、任意部门的厚度数据。并且，将三维激光扫描检测厚度与地质雷达法扫描检测厚度、空洞等数据成果进行比对、分析和相互验证，能进一步提高检测精度。表2为某隧道K5+001—K5+010里程拱顶衬砌厚度检测对比数据，根据表2中的数据可知，K5+007、K5+008里程衬砌厚度数据，两种检测结果相差12～15cm，其他里程数据基本相吻合；通过分析地质雷达数据成果，发现数据差异是衬砌内部存在空洞所致。

3.3隧道外观质量检测

隧道外观质量施工检查、检测主要包括初支、衬砌表面蜂窝、麻面、露筋、错台、渗水、开裂、变形以及大面平整度等内容，一般以人工检测为主，如肉眼观察，采用裂缝仪、平整度仪等，工作量大，效率低。而采用三维激光扫描仪技术，能对隧道初期支护、二次衬砌表面某一区间段进行三维激光扫描，进而成像，结合坐标、设计参数等对扫描数据进行计算，可准确分析和评定已检测段落任意里程和任意隧道外观质量，能高效进行隧道施工外观质量管控。

3.4超声波检测技术

在高速公路隧道施工过程中，可以采用超声波检测技术对隧道施工过程中的关键构件、部位及隐蔽工程等进行监控量测。超声波检测技术主要是利用超声波在介质中的传播特性及声时、声速、波幅和主频等声学参数对介质特征和内部的构造与缺陷进行量测。应用超声波检测技术需要使用高精度的检测仪器，可以准确判断出各个施工环节中存在的质量问题，具有较高的准确性和适用性，能够显著提高监控量测结果的精准性。在高速公路隧道监控量测中，采用超声波检测技术便于及时发现问题并采取预防和控制措施，进而有效保证整个隧道工程的施工质量。

3.5周边收敛监控量测

周边收敛监控量测需要使用收敛计和水平仪等量测仪器。此项监控量测适用于量测隧道内壁面两点连线方向的距离变形量，是隧道施工监控量测的重要项目。周边的位移情况可以直接反映隧道围岩的应力状况变化，根据周边的位移量，可以合理判断二次衬砌的施工时机，以指导现场施工。进行监控量测之前，应选择适当的量测线路，布置量测线路时要充分结合周围的地理环境、建筑环境、隧道的截面尺寸、开挖方式等因素，同时要对测点的位置进行适当调整。

3.6拱顶下沉监控量测

拱顶沉降监测与测定需要使用铟钢尺、精密水平仪、全站仪等量测仪器。拱顶沉降监测量测值是确定围岩稳定、判定支护效果、指导施工过程的最基础的数据。拱顶下沉测点与周边收敛测点应布置在同一个断面上，在隧道拱顶轴线附近，通过焊接或钻孔预埋测点。开展监控量测作业时，需根据现场实际情况，选取两个稳定且对隧道安全施工无影响的拱腰点作为高程基点。拱顶下沉值取每次周边位移监测左右腰线高差平均值的下沉量。

结语

在我国当前社会经济的发展态势下，高速公路工程项目的覆盖范围不断扩大。在高速公路工程建设过程中，隧道是常见的工程项目之一，为了在隧道施工中准确掌握围岩的实际情况，有必要在施工过程中科学地运用无损检测技术进行隧道监控量测。利用相关无损检测技术时，必须科学布置量测点，根据相关技术的规范要求进行监控量测作业，并结合信息技术等对相关监测数据进行有效的处理与分析，进而有效调整施工参数、做好安全防护等，保证高速公路隧道工程的施工质量与施工过程的安全性。

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