超声回弹综合法在隧道工程中的试验及应用..docVIP

超声回弹综合法在隧道工程中的试验及应用 王丽梅 中铁二十局集团公司技工学校 陕西省渭南市 714000 摘要：超声回弹综合法是对混凝土质量进行无损检测的主要方法之一。但是，将该方法应用于输水隧道混凝土衬砌强度测试，相关研究和工程实践较少。所以，若能将超声回弹综合法引入隧道衬砌的强度检测以应工程之急需，这不仅具有广阔的应用前景，也会产生明显的经济价值和社会效益。本文对隧道衬砌混凝土的强度f和超声声速v、回弹值R的关系进行比较，对超声回弹综合法如何应用于公路隧道衬砌这一问题进行探讨。 关键词：超声回弹综合法；隧道工程；测试；应用 1 引言 混凝土是隧道工程建设使用最为广泛的建筑材料。混凝土质量的优劣影响到隧道衬砌结构的适用性、安全性和耐久性，并直接制约着隧道工程经济和社会效益的发挥。超声回弹综合法作为对混凝土质量进行无损检测的主要方法，因其测试简单方便，可重复性好，经济便宜、精度高、测试结果可靠等优势，近年来在道路、桥梁和房屋结构等结构构件的强度测试当中，得到越来越广泛的应用和认可。 2 现有规程对隧道衬砌应力、养护条件和龄期考虑的不足 超声回弹综合法是利用低频超声仪和具有标准动能2.207J的回弹仪对结构或构件进行原位声速和回弹测试，利用已建立起来的反映混凝土强度同声波速度和回弹值关系的统一测强公式（1），推定混凝土抗压强度的一种方法。由于隧道衬砌只有一个自由面暴露在外，超声回弹综合法测试衬砌混凝土声速时，只能在衬砌表面采用单面平测法进行。 （1） 按规程要求，利用混凝土试块的超声声速v、回弹值R和抗压强度f来拟和统一测强公式（1）时，声速v是在混凝土试块不受力的状态下测试的。这一要求，在对隧道衬砌进行声波测试时，是无法满足的。大量的理论研究和实测数据表明：在围岩压力、结构自重等作用下，衬砌总是受到轴力、剪力和弯矩等多种型式的内力作用，并且，衬砌内部的应力分布还往往比较复杂。而混凝土声速与应力的关系，现有的研究也主要集中在单轴应力状态下应力对声速的影响方面。并可概述为：在单轴应力状态下，混凝土、岩石等多孔材料，在低应力阶段，随应力增加，材料内的孔隙、裂隙在与应力平行的方向上被压缩变小，致使声波在混凝土中的传播距离变短，波速增加，且增速较快;在垂直应力方向上，超声声速对应力的变化并不敏感，声速基本不变;在高应力阶段，随着孔隙、裂隙等被逐渐压密，在平行于应力方向上，波速的增加逐渐变慢以致停滞，直至试块破坏;在垂直应力方向上，随着混凝土内微裂缝数量的增多和裂缝变大，其声波传播的声程增加，波速将会降低。在复杂应力状态下，混凝土声速与应力的关系研究，还比较少见。已有的研究，对问题的解决也不理想。由于隧道衬砌内部存在应力，而应力又对声速有明显的影响，按不考虑声速修正的的统一测强公式（1）进行强度推定，就有可能产生较大的误差。所以，采用超声回弹综合法对衬砌进行强度推定时，对隧道衬砌的超声声速值，应进行修正，剔出应力对声速的影响，以提高强度推定的精度和可靠性。 3 新的综合测强公式的提出 规程提供的统一测强公式（1）是根据全国22个省市共8096组超声声速、回弹值和试块抗压强度数据经过冥函数、指数函数等10种方程形式的统计回归，反复拟和优选出来的最佳公式。可以说，该公式最大程度地表述了超声声速、回弹值和试块抗压强度的相关关系，是对三者内在联系的最优表达，反映了混凝土的内部组成、结构和外观力学性质的一般规律，具有相当广阔的适用范围。但是，正如前面所言，该公式没有考虑衬砌应力对声速的影响，也未能体现出隧道龄期和养护环境的共同作用对测强结果的影响。衬砌应力和声速的关系以及隧道龄期、养护环境对衬砌强度的影响，这些问题，现有研究还不能给出明确的解析表达。同时，也考虑到统一测强公式（1）就是根据混凝土声速、回弹值和抗压强度的相关关系拟和优选出来的经验公式。所以，为充分利用公式（1）反映出来的混凝土强度、声速和回弹值的共性规律，本文以该公式为基础，结合公路隧道衬砌的特点，通过系数调整和添项的形式对该公式提出声速、龄期和养护环境等影响因素的修正，得式（2），再采用统计回归的方法，将芯样强度和超声声速、回弹值按公式（2）以最小二乘法进行拟和，求出三个参数v0、b0、f0后，即可得到新的测强公式。 （2） 式中：v0———用于修正超声声速，主要反映衬砌应力状态对声速的影响。其值可正可负;b0———用于反映修正后的声速可能对式（1）中指数造成的影响，b0;f0—主要反映隧道衬砌龄期及养护环境对强度的综合作用，其值可正可负其余符号a、vai、Rai、c的意义同式（1）。 4 工程应用及结果分析 某隧道为二级公路隧道，全长656m，于1992年底建成通车。隧道设计为双向四车道，进出口洞门