第十章 隧道工程质量检测 2009.11

1. 第十章 隧道工程质量检测 2009.11

2. 隧道工程质量检测 重庆交通大学土木学院 2009年12月

3. §10.1 概述 一、隧道工程质量检测的目的和意义是什么呢？ （一）隧道工程质量检测的目的： ① 隧道施工质量控制的需要 ② 隧道工程竣工验收评定工作中的重要环节 （二）隧道工程质量检测的意义： ① 提高工程质量 ② 加快工程进度 ③ 降低工程造价 ④ 提高养护水平 ⑤ 推动隧道施工技术进步

4. 二、公路隧道常见的病害 ① 隧道渗漏 隧道位于地下，时刻受到地下水的侵扰，如果防排水没做好，容易产生渗漏，影响行车 ② 衬砌开裂 a工程上出现衬砌开裂更多的则是由于施工管理不当造成； b因为衬砌厚度不足； c因为混凝土强度不够。

5. ③ 限界受侵 a为了保证施工安全和避免塌方，容易形成仓促衬砌，忽视断面界限，使建筑限界受侵； b施工中常见现象是衬砌砼在浇筑过程中，模板强度、刚度不足出现走模，也会导致限界受侵。 ④结合部不密实 a初期支护与围岩结合部 b二次衬砌与初期支护结合部 ⑤通风照明不良 a设计欠妥；b器材质量存在问题；c运营管理不当。 另外，我进行检测时，建成运营期间，还发现有一些其它局限和问题。水泥砼断板；沥青路面开裂；压浆不密实；预制块蜂窝麻子

6. 总结公路隧道特点 • ①断面积大 • ②形状扁平（断面扁平容易在拱顶围岩内出现拉伸区） • ③通风要求（为什么要通风） • ④照明要求（为什么要照明） • ⑤防排水要求（为什么要防排水）

7. 三、公路隧道检测技术的内容 按施工顺序分： 1、超前支护－－注浆材料检测 2、开挖－－超欠挖控制 3、支护体系 ①初期支护质量检测－－锚杆、钢支撑、 喷射砼 ②防排水层质量检测 a材料的质量检测－－合成材料、土工布、防水混凝土 b防水的质量检测－－防水板铺设、止水带 c排水的质量检测－－环向排水管、纵向排水管、中央水沟 ③二次衬砌质量检测 a模筑砼的抗压强度； b模筑砼的厚度 c衬砌背后空洞检测

8. 4、量测技术 ①位移量测 a地表下沉量测 （针对浅埋隧道、洞口段） b拱顶下沉量测 （预测拱顶坍方） c围岩周边位移量测 （收敛量测检验围岩和初期支护变形） d围岩内部位移量测 （多点位移计测径向位移和松驰范围） ②力的量测 a锚杆轴力量测 （与拉拔力的区别） b钢支撑压力量测 （是否达到极限压力） c喷射砼应力量测 d二次衬砌压力量测 ③量测数据的处理

9. 5、通风检测 ①施工期间 ②运营期间 6、照明检测 7、交工验收质量检测 隧道总体 1、车行道宽度；±10mm 2、净总宽； 不小于设计 2、隧道净高； 不小于设计 3、隧道轴线偏位20mm 4、路线中心线与隧道中心线衔接；20mm 5、边坡仰坡 不大于设计

10. §10.2 超前支护与预加固围岩施工质量检测 隧道在浅埋地段、自稳性差的软弱破碎地层，严重偏压、岩溶流泥地段，砂土层、砂卵（砾）石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段施工时，由于开挖后围岩的自稳时间小于完成支护所需的时间，往往会发生开挖面围岩失稳，或由于初期支护的强度不能够满足围岩稳定的要求以及大面积淋水、涌水而导致洞体围岩丧失稳定而产生坍塌、冒顶。这时需要进行超前支护或预加固。 超前支护及预加固的方法有：地表砂浆锚杆或地表注浆加固；超前锚杆或超前小导管支护；管棚钢架超前支护；超前小导管注浆；超前围岩深孔预注浆。 其他方法：冻结法；水平高压旋喷法；隔断墙法。

11. 1、地表砂浆锚杆或地表注浆加固； 适用于浅埋、洞口地段和某些偏压地段。能有效防止地表下沉、稳定隧道掌子面、处理偏压、防止坡面崩塌。 优点：对开挖作用无影响。

12. 2、超前锚杆或超前小导管支护； 适用于浅埋松散破碎的地层内；地层应力不太大，地下水较少的软弱破碎围岩的隧道。这类超前支护的柔性较大，整体刚度较小。 优点：施工的灵活度较大。

13. 3、管棚钢架超前支护； 适用于极破碎的地层、塌方体、岩堆等地段。管棚钢架与围岩一起形成棚架体系，产生下列效果： ⑴梁效应：因钢管是先行设置的，在掘进时，钢管在掌子面及其后方的支撑下，形成梁式结构，防止围岩崩塌和松弛。 ⑵加固效应：钢管插入后，压注水泥浆，加强了钢管周边的围岩。 优点：最大限度控制变形和松弛，对地表结构物有利。 缺点：施工太麻烦、费用太高。

15. 4、超前小导管注浆； 适用于自稳时间很短（12h）的砂层、砂卵（砾）石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋地段或处理塌方等地段。

16. 5、超前围岩深孔预注浆。 适用于极其松散、破碎、软弱地层，或大量涌水的软弱地段以及断层破碎带的隧道。多用于断面较大和不允许有过大沉陷的各类地下工程中。

17. 注浆材料性能试验 1、理想的注浆材料应满足的要求： ①浆液粘度低，渗透力强，流动性好； ②可调节并准确控制浆液的凝固时间； ③浆液凝固时体积不收缩； ④浆液稳定性好，长期存放不变质； ⑤浆液无毒，无臭，不污染环境。 2、注浆材料的主要性质： ①粘度；②渗透能力；③凝胶时间；④渗透系数；⑤抗压强度

18. 超前支护施工质量检测 《公路工程质量检验评定标准》－JTG F80/1－2004 一、超前锚杆 1、基本要求 ①锚杆的材质、规格； ②超前锚杆与隧道轴线的外插角5°～10°； ③锚杆搭接长度不小于1m。 2、实测项目 ①长度－－不小于设计值； ②孔位偏差－－±50mm； ③孔深偏差－－±50mm； ④孔径－－大于杆体直径＋15mm。 检查方法与频率：尺量：检查10％ 3、外观鉴定

19. 二、超前钢管 1、基本要求 ①超前钢管的型号、规格、质量符合设计和规范要求； ②超前钢管与钢架配合使用时，应从钢架腹部穿过，尾端与钢架焊接。 2、实测项目 ①长度－－不小于设计值； ②孔位偏差－－±50mm； ③孔深偏差－－±50mm； ④孔径－－大于杆体直径＋20mm。 检查方法与频率：尺量：检查10％ 3、外观鉴定

20. 三、注浆效果检查 1、分析法 2、检查孔法 3、声波监测仪 这些方法目前应用还不成熟，准确性有待进一步改进，隧道检验评定标准尚未列出注浆检验评定的方法。

21. §10.3、开挖质量检测 控制开挖直接关系到工程质量和工程造价： a)欠挖影响支护衬砌厚度，处理费时费力 b)严重超挖导致出渣量、衬砌材料的增加 c) 开挖面不规整，应力集中影响围岩稳定 开挖质量评定内容： a)开挖断面的规整度 b) 超欠挖量控制值 检测评定办法： a)正确测出隧道实际开挖轮廓线 b)与设计轮廓线(考虑预留量）比较 c)计算分析超欠量值及部位 d)对照开挖质量标准进行评判

22. 一)钻爆开挖质量标准 1、开挖断面形状尺寸符合设计开挖线 a)考虑测量贯通误差 b)考虑施工误差 c)考虑支护沉落量 2、开挖断面欠挖控制 a)岩层完整、岩石抗压强度大于30MPa，确认不影响衬砌稳定和强度时允许个别岩石凸出 b)个别岩石凸出范围每1平方米内不大于0.1平方米，其隆起量不大于5厘米 c)拱脚、墙脚以上1米范围内禁止欠挖

23. 3、尽量减少超挖 采用支架式风钻和浅眼(不超过3米)爆破允许超挖量规定见下表，采用特殊方法支护允许超挖量适当降低

24. 4、采用支架式风钻和浅眼(不超过3米)爆破，两茬炮衔接处台阶不得大于15厘米。如眼浅则要减少，孔深则要加大4、采用支架式风钻和浅眼(不超过3米)爆破，两茬炮衔接处台阶不得大于15厘米。如眼浅则要减少，孔深则要加大 5、周边炮眼痕迹保存率，要满足下表规定: a、炮眼痕迹在开挖轮廓面均匀分布 b、炮眼痕迹大于孔长70％，按可见炮眼计算 c、松散软岩很难保留炮眼痕迹，主要应以满足平整圆顺，可认为合格 e、周边炮眼痕迹保存率＝残留有痕迹的炮眼数/周边眼总数（不含底板）×100％

25. 6、钻孔台车深孔光面爆破效果要求:

26. 其中: 平均线性超挖值＝超挖面积/爆破设计开挖断面周长(不包括隧底) 最大线性超挖值指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的最大距离 岩面不得有明显的爆破裂缝 平均线性超挖值随循环进尺长度而变，孔深时取大值

27. 二) 超、欠挖值测定 施工中要根据现场条件采用切实可行的超欠挖量测方法。一般常用的有： 1、全站仪直角坐标法测量 a)由洞内控制点测放检测断面中线点的坐标及隧底高程 b)安放全站仪、测仪器高、照准前后视点、输入检测断面中线点坐标 c)拨角90度，由隧道中线一侧按一定角度间隔向另一侧，测取开挖面坐标值 d)将量测的岩面坐标值换算，并绘出开挖断面图与设计开挖轮廓线比较，得出超欠挖量值

28. 2、全断面仪极坐标法测量 a)由洞内控制点测放检测断面中线点的坐标及隧底高程 b)在中线测点垂面安放仪器 c)瞄准中线测点，以一定间距测量一周。可测出仪器旋转中心到开挖面各测点的矢径，及与水平面的夹角 d)经软件处理可绘制开挖轮廓线，与设计扩挖线比较，可知超欠开挖量与分布 3、以内模为参照净空测量 衬砌立模就位，以模板轮廓为起测面，量取模板轮廓至开挖面的净距，得出超欠挖量

29. 断面仪检测结果图

30. 断面仪操作

31. 三）开挖质量评价的要求 a、以50米（或100米）长度段、围岩类别相同段的开挖实测数据作为一个分析群 b、每5米或10米量测一个开挖断面 c、每个量测断面自左墙脚至拱顶到右墙脚，最少均分18段、19个测点 d、综合计算分析评价该段开挖质量。如： 50米隧道测11个断面，每断面19个数据。对这209个超欠挖的量值和出现部位进行统计分析。得出普遍超挖、欠挖；局部超挖、欠挖；超挖、欠挖严重程度等评价

32. 二、钢支撑施工质量检测 钢支撑是被动支撑维持围岩稳定，主要用于围岩自稳能力极差，及时控制围岩的变形和坍塌 钢拱支撑根据采用的钢材分为： a、钢格栅拱。由钢筋焊接而成，截面分矩形、三角形；主筋为直径一般不小于22毫米的二级钢筋；每副格栅拱分3～5节，用法兰、螺栓连接，并焊接。特点是与喷射混凝土构成刚度较大支护结构 b、型钢拱。弯曲机冷弯成型，有H型钢、工字钢、U型钢、管型钢拱。每副型钢拱分3～5节，可用法兰、螺栓连接（ H型钢、工字钢），或焊接（管型钢拱），或卡具嵌套（ U型钢）。

33. 一）加工质量检测 1、加工尺寸检测 a、检测钢拱架与连接件的形状、尺寸 b、检查所用材料型号 c、检查连接件眼孔配合情况 d、检查钢架分节位置，应便于施工安装、有利于钢架受力、与开挖方法适应 2、强度与刚度抽检 a、一定数量的钢架在试验台加载试验，建立荷载与变形关系，计算出钢架的强度和刚度 b、检查型钢有无冷弯褶皱、翘曲现象 c、检查钢架锈蚀、硬伤现象 3、焊接质量检查 检查焊接长度、深度，氧焊皮清除，是否有假焊

34. 二）安装质量检测 1、安装就位检测 a、测量钢架排距，误差不应超过5厘米 b、测量钢架拱顶标高，不得侵入衬砌空间5厘米 c、测量钢架拱脚、墙脚到隧道中线的水平距离其误差应满足贯通误差 e、测量钢架平面的偏斜度和倾斜度，于隧道中线方向偏差不得大于2度 2、固定与连接检查 a、检查钢架脚安放在稳固的基础上 b、检查钢架背后垫块数量和楔紧程度 c、检查钢架间连接筋的布设与焊接质量 d、检查钢架与锚杆的连接

35. 三）检测方法 1、对加工用的大样靠模按加工数量定期检测 2、钢架加工尺寸采用随机抽查方法，检测已成型的部件和构件；可用靠模比较和钢尺测量 3、每十榀钢架抽检一榀就位检查。可用全站仪直角坐标法检测 4、观察每榀钢架固定和连接质量

36. 三、砂浆锚杆施工质量检测 锚杆是具有深入、主动加固围岩的支护构件。 通过 “悬吊作用” 、 “组合梁作用”、 “加固拱作用”等对围岩加固。 锚杆分机械锚固和粘结锚固两类。机械锚固锚杆对锚头材料、加工精度以及钻孔质量等要求高，但可立即提供锚固力，必要时可施预加力；粘结锚固锚杆对锚杆加工、钻孔的要求较低，安装工序少，一般提供锚固力较慢，不能施预加力。 目前公路隧道广泛使用的是早强砂浆药包全粘结锚杆。锚杆由螺纹钢筋截取而成。

37. 一）锚杆加工质量检查 1、锚杆材料 a、抗拉强度 b、延展性和弹性 2、杆体规格 a、直径、长度 b、有无弯曲、缩径现象 3、加工质量 a、杆尾丝纹是否偏心、断丝 b、与螺母、垫板配合适度

38. 二）锚杆安装检查 1、锚杆位置。允许孔位偏差15毫米，系统锚杆检查时应注意间距和排距的尺量 2、锚杆方向。局部锚杆钻孔方向以串过岩层不利组合结构面为宜；系统锚杆钻孔方向尽量垂直围岩壁面，兼顾尽可能的多穿过岩层主要结构面 3、钻孔质量。砂浆锚杆的钻孔深度允许偏差50毫米、孔径应大于杆体直径15毫米、孔身应圆而直。检查时可用带长度刻度、直径适当的木棍 三）锚杆拉拔力测试 锚杆拉拔力测试是为了解锚杆锚固围岩的作用和施工安装质量的检测。前者需在隧道开工前进行，后者应在施工期间进行

39. 1、拉拔力设备 1－锚杆；2－充填砂浆；3－喷射混凝土层；4－反力板；5－中空千斤顶；6－千分表；7－固定梁；8－支座；9－手动油压泵、油压表

40. 2、测试方法 a、根据测试目的确定拉拔时间。对于锚固围岩作用的测试，一般按安装完成后2小时、4小时、8小时、12小时、24小时、48小时……时间序列进行；对于检测安装质量的测试，待砂浆强度达到设计值后进行 b、加载要求。以每分钟10kN的速率匀速加载；测位移时停止加载；非破坏性试验，拉拔力达到设计值停止加载；破坏性试验可测得最大承载力 c、绘制锚杆的拉力－位移曲线，供分析使用。

41. 3、锚杆安装质量测试的要求 a、每安装300根锚杆至少随机抽样一组（3根），设计变更或材料变更另作一组 b、同组锚杆的平均拉拔力应大于等于设计值 c、同组单根锚杆的拉拔力不得低于设计值的90％ 四）砂浆锚杆注满度检测 1、原理 瑞典的H.Thurner提出：在锚杆体外端发射一个超声波脉冲，它沿杆体钢筋以管道波形式传播，到达钢筋底端反射，在杆体外端可接收此反射波。测超声能量损耗来判定砂浆、灌注质量的好坏

42. 如果水泥砂浆密实的填充锚杆与围岩之间，则超声波在传播过程中能量损失很大，在杆体外端测得的反射波振幅很小，甚至测不到；如果水泥砂浆密实的填充锚杆与围岩之间，则超声波在传播过程中能量损失很大，在杆体外端测得的反射波振幅很小，甚至测不到； 如果无砂浆握裹，则超声波仅在钢筋中传播，能量损失不大，接收到的反向波振幅则较大； 如果握裹砂浆不密实，中间有空洞或缺失，则得到的反射波振幅的大小介于前二者之间

43. 2、测试方法 a、置备标准锚杆。在现场按设计参数，对不同类型围岩，各设3～4组标准锚杆，每组1～2根。每组按密实度为90％、80％、70％填充水泥砂浆 b、测试标准锚杆反射振幅值，作为检测其他锚杆的标准 c、每根锚杆读数5～15次，取反射振幅值的均值。仪器自动显示被测锚杆的长度、砂浆密实度级别

44. 四、喷射混凝土质量检测 喷射混凝土支护质量需做的内坚外美。 外观上做到表面平整密实、断面轮廓符合设计要求，无漏喷、离鼓、裂缝、外露钢筋网现象 内在的混凝土抗压强度和厚度达到设计要求，与岩面粘贴牢靠、不得有空洞空隙 喷射混凝土回弹率也是检验施工质量的一项指标，因回弹率高喷射混凝土的骨料级配变化大，与设计的强度指标相差就多

45. 一）抗压强度试验 1、试块置备 a、喷大板切割法。施工时将混凝土喷在模型内，达到一定强度后，加工成10×10×10厘米的立方体试块，在标准条件下养护 b、凿方切割法。在有一定强度的喷层上，凿取混凝土，加工成10×10×10厘米的立方体试块，在标准条件下养护 2、试块数量 a、为获取喷射混凝土强度增长曲线，可按初凝时间、5MPa时间、7天时间、28天时间制备试块 b、为检查28天强度，每10延米隧道至少拱、墙各取一组试样，每组至少3个。变更材料、配合比另取一组

46. 3、评定合格的标准 a、同一配合比试块的抗压强度平均值不低于设计强度 b、任意一组试块抗压强度平均值不得低于设计强度的80％ c、同批试块低于设计强度的试块组数不得多于下表所示值:

47. 二）喷射混凝土层厚度检测 1、检查方法 a、凿孔或钻孔。可用酚酞试液涂抹孔壁，呈红色为混凝土，尺量 b、断面仪。比较喷射混凝土前后的轮廓线 2、检查数量 a、每10延米至少检查一个断面 b、每断面由拱顶起，每隔2米凿孔检查一个点 3、钻孔处厚度合格条件 a、60％以上不小于设计厚度 b、平均厚度不得小于设计厚度 c、最小厚度不应小于设计厚度的一半

48. 三）初期支护地质雷达法检测 1 、检测内容 a、支护、衬砌厚度 b、背部回填的密实度 c、背后的空洞 d、内部的钢架、钢筋分布 2、地质雷达检测原理 根据电磁波在不同电性介质里传播时其波形特征发生改变，进而推测介质分布情况。介质的电性特征是指介质的介电常数，电导率和衰减系数。 3、现场测线布置 现场测线一般以纵向为主，环向为辅，纵向测线有3测线、5测线、7测线等。环向测线一般以点测为主。

50. 五、排水系统施工质量检测 公路隧道防排水系统有三种主要类型: a、排水型。以排水为主，在隧道底板以上形成降水漏斗，隧道结构承受无压地下水。如早期的矿山法隧道 b、防水型。以防水为主，隧道结构四周密不透水，需承受地下水头的压力。如埋深较浅的盾构隧道或沉埋隧道 c、防排水结合型。限量排水，兼顾防水。是目前公路隧道采用的主要形式 从环境保护要求看，采用防水型系统越来越得到重视，