1、隧道工程试验检测技术1 公路隧道发展概况一、为什么要重视隧道方案呢？（一）是由于公路建设的特点决定：正由东部沿海地区向西部内陆地区发展由平原地区向山岭重丘区延伸（二）是由于隧道方案本身的优点决定：改善线形缩短里程根除病害保护生态环境提高运输效益截至 1 999 年底，我国已建成公路隧道 1 21 7 座，总延伸里程 406. 7km，其中用新奥法施工的将近 60%0截至 2000 年底，我国已建成公路隧道 1 684 座，总延伸里程 628kmo截至 2003 年底，我国已建成公路隧道 1 970 座，总延伸里程 1000km，已建成运营的城市地铁长 200km;铁路隧道有 7400 座，总延
2、伸里程 4200km。 2000 年以后我国公路隧道以每年单洞 300km 速度替增。二、公路隧道常见的病害隧道渗漏 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。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。结合部不密实a 初期支护与围岩结合部b=次衬砌与初期支护结合部通风照明不良a 设计欠妥；b 器材质量存在问题；C 运营管理不
3、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；预制块蜂窝麻子总结公路隧道特点断面积大形状扁平（断面扁平容易在拱顶围岩内出现拉伸区）通风要求（为什么要通风）照明要求（为什么要照明）防排水要求（为什么要防排水）三、 隧道分类1、按地质条件：土质隧道石质隧道2、按埋置深度：深埋隧道 埋深 h3D浅埋隧道 0.5D3000m长隧道 lOOOm粘性土等塑性岩石等，能达到暂时平衡。其特点荷载的时间效应不显著，压力增长很快，在较短时间很难趋于平衡，且易产生塌方。基于这些情况，有人对我国 411 座铁路隧道施工坍方资料进行统计分析，得出垂直均布荷载公式
4、：矿山法认为：围岩开挖后是松散的，会坍方，主拱圈厚度大，随一定高度的坍方土体的重量。 （即承受松动荷载）2、新奥法：以喷射砼和锚杆为主要支护手段，通过监控量测，控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力。理论依据：从岩体力学观点出发，进行支护设计和施工时，把坑道周围岩体和各种支坊结构作为一个完整支护体系的新的支护理论和方法。新奥法认为：围岩是三位一体产生荷载；承受荷载；承载材料洞室开挖后，围岩经过挠动，有一定的变形，经过一定时间才会坍方，当在变形时，即支护，此时，支护只承受变形压力，而非松动压力，所以新奥法要求：充分保护围岩，充分发挥其自承能力（采取控制爆破）：对变形情况进行量测（即允许变形，
5、但又控制其变形大小）用以指导施工；支护材料，应有一定的柔性（如锚杆、喷射砼、钢支撑、受力与位移线性相关）新奥法的三大要点光面爆破、锚喷支护、监控量测隧道工程施工的四大理念爱护围岩、内实外美、重视环境、动态施工(一)爱护围岩不损伤或少损伤遗留围岩的固有支护能力，尽量采用机械开挖和控制爆破技术采用支护技术加固或预加固技术以及各种辅助施工技术增强围岩自支护能力（二）内实外美，重内实要做到四密实：衬砌砼密实、喷射砼密实、喷射砼与围岩密实、二衬与初期支护密实（三）重视环境内部环境：施工作业环境外部环境：对周边环境的影响（四）动态施工隧道施工过程中地质条件是不断变化、力学状态也不断变化，因此我们采用的施工
6、方法和技术都应当适应这种变化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。1，地表砂浆锚杆或地
7、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。2、超前锚杆或超前小导管支护；适用于浅埋松散破碎的底层内；地层应力不太大，地下水较少的软弱破碎围岩的隧道。这类超前支护的柔韧较大，整体刚度较小。优点：施工的灵活度较大。3、 管棚钢架超前支护；适用于极破碎的底层、塌方体、岩堆等地段。管棚钢架与围岩一起形成刚架体系，产生下列效果：（1 ） 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。（2 ） 加固效应：钢管插入后，压注水泥浆，加强了钢管周围的围岩。优点：最大限
8、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。4、 超前小导管注浆；适用于自稳时间很短（12h）的沙层、沙卵（砾）石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋地段或处理塌方等地段。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。注浆材料性能试验1、理想的注浆材料应满足的要求：浆液粘度低，渗透力强，流动性好；可调节并准确控制浆液的凝固时间；浆液凝固时体积不收缩；浆液稳定性好，长期存放不变质；浆液无毒，无臭，不污染环境。2、注浆材料的主要性质：粘度；渗透能力；凝胶时间；渗透系数；抗压强度超前支
9、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、基本要求锚杆的材质、规格；超前锚杆与隧道轴线的外插角 5 01 0 0；锚杆搭接长度不小于 Imo2、实测项目长度一一不小于设计值；孔位偏差一一50mm;孔深偏差一一50mm；孔径一一大于杆体直径+15mmo检查方法与频率：尺量：检查 10%3、 外观鉴定二、超前钢管1、基本要求超前钢管的型号、规格、质量符合设计和规范要求； 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、实测项目长度一一不小于设计值；孔位偏差一一50mm;孔深偏差一一50mm;孔径一一大于杆体直径+20mm 。检查方法与频率：
10、尺量：检查 10%3、 外观鉴定三、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3 开挖质量检测隧道开挖的基本原则：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。隧道开挖质量检测的目的：有效控制超欠挖。开挖是控制隧道工期和造价的关键工序。欠挖过多一不修整一影响支护厚度一工程质量留下隐患修整一费时、费力 一影响工程进度。一、 隧道开挖质量评定的内容：1、 开挖断面的规整度采用目测的方法进行评定2、 超欠挖的控制采用测量断面的方法二、超欠挖测定方法1、直接量
11、测开挖断面面积的方法以内模为参照直接量测法；使用激光束的方法：（利用激光射线在开挖面上定出基点，并由该点实测开挖断面面积）使用投影机的方法：（利用投影机将基点或隧道基本形状投影在开挖面上，然后根据此实测开挖断面面积）2、非接触观测法三维近景摄影法利用拍摄手段进行多角度、立体拍摄，不宜作为测量的手段。 直角坐标法测量仪器：激光打点仪、经纬仪、水平仪、钢尺、塔尺等极坐标法（断面仪法）PROFILIR4000测量原理：极坐标法；它是以某物理方向（如水平方向）为起算方向，按一定间距（角度或距离）依次一一测定仪器旋转中心与实际开挖轮廓线的交点之间的矢径（距离及该矢径与水平方向的夹角） ，将这些矢径端点依
12、次相连即可获得实际开挖的轮廓线。测出实际开挖断面，并与理论设计断面相叠加，从而得出超挖和欠挖。a、激光断面仪的用途：用于隧道施工过程开挖断面检测；工程限界验收检测；隧道形变检测等场合之中；也可用于小于 60 米以内的建筑物距离的检测；或类似的其它条件的检测；如正在建设的公路铁路等路基土石方测算；桥梁静载测试护坡挡土墙的验收检测等工作；可以测量前方断面；主要用于快速检测刚开挖的隧道断面；在要求精度较高的场合应以测量当前断面为主；根据设计好的炮眼数据对炮眼位置进行指示，方便施工；也可以对隧道轮廓进行放样；测量围岩收敛，记录围岩的收敛情况；方便检测隧道等的变形。b、主要技术指标检测半径 145 米；
13、检测时间自动检测约为 5 分钟一个断面 (50 个点) ；测距精度优于1 毫米；测角精度优于 0.01；方位角范围 30330 仪器测头垂直向下为零度；手动测头转动方位角范围 0350；定位测量方式具有垂直向下激光定心标志测距功能；可连续纪录断面数大于 2500 个断面每个断面选 50 个点初期支护施工质量检测初期支护：隧道开挖后，除围岩完全能够自承而无须支护以外，在围岩稳定能力不足时，则须加以支护才能使其进入稳定状态，称为初期支护。初期支护质量检测包含：锚杆、喷射混凝土、钢拱架。一、锚杆1、锚杆作用原理“悬吊”作用。所谓“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落，用锚杆将其同稳定围岩联结起来
14、，悬吊作用主要表现的加固局部失稳的岩体。提高层间摩阻力，形成“组合梁” ；对于水平或缓倾斜的层状围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学观点看就是形成“组合梁”加固围岩；由于锚杆的加固作用，使围岩中，尤其是松动区中的节理裂隙，破裂面等得以联结，因而增长了锚固区围岩的强度（即 c、 值） ；锚杆将节理发育的岩体和松动围岩形成整体，成为隧道外围的道“加固带”2、锚杆质量检测锚杆质量检测包括加工质量、安装尺寸、拉拔力试验、砂浆锚杆注满度等。 安装尺寸检查锚杆位置；孔位偏差15mm;孔深偏差50mm; 孔径大小15mm 。锚杆拉拔力试验（拉拔力指锚杆能承受的最大拉力）锚杆拉力试
15、验不是检验锚杆的安装质量，而是检验该类围岩能否用锚杆加固（1 ） 拉拔力设备：中控千斤顶、手动油压泵、油压表、千分表（2 ） 测试方法（3 ） 注意事项a、 防偏心；b、均加压（10KN/min） ；c、尽量不做破坏性实验；d、安全（4 ） 试验要求a、 按锚杆数 1%且不小于 3 根；b 、F F（设） ；c、Fi0.9F（设）砂浆锚杆注满度检测Thurner 原理：为了检查锚杆周围的砂浆是否均匀、密实。1978 年，瑞典的H.Thurner 提出测超声能量损耗来判定砂浆、灌注质量的好坏。在锚杆体外端发射一个超声波脉冲，它沿杆体钢筋以管道形式传播，到达钢筋底端反射，在杆体外端可接受此反射波。
16、如果钢筋外密实、饱满地由水泥砂浆握裹，砂浆又与周围岩体粘结，则超声波在传播过程中，不断从钢筋通过水泥砂浆向岩体扩散，能量损失很大，在杆体外侧测得的反射波振幅很小，甚至测不到；如果无砂浆握裹，仅是一根空杆，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；如果喔裹砂浆不密实，中间有空洞或缺失，则得到的反射波振幅的大小介于前两者之间。由此，可以根据反射波振幅大小判定水泥砂浆的饱满程度。在什么情况下采用锚杆在不连续围岩中要横切不连续面时设置；在连续性围岩中位移差较大时，可设置锚杆；锚杆和围岩间要有适当的锚杆力。二、 喷射混凝土1、 喷射混凝土作用原理支撑围岩由于喷层能与围岩密贴和粘结并
17、给围岩表面以抗力和剪力，从而使围岩处于三向受力的有利状态，此外喷层本身的抗冲能阻止不稳块体的塌滑。卸载作用由于喷层属柔性，能有控制地使围层在不出现有害变形的前提下，进入一定程度的塑形，从而使围岩“卸载” 。填平补强围岩 喷射混凝土可射入围岩张开的裂隙，填充有凹穴，使裂隙分割的岩块层面粘联在一起，保持岩块间的咬合、镶嵌作用，提高其间的粘结力摩阻力，有利于防至围岩松动，并避免或缓和围岩应力集中。覆盖围岩表面（封闭作用）喷层直接粘贴表面，形成防风化和止水的防护层，并阻止节理裂隙中充填物流失。分配外力通过喷层吧外力传给锚杆、网架等，使支护结构受力均匀分担。2、 检测项目及方法（一） 检测项目强度：（压
18、、拉、剪、劳、粘）相互关联，喷射砼抗压强度是表示其物理力学性能及耐久性的一个综合指标。故一般只检测抗压强度及粘结强度。厚度：（100mm300mm）之间粉尘、回弹检查（二） 强度及厚度的检测方法（1） 抗压强度试验方法喷大板切割法 简单不准确凿方切割法 可靠太麻烦 （2） 喷射砼与围岩粘性强度试验试块制作方法：成型试验法；用劈裂法进行试验直接拉拔法。（3） 厚度凿孔：喷射 8h 以内，用短杆将孔凿出，厚度不足时可及时补喷。激光断面仪地质雷达（三） 质量评判：10 组以下 试件抗压强度的平均值 Rn1.05R（设计值）Rmin0.9R（设计值）10 组以上 试件抗压强度的平均值 Rn1.0R（设
19、计值）Rmin0.85R（设计值）三、 钢支撑1、 钢支撑的类型围岩类别 围岩级别 型钢支撑 格栅支撑 格栅支撑支撑型式 优点 缺点钢支撑 1 架立后能立即承载，充分发挥其力学作用；2 加工比较容易，但需要较大的加工设备；3 安装及构件连接比较简洁、方便1 背后的混凝土不易填充密实，留有空隙；2 质量大，架设安装困难；3 钢支撑的变形与混凝土变形不协调，混凝土易开裂钢格栅 1 喷射混凝土完全包裹隔栅，整体性好，背后不易留下空隙；2 加工比较容易，且不需要大型加工设备；3 质量小，易于安装1 隔栅必须与混凝土配合才能充分发挥其力学作用；2 架立后不能立即承载，初期作用小；3 在围岩变形大的场合，
20、不能有效地控制围岩的变形2、 钢支撑的检测（1） 加工质量检测：尺寸；强度、刚度；焊接； （2） 安装质量检测：安装尺寸；倾斜度；连接与固定；3、 钢支撑与锚喷支护的区别区别在于作用机理不同钢支撑是依靠“被动支撑”来维护围岩稳定 传统的支护方式锚喷支护则依赖“主动加固”来维持围岩稳定现代的支护方式锚喷支护中锚杆和喷射混凝土两者是相互依存的关系，在某些情况下可能是以其中一种为主，另一种为辅；在大多数情况下两者应并重。而我们在施工过程中往往会出现“重喷轻锚”的不正确观点，在某些情况下（如大跨度洞室，层状顶板或软弱围岩等情况） ，锚杆起着重要作用。若不加锚杆光靠喷层往往难以解决问题，在这种情况下，设
21、计上应“以锚为主，锚喷结合” 。在实际的施工过程中，经常会出现“长锚短打”、 “厚喷减薄”的情况，因此应加强施工期间锚喷支护的质量检测。四、 初期支护及二衬背后的检测1、 检测方法：地质雷达法2、 检测内容：支护、衬砌厚度背部回填的密实度背后的空洞内部的钢架、钢筋分布3、 地质雷达检测原理：地质雷达探测是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。4、 现场测线布置现场测线一般以纵向为主，环向为辅，纵向测向有 3 测线、5 测线、7 测线等。环向测线一般以点测为主。5 防排水材料及施工质量检测1、 隧道防排水的必
22、要性：隧道渗漏水的长期作用，将极大地降低隧道内各种设施的使用寿命和功能；隧道渗漏水恶化了隧道的运营环境。2、 公路隧道防排水的基本原则：隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，结合治理”的原则。目前围绕隧道结构防排水问题争论较多，究竟是以什么为主在争论之中。一般说，在环境没有要求的情况下，隧道都采用排水型；只有对环境影响比较显著，或造成较大范围的水理条件变化时，才设计成非排水型（防水型）隧道。由于环境要求的提高，非排水型隧道的设计，越来越得到重视，这是时代的要求。因此应加强非排水型隧道设计的研究。防排水材料一、 防水板1、 高分子防水卷材（防水板）目前可选用的防水板有：乙烯醋酸乙烯共聚
23、物（EVA） ；乙烯三聚五沥青（ECB） ；聚氯乙烯（PVC） ；氯化聚乙烯（CPE） ；高密度聚乙烯（HDPE） ；低密度聚乙烯（LDPE）等。2、 防水板的性能试验取样：卷材均应成批提交验收，同一生产厂，同一品种、规格的产品 5000m 为一批进行验收，不足 5000m 也作为一批。塑料防水板物理力学性能试验（3） 热处理变化率Lh-试样的热处理尺寸变化率（%）So-试样同方向上两参考点间的初始长度（mm）S1-试样处理后同方向上两参考点的长度（mm）二、 土工布1、 土工布：起缓冲层、均分压力，过滤作用土工布在隧道设计施工中有和防水板粘合到一起的复合式防水板，也有土工布和防水板分离的。复
24、合式防水板在受力过程中防水板的变形受土工布的制约，易于在复合防水板后留下空隙；分离式防水板安装比较麻烦。土工布对隧道工程比较重要的工程特征：物理特征、力学特征、水力学特征（1） 力学特征抗拉强度：抗拉强度及其应变是反映主要特征的指标；试验方法：采用条带拉伸试验；撕裂强度：反映试样抵抗扩大破损裂口的能力：目前测撕裂强度的试验形状多为梯形；顶破强度：反映土木织物抵抗垂直织物平面的法向压力的能力；刺破强度：反映土木织物抵抗小面积集中荷载的能力。三、 防水混凝土隧道的防水技术主要有两大类：（1）提高混凝土自身的防水功能，即采用混凝土自防水；（2）结构的外放水技术，设防水夹层等技术。防水混凝土又属于隧道
25、自防水技术的一个方面；另一方面是处理好各种施工缝。隧道工程防水混凝土的一般要求：（1） 一般地区抗渗等级不得小于 S6，平均气温低于-10时抗渗等级不得小于 S8。（2） 试件的抗渗等级应比设计要求提高 0.2MPa。（3） 防水混凝土结构应满足；衬砌厚度不小于 300mm；裂缝宽度应不大于 0.2mm，并不贯通；迎水面主筋保护层厚度不应小于 50mm。四、 止水带1、 设置位置：衬砌施工缝（由于施工原因造成，衬砌分组）沉降缝（明洞，暗洞交错口，围岩类别发生变化地段）伸缩缝（为了防止由于温度变化而造成的衬砌裂缝而设的缝）2、 止水带的安装：外贴式、预埋式、内贴式3、 止水带实测检查：检查项目 允许偏差 检查方法与频率纵向偏离（mm） 50 尺量：每环 3 处偏离衬砌中心线（mm） 30 尺量：每环三处4、 止水带的安装图示：外贴式、预埋式、内贴式（依次）
