隧道工程试验检测技术

长安大学公路学院王亚琼200602 隧道工程试验检测技术长安大学2005年10月25日 §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：①正由东部沿海地区向西部内陆地区发展②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：①改善线形②缩短里程③根除病害④保护生态环境⑤提高运输效益 地貌特点：西高东底，三个阶梯东北平原内蒙古高原黄土高原华北平原青藏高原海拔4500-5000米长江中下游平原海拔200米以下云贵高原海拔2000-1000米 截至1999年底，我国已建成公路隧道1217座，总延伸里程406.7km，其中用新奥法施工的将近60%。截至2000年底，我国已建成公路隧道1684座，总延伸里程628km。截至2003年底，我国已建成公路隧道1970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。 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 •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） 三、隧道分类<按不同性质分为不同的种类>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h≥3D浅埋隧道0.5D＜埋深h＜3D超浅埋隧道埋深h＜D3、按长度分：特长隧道L＞3000m长隧道1000m＜L≤3000m中隧道500m＜L≤1000m短隧道L≤500m4、按地理位置：山岭隧道城市隧道水下隧道 四、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 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 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；±10mm2、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20mm4、路线中心线与隧道中心线衔接；20mm5、边坡仰坡不大于设计 五、矿山法与新奥法的区别•1、矿山法：是以木或钢构件做为临时支撑，待隧道开挖形成后逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。•理论依据：在某些围岩中，可见到呈拱形的暂时稳定平衡，即平衡拱。•<例窑洞>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：•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）s1q0.452rww1iB5跨度影响系数 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①产生荷载；②承受荷载；③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：①充分保护围岩，充分发挥其自承能力（采取控制爆破）；②对变形情况进行量测（即允许变形，但又控制其变形大小）用以指导施工；③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㈠爱护围岩①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②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 ㈡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㈢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㈣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方法和技术都应当适应这种变化。 隧道工程试验检测技术二长安大学2005年10月25日 §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。 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。 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。 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：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 超前支护施工质量检测《公路工程质量检验评定标准》－JTGF80/1－2004一、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 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 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。 隧道工程试验检测技术三长安大学2006年2月 §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。超挖过多出渣量增大提高工程造价支护量欠挖过多→不修整→影响支护厚度→工程质量留下隐患修整→费时、费力→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、直接量测开挖断面面积的方法①以内模为参照直接量测法；②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）12dArdsdA2③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①三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。②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。 ③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: