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隧道工程试验检测技术 讲课人 长沙理工大学吴从师教授电话 0731 230088513508483060 第一章概述 一 公路隧道的特点断面大 形状扁平 防水要求高 需运营通风和照明 二 常见质量问题渗漏 衬砌开裂 限界受侵 衬砌与围岩结合不密实 通风照明不良 第一章概述 三 检测内容1 材料检测衬砌材料 支护材料 防排水材料2 施工检测 1 施工质量检测 2 施工监控量测3 环境检测 第二章开挖质量检测第一节开挖质量标准 一 基本要求1 断面尺寸符合设计要求 2 严格控制欠挖 3 尽量减少超挖 二 爆破效果要求1 开挖轮廓圆顺 开挖面平整 2 爆破进尺达到设计要求 块度满足装渣要求 3 周边炮眼痕迹保存率符合规范要求 第二章开挖质量检测第二节欠超挖测定 一 直接测量法在二次衬砌立模后 以内模为参照物 用钢尺量内模到岩壁的距离 二 直角坐标法用经纬仪量测开挖断面各变化点的水平角和竖直角 利用立体几何原理计算各测点的纵横坐标 三 三维近景摄影法用摄影经纬仪在隧道内各位置获取立体像对 一般只作为科研的一种手段 第二章开挖质量检测第二节欠超挖测定 四 激光断面仪法1 测量原理其原理为极坐标法 以某一方向 如水平方向 为起算方向 按一定间距 角度或距离 依次测定仪器旋转中心到激光与实际轮廓线交点的矢径 距离 以及该矢径与水平方向的夹角 将这些矢径端点依次相连 即可获得实际开挖轮廓线 第二章开挖质量检测第二节欠超挖测定 四 激光断面仪法2 仪器简介 1 仪器组成 检测主机 测量控制器 三脚架 软件 外接电源盒等部分组成 2 主要技术指标 检测半径 0 2 60米检测时间 自动检测约为2 3分钟一个断面 充电使用时间 一次充电12小时可连续使用6小时检测精度 1毫米 激光断面仪示意图 激光断面仪数据示意 激光断面仪实测断面 第三章初期支护施工质量检测第一节锚杆质量与安装尺寸检查 一 锚杆加工质量检查1 锚杆材料抗拉强度 在拉力试验机上拉伸 延展性 可在现场弯折或锤击 观察其塑性变形情况 2 杆体规格用卡尺或直尺测量 杆径应与设计相符 3 加工质量观察检查焊接件和螺纹的质量 第三章初期支护施工质量检测第一节锚杆质量与安装尺寸检查 二 安装尺寸检查1 锚杆位置与设计相符 允许孔位偏差正负15mm 2 锚杆方向目测 应尽量与壁面和岩层主要结构面垂直 3 钻孔深度用带刻度的塑料管或木棍插孔量测 防止深度不足 4 孔径与孔型孔径大于杆径15mm 符合要求 第三章初期支护施工质量检测第二节锚杆拉拔力测试 锚杆拉拔力指锚杆能够承受的最大拉力 一 拉拔设备全套仪器包括 抗拉千斤顶 手动泵 精密压力传感器 数字压力表 带快速接头的高压油管 锚具 接头 拉杆 第三章初期支护施工质量检测第二节锚杆拉拔力测试 二 测试要求1 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时 另做一组拉拔力测试 2 同组锚杆锚固力或拉拔力的平均值 应大于或等于设计值 3 同组单根锚杆的锚固力或拉拔力 不得低于设计值的90 第三章初期支护施工质量检测第二节锚杆拉拔力测试 三 测试方法 第三章初期支护施工质量检测第二节锚杆拉拔力测试 四 注意事项1 千斤顶应与锚杆同心 避免偏心受拉 2 加载应匀速 一般以10kN min的速率增加 3 如无特殊需要 一般可不做破坏性试验 拉拔到设计拉力即停止加载 4 千斤顶应固定牢靠 操作人员要避开锚杆的轴线延长线方向 第三章初期支护施工质量检测第三节锚杆长度及砂浆注满度检测 一些情况下 拉拔力合格的锚杆 其灌注质量并不好 锚杆长度也不一定达到设计要求 现在人们寻求到了一种锚杆质量检测仪可检测锚杆长度和砂浆灌注质量 一 检测原理和仪器锚杆质量检测仪由采集仪 发射震源和检测器组成 发射震源向锚杆发送弹性波 波沿着锚杆传播并向锚杆周围辐射能量 反射波回来的时间和能量强度取决于锚杆周围或端部的灌浆情况 这时 检波器检测到反射波 并由检测仪对反射波进行分析 通过对信号进行处理和分析 检测仪则能确定锚杆长度以及岩石和灌浆的整体状况 第三章初期支护施工质量检测第三节锚杆长度及砂浆注满度检测 第三章初期支护施工质量检测第三节锚杆长度及砂浆注满度检测 二 测量方法检测时 先将锚杆端面处理干净和平整 然后将发射震源和检波器贴紧在锚杆端面上 然后发射弹性波进行检测 注意 必须与参考锚杆进行对比 才能对检测试验结果作出可靠的解释 参考锚杆的长度是已知的 并且对于所用的锚杆类型和岩石条件进行对比试验 其检测结果更准确 锚杆级别估计的锚杆性能1优最佳2良性能有所降低3合格性能不良4不合格很差或失效 第三章初期支护施工质量检测第三节锚杆长度及砂浆注满度检测 第三章初期支护施工质量检测第三节锚杆长度及砂浆注满度检测 三 锚固质量分类波形特征锚固状态1 优 波形规则 只有较微弱的底部反射波或没有底部反射波 密实2 良 波形较规则 有底部反射波和局部有较弱的反射波 局部欠密实3 合格 波形欠规则 有底部反射波和局部有较强的反射波 局部不密实或空浆4 不合格 波形不规则 底部有较强的反射波或底部反射波提前 锚杆欠长 或有多处较强的反射波 多处不密实或空浆 第三章初期支护施工质量检测第四节喷射混凝土质量检测 一 抗压强度试验 一 试块制作方法1 喷大板块切割法施工的同时 将混凝土喷射在模型内 待混凝土达到一定强度后 加工成10立方厘米的试块 养护28天再作抗压试验 2 凿方切割法在已喷壁上 打密集孔 取出长35cm 宽15cm的混凝土块 再加工成10立方厘米的试块 养护28天再作抗压试验 第三章初期支护施工质量检测第四节喷射混凝土质量检测 一 抗压强度试验 续 二 试块的数量隧道每10延米 至少在拱部和边墙各取一组试样 材料或配比变更时另取一组 每组至少取3个试块进行抗压强度试验 三 合格的条件1 同批 同一配比 试块的抗压强度平均值 不低于设计强度或C20 2 任意一组试块的抗压强度平均值 不低于设计强度的80 3 同批试块为3 5组时 低于设计强度的试块组数不得多于1组 试块为6 16组时 不得多于2组 试块为17组以上 不得多于总组数的15 第三章初期支护施工质量检测第四节喷射混凝土质量检测 二 喷射混凝土厚度的检测 一 检查方法1 激光断面仪 测喷射混凝土前后的隧道轮廓 然后对比得出厚度 2 凿孔检查 喷射混凝土后8小时以内 用短钎将孔凿出 发现厚度不够时可及时补喷 二 检查断面数量每10延米至少1个检查断面 每断面从拱顶起每隔3m凿孔检查1个点 第三章初期支护施工质量检测第四节喷射混凝土质量检测 二 喷射混凝土厚度的检测 续 三 合格条件1 平均厚度大于等于设计厚度 2 检查点的60 的厚度大于等于设计厚度 3 最小厚度大于等于0 5倍设计厚度 且大于等于50mm 第三章初期支护施工质量检测第四节喷射混凝土质量检测 三 喷射混凝土与围岩黏结强度试验 一 试验方法1 成型试验法在模型内放长宽约10cm厚约5cm的岩块 用喷射混凝土掩埋 达到一定强度后 加工成10立方厘米的试块 养护28天后 用劈裂法进行试验 2 直接拉拔法在围岩表面预先设置带有丝扣和加力板的杆件 用10cm厚的喷射混凝土将加力板埋入 试件面积约30cm 30cm 养护28天后 作拉拔试验 第三章初期支护施工质量检测第四节喷射混凝土质量检测 三 喷射混凝土与围岩黏结强度试验 续 二 强度标准喷射混凝土与岩石的黏结力 类及以上围岩 基本对应新规范 级以下围岩 不低于0 8MPa 类围岩 基本对应新规范 级围岩 不低于0 5MPa 第三章初期支护施工质量检测第五节钢支撑施工质量检测 一 基本要求1 钢支撑的形式 制作和架设应符合设计要求 2 钢支撑之间必须用纵向钢筋连接 拱脚必须放在牢固基础上 3 拱脚标高不足时 不得用块石 碎石砌垫 而应设置钢板进行调整 或用混凝土浇筑 混凝土强度不小于C20 4 钢支撑应紧靠围岩 其与围岩的间隙 不得用片石回填 而应用喷射混凝土填实 第三章初期支护施工质量检测第五节钢支撑施工质量检测 二 实测项目1 安装间距 每榀用尺检查 允许偏差50mm 2 保护层厚度 方法同喷射混凝土厚度检查 必须 20mm 3 倾斜度 用测量仪器检查 允许偏差 2 4 安装偏差 每榀用尺检查 横向允许偏差 50mm 竖向不低于设计标高 5 拼装偏差 每榀用尺检查 允许偏差 3mm 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 一 取样方法对于出厂合格的产品 同一生产厂家 同一品种 规格的产品每5000m为一批验收 不足5000m也作为一批 从每批产品的1 3卷中取样 在距端部300mm处截取约3m 用于各项检测所需的样片 取样环境 温度23 2 相对湿度45 55 取样时间不少于16h 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 一 外观检查看有否气泡 疤痕 裂纹 黏结和孔洞 二 长 宽 厚度 平直度和平整度量测1 用卷尺量长宽 2 用厚度仪 分度为0 01mm 量厚度 厚度测量点 至少10个点 均布在卷材的横向上 3 在平整基面上展开10m 用分度值为1mm的直尺量测平直度和平整度 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 测厚仪主要技术参数 1 测量范围 0 10mm2 分度值 0 01mm3 施加压力 0 02MPa 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 三 拉伸性能试验1 设备与试验程序拉力试验机 量程0 1000N 分度值2N 示值精度 1 夹持器的移动速度80 500mm min 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 DL系列拉力试验机 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 试样 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 三 拉伸性能试验 续 2 试验结果计算 1 拉伸强度按下式计算 精确到0 1MPa P B d 式中 试样的拉伸强度 MPa P 试样断裂时的荷载 N B 试样标距段的宽度 mm d 试样标距段的厚度 mm 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 三 拉伸性能试验 续 2 试验结果计算 续 2 断裂伸长率 L1 L0 L0 100 式中 L0 试样标距线间初始有效长度 mm L1 试样断裂瞬间标距线间的长度 mm 分别计算5块试样的算术平均值 精确到1 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 四 热处理尺寸变化率试验1 试验器具 1 鼓风恒温箱 控温范围50 240 2 直尺 量程150mm 分度值0 5mm 3 金属模板 100mm 100mm 0 4mm 4 硬纸板垫板3块 300mm 300mm 2mm 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 四 热处理尺寸变化率试验 续 2 试验程序用模板裁取3块试样 标明卷材的纵横向 并标明每边的中点 作为参考点 量取纵 横向上两参考点间的初始长度S0 将试样平放在垫板上 再将垫板水平置于恒温箱中 在80 下恒温6小时 取出置标准环境下24小时 再量取纵向和横向上两参考点间的长度S1 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 四 热处理尺寸变化率试验 续 3 结果计算纵向和横向的尺寸变化率按下式分别计算 Lh S1 S0 S0 100 式中 Lh 试样的热处理尺寸变化率 S0 试样同方向上两参考点的初始长度 mm S1 试样处理后同方向上两参考点的长度 mm 以其中纵横向平均值的较大数值表示试验结果 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 五 低温弯折性试验1 试验器具 1 低温箱0 40 2 弯折仪 3 6倍放大镜 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 五 低温弯折性试验 续 2 试验程序将试样的耐候面朝外弯曲180 边缘重合 齐平 夹入弯折仪 一起放入低温箱 在规定温度下保持1小时 然后 在1s之内将弯折仪的上平板压下 达到所调间距位置 保持1s后将试样取出 待回复室温后观察试样弯折处是否断裂或是否有裂纹 一次做2块试样 2块试样均不断裂或无裂纹 合格 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 六 抗渗透试验将裁取的3块试样分别置于3个透水盘中 盖紧槽盘 以每小时提高1 6规定压力2 105Pa的速度升压 达到规定压力后保压24h 观察试样表面是否渗水 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 七 抗穿孔性试验1 试验器具 1 穿孔仪 导管刻度长0 500mm 分度值10mm 重锤质量500g 钢珠直径12 7mm 2 铝板 厚度不小于4mm 3 玻璃管 内径 30mm 长600mm 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 七 抗穿孔性试验 续 2 试验程序将试样铺在铝板上 并一起放在50mm厚的泡沫塑料垫块上 穿孔仪置于试样表面 钢珠置于试样中心 把重锤调到落差300mm使之自由下落 撞击试样表面的钢珠 看试样是否穿孔 试验3块试样 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 七 抗穿孔性试验 续 2 试验程序 续 无明显穿孔时 将玻璃管垂直放在试样穿孔试验点中心 用密封膏封住管与试样的缝隙 再将它们放在滤纸上 将染色水溶液加入玻璃管中 静置16h后检查滤纸 如有渗透 表明试样已穿孔 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 八 剪切状态下的粘合性试验1 试验程序将2块试样平放与60 的恒温箱中15min 两端涂胶粘剂粘接 作成5块试样 在标准环境下放置24h 再按拉伸试验方法作拉伸剪切试验 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 八 剪切状态下的粘合性试验 续 2 结果计算若拉伸剪切时 粘合面滑脱 则粘合性以拉伸剪切强度 表示 按下式计算 P b N mm 式中 P 最大拉伸剪切荷载 N b 试样粘合面宽度 mm 结果以5块的算术平均值表示 精确到0 1N mm 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 二 试验方法 续 九 热老化处理试验1 将3块试样放在垫板上 置于80 的恒温箱中7天 然后在标准环境下放24h 分别按外观 拉伸性能试验规定的方法进行检查和试验 2 得出热老化处理后的拉伸强度和断裂伸长率 3 然后再求出热老化处理前后 拉伸强度的相对变化率和断裂伸长率的相对变化率 第四章防排水材料及施工质量检测第一节高分子防水卷材性能检测 三 结果评判1 对于外观 平直度 厚度等6项要求中 若有2项不合格 即为不合格卷材 2 如不合格卷为2卷 但有2卷出现上述6项中的同1项不合格 判该批为不合格 3 如不合格卷为2卷或有1项物理力学性能不符合要求时 判该批为不合格 4 不合格卷不多于2卷 且其他物理力学性能均符合要求时 判该批为合格 对不合格的批 可重新加倍抽样 对不合格项目进行重检 如仍有一组试样不合格 则该批不合格 第四章防排水材料及施工质量检测第二节防水板施工质量检查 一 防水层施工实测项目1 搭接宽度 100mm 全部搭接均检查 每个搭接检查3处 2 缝宽 两侧焊缝宽 25mm 粘结缝宽 25mm 每个搭接检查5处 3 固定点间距 拱部0 5 0 7m 墙部1 0 1 2m 检查总数的10 外观鉴定 无气泡 无破损 接缝和补眼粘贴密实饱满 不得有气泡 空隙 第四章防排水材料及施工质量检测第二节防水板施工质量检查 二 焊缝质量检查1 肉眼检查 同前 2 充气检查 用5号注射针与压力表相接 用打气筒冲气 冲气检查空腔会鼓起来 大压力达到0 1 0 15Mpa时 停止冲气 保持该压力时间不少于1分钟说明焊接良好 若压力下降说明有未焊好之处 用肥皂水涂在焊接缝上 检查出漏气点重新焊接 知道不漏为止 检查数量为 焊接1000延米抽检1处焊缝 第四章防排水材料及施工质量检测第二节防水板施工质量检查 第四章防排水材料及施工质量检测第二节防水板施工质量检查 充气检查图 第四章防排水材料及施工质量检测第三节防水混凝土抗渗性能试验 一 试件制备1 试件形状 1 圆柱体 直径 高度均为150mm 2 圆台体 上底直径175mm 下底直径185mm 高165mm 2 每组试件6个 养护不少于28d 不超过90d 3 试件成型后24h拆模 用钢丝刷刷净两端面水泥浆膜 第四章防排水材料及施工质量检测第三节防水混凝土抗渗性能试验 二 仪器设备1 混凝土渗透仪2 成型试模3 螺旋加压器 烘箱或电炉4 密封材料 石蜡 内掺松香约2 第四章防排水材料及施工质量检测第三节防水混凝土抗渗性能试验 三 试验步骤1 在试件侧面滚涂一层熔化的密封材料 立即在螺旋加压器上经烘箱或电炉预热过的试模中 装在渗透仪上进行试验 若水从试件周边渗出 说明密封不好 要重新密封 2 试验时 水压从0 2MPa开始 每隔8h增加01 MPa 并随时观察试件端面情况 一直加到6个试件中3个试件端面渗水 记下此时的水压力 即可停止试验 3 当加压到设计抗渗标号 经8h后 第3个试件仍不渗水 表明混凝土满足设计要求 也可停止试验 第四章防排水材料及施工质量检测第三节防水混凝土抗渗性能试验 四 试验结果计算混凝土抗渗标号以每组6个试件中4个未发现有渗水时的最大水压力表示 按下式计算 S 10H 1式中 S 混凝土抗渗标号 H 第三个试件顶面开始渗水时的水压力 MPa 第四章防排水材料及施工质量检测第四节排水系统施工质量检查 第四章防排水材料及施工质量检测第四节排水系统施工质量检查 一 环向排水管外观 安装的间距 固定等 二 纵向排水盲管外观 透水孔 安装坡度 包裹 上下排水管连接等 三 横向盲管接头 横向盲管上部的缓冲层 四 中央排水管管身的强度及变形 坡度 透水孔及土工布覆盖情况 第五章混凝土衬砌质量检测第一节混凝土强度检查 一 施工中的混凝土强度检查以标准养生28d龄期的试件为准 试件为边长150mm的立方体 试件3个为一组 不同强度等级及不同配合比的混凝土应在浇筑地点或拌和地点分别随机制取试件 试验评定方法见 混凝土强度检验评定标准 GBJ107 87 第五章混凝土衬砌质量检测第一节混凝土强度检查 二 施工后的混凝土强度检测1 回弹法由于混凝土的抗压强度与其表面硬度存在某种相关关系 弹击锤打在混凝土的表面上 其回弹高度 回弹仪读得回弹值 与混凝土表面硬度成一定比例关系 根据表面硬度推求混凝土的抗压强度 第五章混凝土衬砌质量检测第一节混凝土强度检查 二 施工后的混凝土强度检测 续 2 超声波法超声波在混凝土中传播时 纵波波速的平方与混凝土的弹性模量成正比 与混凝土的密实度成反比 而混凝土的强度又与其密度相关 一般来说混凝土强度越高 超声波的速度和频率也越高 因此 根据超声波在混凝土中传播速度可推定混凝土的强度 第五章混凝土衬砌质量检测第一节混凝土强度检查 二 施工后的混凝土强度检测 续 3 超声 回弹综合法回弹值只反映混凝土表层的情况 而超声法也有一定局限性 如混凝土的干湿程度对波速就有影响 采用综合法则可以消除或减弱使用单一方法时的某些缺陷 有较好的评定效果 我国1988年开始实施 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程 CECS02 88 4 钻芯法 略讲 第五章混凝土衬砌质量检测第二节混凝土厚度检测 一 各种方法简介1 冲击 回波法 1 冲击 回波测试仪 2 超声测厚仪2 激光断面仪法3 直接法 1 钻孔取芯 2 凿孔4 地质雷达法 第五章混凝土衬砌质量检测第二节混凝土厚度检测 二 地质雷达法1 基本原理地质雷达利用高频电磁波 主频为数十兆赫至数白兆赫以至千兆赫 以宽频带短脉冲形式 由地面或地下界面通过天线发射送入地下 经地下地层或目的体反射后返回地面 为另一天线又接收 脉冲波行程需一定时间 当地下介质中的波速V为已知时 可根据测到的精确时间t值 ns 求出反射体的深度 m 第五章混凝土衬砌质量检测第二节混凝土厚度检测 二 地质雷达可测的主要项目混凝土层厚度检测钢筋 钢支撑 管道等的定位检测衬砌混凝土结构后的空洞定位隧道施工超前地质预报桥面厚度检测路面沥青层 混凝土层 垫层 基层厚度检测路面各层内缺陷及空洞定位 第五章混凝土衬砌质量检测第二节混凝土厚度检测 第五章混凝土衬砌质量检测第二节混凝土厚度检测 第五章混凝土衬砌质量检测第二节混凝土厚度检测 第六章施工监控量测第一节必测项目 一 地质和支护状况观察1 目的 1 为判断围岩的稳定性提供地质依据 2 预测开挖面前方的地质条件 3 根据喷层及锚杆的工作状态 分析支护结构的可靠程度 2 观察内容地质和地下水情况 顶板稳定状态 3 观察时间每次爆破后观察 要求记录 素描或拍照 第六章施工监控量测第一节必测项目 二 周边位移 收敛量测 1 量测目的 1 根据变形速率判断围岩稳定程度 2 根据变形速率提出二次衬砌施作的合理时机 施工规范规定 二次衬砌施作应在满足下列要求时进行 各测试项目的位移速率明显收敛 围岩基本稳定 已产生的各项位移已达到预计总位移量的80 90 周边位移速率小于0 1 0 2mm d 或拱顶下沉速率小于0 07 0 15mm d 第六章施工监控量测第一节必测项目 二 周边位移 续 2 量测仪器和测点布置 第六章施工监控量测第一节必测项目 二 周边位移 续 3 量测资料整理分析 1 原始记录