隧道质量检测方案(2)

1、邢大公路隧道质量检测检测方案邢大公路隧道质量检测检测方案1、隧道概况湖南省S249永定区邢家巷至大坪公路标准建设，隧道净宽为10m，净高为5m，设计时速60km/h；该公路段共有3座隧道，分别为岩板溪1号隧道、岩板溪2号隧道与沅陵垭隧道。（1）岩板溪1号隧道位于张家界市邢家巷岩板溪，隧道起止桩号：K3+896K4+245，隧道全长349m。洞底设计高程441.378452.081，中线地面最大高程609.6m，最大埋深166m。洞身最大开挖宽度12m。拟建隧道位于张家界市邢家巷杆子坪村，仅有崎岖小路到达进出口处，交通十分不便。隧道平面位于直线段，线路纵坡为单向上坡，坡率为2.9999%。隧道区

2、域属低山岩溶地貌，山势陡峭，沟壑纵横，地形较复杂。中线地面高程在442.0m598.6m 之间，相对高差50160m，自然山坡坡度3065°，植被发育。岩板溪1号隧道根据物探成果在K5+318K5+370、K5+410K5+500 段为破碎带，施工过程应加强对该区域断层破碎带的监控。 K3+900K3+950：进口段位于陡坡，坡角约30-40°，植被较茂盛。地表覆盖薄层残坡积粉质黏土，基岩为中风化薄层夹中层泥质灰岩，岩层厚度210cm，泥质胶结，岩层走向与洞轴线夹角大于60 度，倾角510 度，节理裂隙发育，岩溶不发育；地表水、地下水贫乏。岩石较软，岩体破碎，厚度大于40m

3、。岩体纵波速Vp=700-820m/s。考虑进口段发育破碎带，围岩基本质量指标修正值BQ=276。隧道围岩分级为级，无自稳能力。K3+950K4+195：洞身段埋深最大处约166m。基岩为寒武系中风化微风化泥质灰岩，厚度大于170m，属较硬岩。岩层产状1608°，走向与洞轴线夹角60°。节理裂隙较发育，裂隙面闭合-微张；岩溶不发育。围岩中厚层结构夹薄层，岩体较完整。洞身段坡体地表水缺乏，裂隙含水量不大，开挖洞体有点状出水，其中K4+020K4+040 低阻带裂隙发育，或有淋雨状出水。隧道开挖时拱顶围岩有掉块现象。岩体纵波速Vp=3300-3600m/s。岩石单轴饱和抗压强度

4、30MPa，BQ=365。隧道围岩分级为级，围岩基本稳定。K4+195K4+245：出口段为陡坡，坡角约30-40°。地表覆盖层薄，基岩为强风化中风化薄层夹中厚层泥质灰岩，岩层走向与沿轴线夹角大于60 度，倾角510 度，泥质胶结；岩石出露厚度较大，岩体较破碎，节理裂隙发育，裂隙面闭合-微张，结合一般，为镶嵌碎裂结构；无外倾结构面。岩石饱和单轴抗压强度25MPa。BQ=300。隧道围岩分级为级，围岩稳定性差。除隧道入口、出口局部范围内为强风化薄层状泥质灰岩，其余围岩岩性均为中风化中厚层状泥质灰岩，岩溶不发育。岩层厚度50-200cm。岩层倾角平缓，倾向、走向基本一致。根据物探、钻探揭

5、露，隧道区域内围岩整体较完整，仅在进口段和洞身K4+020-K4+040 段小范围内存在破碎岩体。隧址区存在的不良地质主要为岩溶，根据地面调查和钻探揭露，勘探深度范围内地表溶蚀较不发育，未发育大的溶洞。根据地面调查结合钻探揭露、物探成果，隧址范围内亦未发现滑坡、危岩，崩塌等不良地质作用。（2）岩板溪2号隧道位于张家界市邢家巷岩板溪，隧道起止桩号：K4+270K4+840，隧道全长570m。洞底设计高程452.831469.931，中线地面最大高程655.5m，最大埋深148.6m。洞身最最大开挖宽度12m。拟建隧道位于张家界市邢家巷杆子坪村，仅有崎岖小路到达进出口处，交通十分不便。隧道平面位于

6、直线段，线路纵坡为单向上坡，坡率为2.9999%。隧道区域属低山岩溶地貌，山势陡峭，沟壑纵横，地形较复杂。中线地面高程在452.0m655.5m之间，相对高差50160m，自然山坡坡度3060°，植被发育。岩板溪2号隧道根据隧道进出口，为强风化中风化泥质灰岩，岩体破碎，围岩为类别为，施工加强对施工过程中对进出口段进行滑坡监测。K4+275K4+325：进口段位于陡坡，坡角约30-40°，植被较茂盛。地表覆盖薄层残坡积粉质黏土，基岩为中风化薄层夹中层泥质灰岩，岩层厚度220cm，泥质胶结，岩层走向与洞轴线夹角大于60 度，倾角510 度，节理裂隙发育，岩溶不发育，岩石较软，岩

7、体破碎。岩体厚度大于40m。地表水、地下水贫乏。围岩稳定性差。岩石单轴饱和抗压强度20MPa，岩体纵波速Vp=1210-1540m/s。考虑进口段发育破碎带，围岩基本质量指标修正值BQ=300。隧道围岩分级为级。K4+325K4+790：洞身段埋深最大处约148.6m。围岩为寒武系泥质灰岩，厚度大于150m，属较硬岩。岩层产状18518°，走向与洞轴线夹角60°。节理裂隙较发育，岩溶不发育。围岩具薄层夹中厚层结构。洞身段坡体地表水缺乏，裂隙含水量不大，开挖洞体有点状出水，局部洞段会有淋雨状出水。隧道开挖时拱顶围岩有冒顶、掉块现象，爆破震动过大易塌顶。岩体纵波速Vp=3300

8、-3600m/s。岩石单轴饱和抗压强度30MPa，BQ=377。隧道围岩分级为级。其中K4+640K4+660段为大节理，围岩分级为级。K4+790K4+836：出口段位于陡坡，坡度约45°，植被较茂盛。地表覆盖薄层残坡积粉质黏土，基岩为强风化中风化薄层夹中层泥质灰岩，属较软岩，岩溶不发育，岩体较破碎。岩层产状为18518°。厚度大于60m。节理裂隙发育，地表水、地下水贫乏。岩层为顺向坡，中薄层状结构，围岩稳定性一般。岩体纵波速Vp=3150-3360m/s。岩石饱和抗压强度值25MPa。BQ=320。隧道围岩分级为级。隧道入口至出口，围岩岩性均为中风化、微风化中薄层状泥质

9、灰岩，岩溶不发育。岩层厚度5-200m；岩层倾角平缓，产状稳定。根据物探、钻探揭露，隧道区域内围岩整体较完整，仅在洞身K4+640K4+660段小范围内存在破碎岩体。隧址区存在的不良地质主要为岩溶，根据地面调查和钻探揭露，勘探深度范围内地表溶蚀较不发育，未发育大的溶洞。根据地面调查结合钻探揭露、物探成果，隧址范围内亦未发现滑坡、危岩，崩塌等不良地质作用。（3）沅陵垭隧道位于张家界市邢家巷沅陵垭，隧道起止桩号：K5+325K7+996，隧道全长2671m。洞底设计高程488.71568.87，最大埋深488m。洞身最大开挖宽度12m。拟建隧道位于张家界市邢家巷岩板溪至沅陵溪之间的山地，植被茂盛，

10、山势陡峻，交通十分不便。邢家巷平面位于R=8000的曲线上，其余段位于直线，线路纵坡为单向上坡，坡率为3%。隧道区域属低山岩溶地貌，植被发育，山势陡峭，沟壑纵横，地形复杂。中线地面高程在495.988m1004.092m之间，相对高差50200m，自然山坡坡度3060°。沅陵垭隧道在K7+700断层F3左侧92m、320m处见发育两处溶洞，K7+720左114m 处见自流泉，该断层透水性较强，施工时应加强对该区域地质超前预报监测，及时对突水进行处理。K5+318K5+550：进口段位于陡坡，坡角约35°，植被较茂盛。地表覆盖薄层残坡积粉质黏土，基岩为中风化薄层夹中层泥质灰岩

11、，属较软岩，岩层产状18518°，岩层厚度520cm，岩层走向与洞轴线夹角60°。根据物探成果，该洞段发育两条破碎带，岩体破碎，节理裂隙发育；地下水沿破碎带较发育，洞室开挖有雨状出水。围岩稳定性差，岩石单轴饱和抗压强度值20MPa，岩体纵波速Vp=3110-3240m/s，围岩基本质量指标修正值BQ=230。隧道围岩分级为级。K5+500K5+935：洞身段埋深137-488m，围岩为寒武系泥质灰岩，厚度大，属较硬岩。岩层产状18518°，走向与洞轴线夹角60°，节理裂隙较发育，岩溶不发育。围岩为中厚层状夹薄层结构。洞身段坡体地表水缺乏，裂隙含水量不大，

12、开挖洞体有点状滴水或线状流水。隧道开挖时拱顶围岩有冒顶、掉块现象。岩体纵波速Vp=3190-3460m/s。岩石单轴饱和抗压强度值35MPa。围岩基本质量指标修正值BQ=360。隧道围岩分级为级。K5+935K6+642：洞身段埋深237-488m，围岩为寒武系泥质灰岩，厚度大，属较硬岩。岩层产状18518°,走向与洞轴线夹角60°，节理裂隙较发育,岩溶不发育。围岩为为中厚层状夹薄层结构。洞身段地表水缺乏，裂隙含水量不大，开挖洞体有点状出水或淋雨状出水。隧道开挖时围岩有冒顶、掉块现象。本段隧道围岩初始应力较高，开挖时可能存在岩爆现象，洞顶片状剥落，干燥、岩体完整洞段开挖时尽

13、量采用短进尺，多循环，光面爆破，尽量减少对围岩的扰动，对围岩洒水，改善围岩应力状态。岩石单轴饱和抗压强度Rc 值35MPa。BQ=380。隧道围岩分级为级。K6+642K7+470：洞身段埋深67288m，围岩为寒武系泥质灰岩，厚度大，属较硬岩。岩层产状29021°,走向与洞轴线夹角60°，节理裂隙较发育，岩溶不发育。围岩为为中厚层状夹薄层结构。洞身段坡体地表水缺乏，裂隙含水量不大，开挖洞体有点状出水或淋雨状出水。隧道开挖时围岩有冒顶、掉块现象。岩石单轴饱和抗压强度Rc=35MPa。BQ=360。隧道围岩分级为级。K7+470K7+770：该段位于山间冲沟。地表覆盖层薄，基

14、岩为中风化薄层夹中层泥质灰岩，属较硬岩，岩溶作用弱，岩体较破碎，节理裂隙发育；K7+500-K7+720段地表发育有小溪，常年有水，流量约20L/s。该段洞身埋藏较浅，裂隙发育，开挖隧道时会有淋雨状出水或线状流水；岩层走向与洞轴线夹角60°，中薄层状结构，围岩稳定性较差。本段隧道洞存在偏压现象。岩石单轴饱和抗压强度Rc 值30MPa。岩体纵波速Vp=3130-3300m/s。BQ=260。隧道围岩分级为级。K7+770K7+950：洞身段埋深37-80m，围岩为寒武系泥质灰岩，属较硬岩。岩层产状平缓，走向与洞轴线夹角60°，节理裂隙较发育，岩溶作用较弱。围岩为薄层夹中厚层状

15、构造。洞身段坡体地表水缺乏，裂隙含水量不大，开挖洞体有点状出水或雨状出水。隧道开挖时有冒顶掉块现象，爆破震动过大易塌顶。岩石单轴饱和抗压强度Rc 值30MPa。岩体纵波速Vp=3150-3320m/s。BQ=355。隧道围岩分级为级。K7+950K7+996：出口段位于陡坡，坡角约45°，植被较茂盛。地表覆盖薄，基岩为中风化泥质灰岩，属较硬岩，岩溶不发育，岩体较破碎，节理裂隙发育，隧道开挖时会有点状出水；岩层走向与洞轴线夹角60°，岩体为中薄层结构，围岩稳定性一般。岩石单轴饱和抗压强度Rc值25MPa。BQ=230。隧道围岩分级为级。隧道入口至出口，围岩岩性均为中风化中薄层

16、状泥质灰岩，岩溶不发育，岩层厚度20-100cm，岩层产状一致；岩溶不发育。根据物探、钻探揭露，岩体整体较完整，仅在进口段和洞身K7+700段小范围内存在破碎岩体。隧址区存在的不良地质主要为岩溶，根据地面调查和钻探揭露，勘探深度范围内地表溶蚀较不发育，钻孔未揭露到大的溶洞。但在K7+700断层F3左侧92m、320m处见发育两处溶洞，K7+720左114m 处见自流泉，该断层透水性较强，隧道施工时有可能突水。2 检测内容及实施程序本次检测对邢大公路隧道进行施工质量检测，检测严格按照公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1-2004）中相关要求进行，主要包括钢支撑数量及间距、初支厚度、初支背后

17、空洞、二衬厚度、二衬钢筋数量、二衬混凝土缺陷、锚杆数量、锚杆长度、锚杆抗拔力检测。检测频率主要根据隧道施工进度而定，衬砌检测原则上初支完成每100米进行一次初支检测，二衬每完成300米进行一次二衬检测。锚杆长度按总数量的5%进行抽检，锚杆抗扰力按锚杆总数量的1%，且每组不少于3根进行抽检，检测完成后一星期内提交检测报告。实施程序由施工方报检监理，监理单位上报业主单位，由业主指定安排我方人员开始进行实体检测。3 技术方案制定的依据隧道实体检测将严格按照国家的相关技术标准和规定进行，严格遵守以下技术标准或规范：公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）公路隧道设计规范（JTD D70

18、-2004）； 公路隧道施工技术规范（JTG D60-2009）；公路工程质量鉴定办法（交通部2004年第3号令）；公路工程质量监督检查办法（质监公字200510号）；相关隧道工程地质勘察报告与隧道施工设计图。4 检测技术方法4.1 地质雷达检测衬砌质量4.1.1检测方法的选取在隧道衬砌的质量检测中，传统的钻孔取芯方法可以直观的探测衬砌的厚度和空洞，但是由于该方法会对隧道壁造成结构破坏，而且随机性强，缺乏代表性，不能反映隧道混凝土结构的整体质量，而且施工效率极其低下。目前隧道衬砌质量检测中一般慎用此种方法。众所周知，隧道一般修建在地下岩土介质中，属于半隐蔽工程，其质量的检测比地面结构困难。而现

19、今，对隧道结构和防水层构造等的施工质量还没有明确的规范，也没有成熟而公认的检测方法和技术。相比之下，地质雷达可以在地表、炕道、隧道中探测地下介质的内部结构，兼有浅部可探性、高分辨率以及图像直观，快速高效，反演精度高，野外施工方便快捷等特点，使其在隧道检测中优于其他方法，因此，在本方案设计中决定采用地质雷达技术对隧道衬砌厚度及围岩状况进行无损检测，为评价隧道工程质量提供科学依据。4.1.2 地质雷达检测原理边墙检测边墙检测拱腰检测拱腰检测拱顶检测图1 雷达检测测线断面布置示意图探地雷达（简称GPR）剖面检测与声纳、地震反射法类似，在测量时向地下发射一个高频电磁波的短脉冲，产生一个向下传播的波前，

20、其中部分能量被地下具有电性差异的界面反射到地表。地表则使用一个接收器监测反射量与接收延时的比值。向地下发射能量到接收机接收到脉冲的地下延时，是电磁波在地下介质中的传播速度和地下反射体深度的函数。概言之，高频电磁波在介质中传播时，其波速、路经、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。所以，通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。因此，在发射和接收天线同步移动，进行地质雷达剖面测量时，通过测量地下介质中的雷达波传播速度、振幅、相位就可以确定反射体的深度等参数。而在隧道检测中，空气的相对介电常数为1.0，水泥混凝土69，水81，围岩的介电常数一般大于

21、8，这与其含水性有很大的关系。可见，隧道中介质之间存在明显的介电常数的差异，这为雷达检测隧道的质量提供了可靠的地球物理依据。4.1.3 隧道检测施工技术要求1、测线布置为了能全面了解隧道衬砌的质量，根据试验结果和施工工艺的特点，隧道二次衬砌和初次支护质量检测时通常在各检测隧道段的拱顶，左、右拱腰以及左、右边墙5个部位(图1)分别沿轴(纵)向布置测线：拱顶为各隧道的正顶部附近、拱腰为隧道的起拱线以上1m左右，边墙为隧道的排水沟盖板以上1.5m左右。检测点定位一般以各隧道施工单位所提供测量点为准。在检测过程中应遵循以下原则：a)采用剖面法(CDP)按设计测线对隧道进行连续透视扫描。测线以纵测线为主

22、，对质量可疑地段辅以横测线。b)所有剖面测线记录独立编写文件。采用边采集数据边实时显示监控，遇随机情况影响探测效果的，在现场进行复测。图2 工作台检测 图3 铲车检测具体在施工过程中，对于已施工二衬的地段，为了在隧道中快速检测，需要组装工作台架（图2），工作人员在上面工作，使天线可以与隧道衬砌表面密贴并可用约5kmh的速度滑行。而对于未施工二衬的隧道段，可以采用铲车（图3）进行作业，其前斗可以根据要求上下左右灵活移动，非常方便；或采用有相应装置的工作车进行操作。衬砌表面不平，常有钢筋、铁丝、截面突变，在测线上施测时，须绕避开这些障碍物。(2)检测精度和技术要求为确保对隧道衬砌质量进行一个科学、

23、准确的评价，根据业主的要求，并按照相关技术规范和标准，在采用地质雷达对隧道衬砌进行检测的过程中，必需达到以下精度和要求：a) 对二次衬砌厚度的检测误差一般在510mm；每1m提供一个衬砌平均厚度值，每510米提供一个二次衬砌的厚度代表值。并且提供衬砌脱空或空洞的位置及高度（高度大于20mm的脱空和空洞），确保对脱空和空洞的准判率达到95以上；提供衬砌中钢筋数量以及钢筋分布情况（图4、图5）。图4 二衬内钢筋密度雷达检测图图5 初期支护内钢支撑雷达图像b) 每10m提供一个锚喷支护时喷层厚度值。4.1.4 仪器设备及参数设置仪器设备：瑞士生产的RAMAC型地质雷达系统一套（含500MHZ天线、8

24、00MHZ天线）。参数设置：针对隧道衬砌检测的实际情况，主要参数设置如下：(1)天线中心频率的选择针对公路隧道工程混凝土衬砌的厚度尺寸情况，为了能满足检测精度，天线需选用较高的中心频率。但为了能达到一定的检测深度，中心频率又不能选得太高。另外，由于现场条件的限制，中心频率又不能选得太低。因此，选择合适的天线中心频率是得到预期检测效果的关键。通常在保证分辩率且场地条件许可时尽量使用中心频率低的天线，如果要求的空间分辨率为X(m)，介质的介电常数为，则天线的中心频率可由下式而定： (1)根据工程实际情况，一般在测试中选择500-1000MHZ的中心频率均能满足要求。本项目中拟选择800MHZ天线、

25、500MHZ天线二组型号进行检测。(2)时窗的选择时窗（记录长度）选择主要取决于最大的测试深度(m)及混凝土的波速。时窗W可由下式估算： W=1.3*(2* )/v (2)(3)采样率的选择采样率是记录反射波采样点之间的时间间隔，按尼奎期特采样定律，采样速度至少要达到无线中心频率的3倍。为使记录波形更完整，取采样率为中心频率的6倍，采用连续测量工作方式。正式工作前先进行试验性探测，从雷达图像上可清楚地分辨出不同介质的部位、程度、状态与轮廓，从而确定使用天线的参数设置与工作方法。4.1.5 数据处理与资料解释（1）图像的分层我们知道，电场强度分量Ex的振幅值在向介质传播过程中，是以衰减系数同传播

26、距离z之积为幂作指数衰减的。探地雷达有一时间(深度)增益调节窗口，当调节的增益参数适当时，可抵消深度和衰减系数所引起的电磁波电场分量的衰减，显示的波形即为除去了深度影响的回波波形。同时，还采用滤波、褶积等功能窗口，对数据信息、波形进行处理，消除外界干扰带来的影响，获得真正的界面反射波形。通常，隧道衬砌质量检测时，电磁波需经过混凝土层、防水膜、回填层(含有洞或水)和围岩层等介质，不同介质层的衰减系数不同，反射系数也不同。回波振幅、相位异常反映了各介质层的界面。分辨回波振幅、相位的特征，可达到分层的目的(图6所示)。图6 衬砌结构层雷达划分图(2)电磁波波速的计算电磁波在隧道衬砌介质中传播的速度，

27、可由v=c/r表示。由于混凝土层、回填层和土层的相对介电常数不是一个定值，所以电磁波在这些介质中传播的速度也不是一个定值。为了精确地计算隧道衬砌的厚度，必须在每座隧道衬砌检测中实地测量该处的速度值。通常测量速度值的方法有2种：已知厚度反求速度法v=2h/t和雷达宽角速度测量法v=d/。(3)隧道衬砌厚度的计算隧道衬砌厚度的计算公式为h=vt/2，式中：h为隧道衬砌厚度，v为电磁波在隧道衬砌中传播速度，t为电磁波由表面传至隧道衬砌与回填层分界面的双程走时。在实际测试工作中，只要知道电磁波传播速度，将其输入计算机，并设置好初始点时值，计算机可通过雷达测试专用软件将记录的时间剖面自动转变为深度剖面，

28、厚度界面即可通过人机对话方式生成。隧道衬砌厚度计算结果，既可以厚度剖面图形式输出(图7所示)，也可以各处厚度值数据表输出。图7 拱顶二次衬砌厚度曲线（4）回填层密实程度的评价根据反射波振幅、相位、频率特征，可将回填层划分为密实和不密实2种情况。当回填层不密实或不均匀时，探地雷达接收到的反射波振幅、相位等均会出现一定程度的变异，如相邻的单道波形之间在振幅与相位上存在较大的差异，以致在剖面图上出现小区域的图像明显变异，而根据测线剖面图像中的这些变异特征，就可推断回填层的密实程度，并能对其范围进行精确定位（图8、图9所示为以往检测工作中的成果图）。衬砌中存在空洞图例图8 衬砌空洞雷达图像 图9 砼后

29、充填密实 4.1.6 锚杆长度检测 锚杆支护是喷锚支护的主要组成部分，是一种锚固在岩体内部的杆状体，锚杆支护是通过锚入岩体内部的钢筋，与岩体融为一体，达到提高围岩的力学性能，改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维护围岩稳定的目的。根据大量试验和工程实践表明，锚杆对保持隧道围岩稳定、抑制围岩变形发挥很好作用。利用锚杆的悬吊作用、组合拱作用、减跨作用、挤压加固作用，将围岩中的节理、裂隙串成一体，提高围岩的整体性，改善围岩的力学性能，从而发挥围岩的自承能力。锚杆支护不仅对硬质围岩，而且对软质围岩也能起到良好的支护效果。为了充分发挥锚杆对围岩的支护作用，从技术上要求：1）要紧跟开挖面及时安装系统锚杆；2

30、）要确保锚杆全长注浆饱满，与岩体连成整体；3）要求锚杆达到使用耐久，避免松弛、锈蚀、腐蚀损坏。锚杆长度和抗拔力是喷锚支护质量的两项关键控制指标，锚杆质量检测仪是当前检测锚杆长度有效手段，本项拟采用JL-MG(C)锚杆质量检测仪对隧道锚杆长度进行抽检，检测仪由采集仪、发射震源、检波器和分析处理软件组成。发射震源产生的弹性波，沿着锚杆传播并向锚杆周围辐射能量，检波器检测到反射回波，并由检测仪对信号进行分析与存储。反射信号的能量强度和到达时间取决于锚索周围或端部的灌浆状况。通过对信号进行处理和分析，可以确定锚杆长度以及灌浆的整体质量。锚杆质量检测仪分析锚杆长度结果图5 检测人员情况本隧道检测项目由以下人员组成表4 隧道检