隧道施工过程中存在的质量问题及检测技术

隧道施工过程中存在的质量问题及检测技术

二零一三年七月

讲授人：刘红生

讲授内容1、隧道工程质量检测的目的和意义2、隧道施工中存在的质量问题3、隧道运营过程中的土建结构病害类型4、隧道衬砌质量及病害检测技术1、隧道工程质量检测的目的和意义

1.1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③隧道运营过程中土建结构安全评估的重要环节1.2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推动隧道施工技术进步⑤提高养护水平⑥及时了解隧道运营过程中土建结构的安全性2、隧道施工中存在的质量问题2.1洞身开挖

2.2工字钢以及钢格栅

2.3锚杆

2.4喷射混凝土

2.5仰拱2.1洞身开挖

1.暗洞开挖欠挖，导致断面尺寸不足，挖方量直接就少了。

2.超挖不按要求回填，超挖回填片石更有甚者有编织袋装洞碴回填。

3.开挖过程中设计的预留沉降量一点都没有开挖，到二次衬砌时到处是欠挖。

4.加大进尺。可增大一次开挖长度，减小工序交接次数。

5.双侧壁导坑开挖变成了三台阶七步开挖,或者台阶法，变成全断面也有。

2.2工字钢以及钢格栅

工字钢

1.工字钢的间距一般设计为60cm，实际施工中能按间距80cm甚至更大进行施工。

2.同样的一种工字钢从b型换成a型，I20的变成I18。

3.工字钢长度不按照设计长度做，施工中经常存在工字钢的腿部悬空的现象。

4.工字钢有些是用两根粗钢筋做成，然后用混凝土喷上，外表看还以为是真的工字钢；

5.纵向连接钢筋能省就省，连接板就是从钢板上量一个大致尺寸，切割下来，大致位置钻个孔就算完成了，很少或没有橡胶垫板，象混凝土垫块一类的东西，走走形式，很少或基本没用过。图2.1工字钢有些是用两根钢筋做的

钢格栅

1.格栅加工制作粗糙，格栅架立的间距严重超标，连接筋搭接长度不够，降低安装和加工时间。

2.一榀钢架设计是拱顶拱墙7个单元，在实际施工存在由4个单元组成，还把连接板留在拱顶处，让受力最大的地方设成了接头，仰拱的钢架一般都较少。

3.间距超标，60cm的拉大成80cm，80cm的拉大成1.2m，1m的成了1.5m，还有用两根钢筋搭成个拱架的样子，然后喷射混凝土把没有做的格栅喷出来，看上去和真的一样。

4.钢架高度明显低于设计要求，相临两榀钢架就能差个十几厘米，预留变形量和施工误差成了其降低钢架的借口了，有的钢架为了焊接，倾斜度就能到5度，很难保证钢架的稳定性；

5.连接角钢设计是10/8#的，厚度8mm，实际就用6#的，厚度5mm，连接锚筋基本就没有，连墙角垫钢板也是被省了，就象是穿鞋没鞋底。2.3锚杆

1、加大间距，导致数量不够，锚杆能省就全省，不注浆，不按间距施工，只要看看掌子面不出事情就可以了。

2、锚杆长度不足，3.5m的锚杆甚至用80cm-100cm的来代替，先用冲击钻打上洞,然后用锚固剂锚住.主要是便于检查(设计一般是3.5米左右),更有在检查后再抽出换短锚杆的；

3、直径不足（小直径替换大直径），甚至有用跟φ6钢筋焊上一节φ22的锚杆插进去,检查了一看外面,锚杆一根根的很漂亮,其实里面猫腻很大；

4、使用不合格锚杆或者中空锚杆使用普通锚杆等等；

5.用锚固剂代替水泥沙浆；

6.孔洞打的不少,人能够到的地方深度也够，插入钢筋也差不多够长，可等检查完就给抽出来换了。

7.中空注浆锚杆不注浆，端部用水泥浆堵死，看上去像注满了，锚杆尾部折弯，拉拔试验时确保拉不出。

图2.2锚杆长度过短图2.3该设锚杆的地方实际未布设锚杆2.4喷射混凝土

1.喷砼湿喷设计采用湿喷，在实际过程中可能采用干喷，这是大干喷工艺，会有粉尘污染、回弹严重以及混凝土品质的不均匀等问题；

2.有用石粉代替水泥的,速凝剂不舍得放的；

3.不按照配合比施工，喷射砼中不加粗骨料的，砼拌和时私自调整配合比,相对增加石子、砂的用量,减少水泥用量，从而节省成本。

4.在工字钢内侧贴上石棉瓦,

面上喷一层混凝土，里面是空心,喷混凝土厚度不够,与设计相差太远,塌腔空洞用石棉瓦遮盖不注浆。

5.纤维喷射混凝土纤维不是拌的，是洒在拌好的料上。

6.初支混凝土喷射砼强度也不足；

图4.4超挖地段在工字钢内侧贴上石棉瓦2.5仰拱

1.仰拱填充与仰拱同时施工；

2.仰拱半幅施工，没有仰拱栈桥。

3.需打仰拱的不打仰拱，即使做了仰拱，也是欠挖严重，混凝土不按照配合比施工，有的直接用片石混凝土代替了；

4.监理抽检完了，把仰拱下的工字钢再割掉的都有；

5.仰拱的钢筋混凝土打成片石混凝土的或着用喷射混凝土回弹下来的混凝土填充的都有,再用砂浆抹面跟真的似的,不注意还真看不出来。

6.底板钢筋直接不放，也有放好让监理检查，过后直接撤走。3、隧道运营过程中的土建结构病害类型3.1隧道渗漏水

3.2衬砌裂损3.1隧道渗漏水

隧道衬砌渗漏水衬砌周围积水隧道路面冒水3.1.1衬砌渗漏水

隧道衬砌渗漏水发生的主要原因是隧道的排水系统遭到了阻塞且隧道衬砌出现了裂缝。按渗漏发生的部位分为：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数有涌水灾害。其主要危害：隧道渗水对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不利影响甚至威胁。

图3.1某隧道内发生透水事现场

图3.2隧道在运营过程中拱顶地下水呈喷射状3.三1.三2衬砌三周围三积水隧道三施工三过程三中发三生了三塌方三或超三挖现三象严三重，三然而三回填三不密三实，三同时三隧道三开挖三影响三了原三来地三下水三的排三泄途三径，三这些三不密三实的三地方三就成三为了三地下三水的三贮存三空间三。其主三要危三害：三水压三过大三时会三导致三衬砌三破裂三；软三化围三岩，三从而三加大三衬砌三压力三，导三致衬三砌破三裂；三膨胀三性围三岩体三积膨三胀，三导致三衬砌三破裂三；寒三冷地三区引三发冻三胀病三害图3.三3某隧三道左三线拱三顶积三水雷三达图3.三1.三3隧道三路面三冒水对于三路面三行车三道冒三水，三一方三面隧三底围三岩含三水量三大、三水压三较高三，另三一方三面是三路面三以下三隧底三结构三（仰三拱填三充和三仰拱三结构三）松三散，三透水三性强三，排三水能三力差三，导三致地三下水三容易三渗入三而无三法排三出。路面三冒水三会冲三毁路三面，三同时三对隧三道路三面的三结构三稳定三性造三成不三良影三响，三产生三不均三匀沉三降，三从而三影响三行车三安全三；图3.三4某运三营隧三道路三面渗三漏水图3.三5某隧三道道三路面三渗水三引起三的交三通事三故3.三2衬砌三裂损造成三衬砌三裂损三的主三要原三因为三：由三于衬三砌混三凝土三施工三质量三不佳三，出三现离三析、三气泡三、麻三面、三不密三实等三缺陷三，导三致承三载能三力不三满足三要求三，引三起衬三砌开三裂；三由于三隧道三施工三质量三不佳三，导三致衬三砌厚三度不三足、三初期三支护三与二三次衬三砌不三密贴三等问三题，三引起三衬砌三结构三受力三特性三不良三，最三终引三起衬三砌开三裂。三受地三下水三影响三，隧三道基三底软三化，三导致三隧道三结构三出现三沉陷三、底三鼓或三收敛三等变三形现三象，三由于三混凝三土结三构变三形而三导致三衬砌三裂损三。图3.三6某隧三道左三拱腰三裂缝4、隧三道衬三砌质三量及三病害三检测三技术4.三1隧道三衬砌三质量三检测三技术4.三2隧道三运营三过程三中土三建结三构病三害检三测技三术4.三1隧道三衬砌三质量三检测序号检测项目检测设备1喷射砼厚度、初衬与围岩的接触情况探地雷达2初期支护钢支撑的数量及分布探地雷达3锚杆的长度、砂浆饱满度锚杆质量检测仪4锚杆拉拔力锚杆拉拔计5初期支护轮廓线激光断面仪6喷射混凝土抗压强度钻孔取芯机、万能试验机7二衬厚度、二衬及与初衬接触的情况探地雷达8二衬混凝土抗压强度回弹仪9二衬钢筋保护层厚度探地雷达、钢筋位置测定仪表4.三1隧道三衬砌三质量三检测三项目三及检三测设三备一三览表4.三1.三1隧道三衬砌三质量三检测利用三探地三雷达三对初三衬和三二衬三的厚三度、三围岩三与初三衬、三初衬三与围三岩的三胶结三情况三以及三初衬三钢拱三架数三量及三间距三、Ⅳ、Ⅴ级围三岩钢三筋保三护层三厚度三进行三检测三。（1）仪三器设三备现场三测试三采可三以用三美国SI三R型探三地雷三达、三瑞典三的MA三LA探地三雷达三、意三大利RI三S探地三雷达三以及三中国三的LT三D雷达三，天三线采三用90三0M三Hz、50三0M三Hz、40三0M三Hz的屏三蔽天三线。三检测三时，三天线三紧贴三隧道三衬砌三表面三，沿三测线三滑动三，由三雷达三主机三高速三发射三电磁三脉冲三，快三速连三续采三集。图4.三1三SI三R-三20型地三质雷三达图4.三2三M三AL三A探地三雷达（2）原三理探地三雷达三技术三检测三隧道三衬砌三质量三的原三理是三利用三高频三电磁三波（三主频三为数三百兆三赫兹三）以三宽频三带短三脉冲三的形三式，三在隧三道衬三砌面三通过三发射三天线三传播三到隧三道衬三砌内三，经三过不三同的三层面三（或三目的三体）三反射三后返三回至三衬砌三面，三被接三收天三线所三接收三，并三将接三收到三的信三号经三过数三字处三理，三形成三直观三的图三象显三示出三来，三这些三数字三信号三和图三象同三时储三存在三雷达三主机三中，三再将三雷达三主机三中的三数据三传输三到计三算机三中，三利用三计算三机对三接收三到的三信号三进行三分析三、处三理，三从而三判断三隧道三衬砌三的质三量。（3）测三线布三置分离三式隧三道单三洞在三隧道三的拱三顶、三左右三拱腰三及左三右边三墙各三布置1条测三线，三共布三置5条测三线，三即1＃～5＃测三线（三见图4.三3）。三由于三隧道三内进三行施三工、三局部三存在三障碍三物，三实际三测线三存在三一定三误差三。图4.三3探地三雷达三法检三测测三线布三置图（4）资三料解三译图4.三4探地三雷达三数据三处理三及解三释流三程图（5）评三价标三准⒈喷射三混凝三土①喷三层厚三度：三平均三厚度三≥设三计厚三度；三检查三点的60三%≥设计三厚度三；最三小厚三度≥0.三5设计三厚度三，且三≥50三m三m；②空三洞检三测三：无三空洞三，无三杂物三；⒉二三衬混三凝土①衬三砌厚三度:不少三于设三计值三。②拱三墙背三后的三空隙三必须三回填三密实三。⒊钢三支撑安装三间距三：50三mm。4.二衬三混凝三土钢三筋间三距主筋三间距三：±1三0三mm。锚杆三质量三检测（1）原三理采用三锚杆三质量三检测三仪（三图4.三5）对三锚杆三的长三度、三砂浆三饱满三度进三行检三测。三锚杆三质量三检测三仪由三采集三仪、三发射三震源三、检三波器三和分三析处三理软三件组三成。三发射三震源三产生三的弹三性波三，沿三着锚三杆传三播并三向锚三杆周三围辐三射能三量，三检波三器检三测到三反射三回波三，并三由检三测仪三对信三号进三行分三析与三存储三。反三射信三号的三能量三强度三和到三达时三间取三决于三锚杆三周围三或端三部的三灌浆三状况三。检三测资三料依三据波三的反三射信三号、三频率三、振三幅等三进行三处理三和分三析，三计算三出锚三杆长三度、三砂浆三密实三度及三缺陷三位置三。对比三分析三端发三端收三或侧三发侧三收的三波形三，避三免将三地层三结构三的反三射信三号与三锚杆三底端三或不三密实三砂浆三段的三反射三信号三相混三淆。三对比三分析三实测三锚杆三和试三验锚三杆的三波形三信号三、频三率特三征，三判断三锚杆三的锚三固质三量。三根据三工程三设计三要求三确定三评价三标准三，凡三锚杆三长度三或砂三浆密三实度三不满三足要三求的三均属三不合三格。图4.三5锚杆三质量三检测三仪（2）评三价标三准①锚三杆插三入孔三内的三长度三不得三短于三设计三长度三的95三%。②砂三浆锚三杆和三注浆三锚杆三的灌三浆强三度应三不小三于设三计和三规范三要求三，锚三杆孔三内灌三浆密三实饱三满，三饱满三度不三少于75三%。4.三1.三3锚杆三拉拔三力检三测（1）原三理锚杆三拉拔三力测三试是三为了三解锚三杆锚三固围三岩的三作用三和施三工安三装质三量的三检测。锚杆三拉拔三力指三锚杆三能够三承受三的最三大拉三力，三它是三锚杆三材料﹑加工三和施三工安三装质三量的三综合三反映三，是三锚杆三质量三检测三的一三项基三本内三容。三锚三杆拉三拔试三验的三常用三设备三为中三空千三斤顶﹑手动三油压三泵﹑油压三表﹑千分三表。图4.三6锚杆三拉拔三仪器（2）评三价标三准①28三d拔力三平均三值≥三设计三值，三最小三拔力三≥0.三9设计三值三。②按锚三杆数1％做三拔力三试验三，且三不小三于3根做三拔力三试验初期三支护三轮廓三线检三测（1）原三理利用三激光三断面三仪（三图4.三7）对三隧道三断面三的尺三寸进三行测三量，三有效三控制三隧道三的断三面尺三寸。三激光三断面三仪法三的测三量原三理为三极坐三标法三，是三以某三物理三方向三（如三水平三方向三）为三起算三方向三，按三一定三的间三距（三角度三或距三离）三依次三测定三仪器三旋转三中心三与实三际开三挖轮三廓线三的交三点之三间的三矢径三（距三离）三及该三矢径三与水三平方三向的三夹角三，将三这些三矢径三端点三依次三相连三即可三获得三实际三开挖三轮廓三线。三通过三隧道三洞内三的施三工控三制导三线可三以获三得断三面仪三的定三点定三向数三据，三在计三算软三件的三帮助三下自三动完三成实三际开三挖轮三廓线三与设三计轮三廓线三的空三间三三维匹三配，三最后三可以三输出三包括三各测三点与三相应三设计三开挖三轮廓三线之三间的三超欠三挖值三（距三离、三面积三）的三图形三。图4.三7三BJ三SD型激三光断三面仪（2）评三价标三准应严三格控三制欠三挖。三当石三质坚三硬完三整且三岩石三抗压三强度三大于30三MP三a并确三认不三影响三衬砌三结构三稳定三和强三度时三，允三许岩三石个三别凸三出部三分(每1m2不大三于0.三1m2)凸入三衬砌三断面三，锚三喷支三护时三凸入三不大三于30三mm，衬三砌时三不大三于50三mm，拱三脚、三墙脚三以上lm内严三禁欠三挖。表4.三1洞身三开控三质量三标准初衬三喷射三混凝三土强三度检三测（1）原三理喷射三混凝三土强三度测三试是三采用三万能三试验三机对三从混三凝土三中钻三孔取三出来三的芯三样进三行抗三压强三度试三验，三从而三确定三芯样三的抗三压强三度。三钻孔三取芯三是利三用钻三机和三人造三金刚三石空三心薄三壁钻三头，三从结三构混三凝土三中钻三取芯三样以三检测三混凝三土的三强度三。该三方法三是一三种直三观、三可靠三和准三确的三方法三，但三对结三构造三成一三定的三损伤三。（2）评三价标三准喷射三混凝三土强三度(M三Pa三)：在三合格三标准三内图4.三8万能三试验三机二衬三混凝三土强三度检三测（1）原三理衬砌三混凝三土强三度采三用回三弹法三进行三检测三，回三弹法三的原三理是三：由三于混三凝土三的抗三压强三度与三其表三面硬三度之三间存三在某三种相三关关三系，三而回三弹仪三的弹三击锤三被一三定的三弹力三打击三在混三凝土三表面三上，三其回三弹高三度（三通过三回弹三仪读三得回三弹值三）与三混凝三土表三面硬三度成三一定三的比三例关三系。三因此三以回三弹值三反映三混凝三土表三面硬三度，三根据三表面三硬度三则可三推求三混凝三土的三抗压三强度三。（2）评三价标三准混凝三土强三度(M三Pa三)：在三合格三标准三内图4.三9回弹三仪4.三1.三7钢筋三保护三层厚三度检三测(1三)原理钢筋三保护三层厚三度可三以采三用探三地雷三达也三可以三采用三钢筋三位置三测定三仪，三探地三雷达三原理三前面三已经三介绍三了，三这里三不做三介绍三。钢筋三位置三测定三仪属三于工三程检三测仪三器，三该仪三器可三用于三现有三钢筋三混凝三土工三程及三新建三钢筋三混凝三土结三构施三工质三量的三检验三，可三测定三钢筋三的位三置、三走向三及布三筋情三况，三已知三钢筋三直径三检测三混凝三土保三护层三的厚三度，三未知三直径三时同三时估三测钢三筋的三直径三和保三护层三厚度三。此三外,也可三对非三磁性三和非三导电三介质三中的三磁性三体及三导电三体进三行探三测，三如墙三体内三的电三缆、三水暖三管道三的检三测，三更高三级的三还能三图像三显示三混凝三土结三构内三部钢三筋的三平面三分布三图和三剖面三分布三图。图4.三10三D三JG三W-三-2三A钢筋三位置三测定三仪（2）评三价标三准①二三衬钢三筋保三护层三厚度三：满三足设三计要三求；②钢三支撑三保护三层厚三度：三≥20三m三m；③仰三拱钢三筋保三护层三厚度三：三≥50三m三m；④钢三筋网三保护三层厚三度：三≥10三m三m。4.三2隧道三土建三结构三病害三检测三技术表4.三2隧道三土建三结病三害监三测类三型检三测项三目及三检测三设备三一览三表序号检测项目检测设备1二衬混凝土抗压强度回弹仪、非金属超声波测试仪2二衬混凝土裂缝裂缝观测仪、非金属超声波测试仪，卷尺、地质罗盘、量角器3二衬厚度、二衬及与初衬接触的情况

探地雷达4蜂窝、麻面等混凝土外部缺陷刻度放大镜、照相机、直尺5渗漏水水杯、水压测试系统、秒表、PH试纸4.三2.三1二衬三混凝三土抗三压强三度检三测可以三采用三回弹三法、三超声三波法三、超三声——回弹三法，三本节三对后三两种三方法三的原三理进三行介三绍。(1三)超声三波法三原理超声三波在三混凝三土中三传播三时，三纵波三波速三的平三方与三混凝三土的三弹性三模量三成正三比，三与混三凝土三的密三实度三成反三比，三而混三凝土三的强三度又三与其三密度三相关三，一三般来三说混三凝土三强度三越高三，超三声波三的速三度和三频率三也越三高。三因此三，根三据超三声波三在混三凝土三中传三播速三度可三推定三混凝三土的三强度三。图4.三11超声三波测三试仪(2三)超声—回弹三综合三法原三理回弹三值只三反映三混凝三土表三层的三情况三，而三超声三法也三有一三定局三限性三，如三混凝三土的三干湿三程度三对波三速就三有影三响。三采用三综合三法则三可以三消除三或减三弱使三用单三一方三法时三的某三些缺三陷，三有较三好的三评定三效果三。我国19三88年开三始实三施《超声三回弹三综合三法检三测混三凝土三强度三技术三规程》。4.三2.三2隧道三混凝三土裂三缝检三测（1）用三皮卷三尺测三量裂三缝的三位置三（距三洞口三、或三所在三的里三程桩三号）（2）用三量角三器或三罗盘三测量三在裂三缝起三始端三处裂三缝起三始端三和终三端的三连线三与起三拱线三或墙三底线三的夹三角。（3）用三钢卷三尺测三量裂三缝的三长度三。（4）用三裂缝三观测三仪或三游标三卡尺三观测三裂缝三的宽三度。（5）用三超声三波测三试仪三器测三试裂三缝的三深度三。具体三来说三裂缝三的检三查分三为两三种方三法即三裂缝三简易三检查三和裂三缝变三化检三查：①裂三缝简三易检三查：三使用三简易三的测三量器三具或三方法三，查三明裂三缝形三状有三无发三展变三化。三图4.三12所示三为四三种简三易检三查方三法。图4.三12裂缝三观测三仪器图4.三13裂三缝三简三易三检三查方三法a)砂浆三扁饼三；b)标记三；C)裂缝三测量三计；d)标点②裂缝三变化三检测三：:主要三针对三裂缝三的发三展变三化进三行连三续观三测，三可采三用电三阻丝三应变三型的三裂缝三变形三计进三行测三量，三图4.三14为裂三缝变三化检三测示三例。三由于三季节三的变三化三，裂三缝宽三度会三随着三混凝三土的三热胀三冷缩三而变三化，三因此三宜连三续测三量1年以三上的三时间三，将三检查三结果三按时三间顺三序记三录整三理，三掌握三裂缝三发展三速度三及其三规律三等。三检三查时三间和三周期三可参三考以三下:周期:1次/月—设置三后3个月三内；1次/3个月—三3个月三后；当确三认裂三缝处三于变三化中三时，三可根三据其三发展三变化三程度三适当三增加三检查三次数三；地震