隧道质量控制

隧道工程质量控制-9-2415:50来源网络【大中小】【打印】【我要纠错】一、概述作为高等级公路的山岭隧道来说，它是大型的永久性的地下建筑物。国家对此地下工程的投资大，对其工程的永久性质量规定很高。为此在隧道的修建过程中，从开挖到修建完毕的每道工序、每个环节的分部工程、分项工程的施工质量，国家从技术政策上做出了多种强制规定，并制定了质量原则，这就是国家级的多种设计、施工规范与验收原则。从总体上说：隧道工程的质量重要包括有：1、隧道开挖工程质量；2、隧道支护工程质量包括多种建筑材料的质量；3、隧道排水工程质量包括防排水材料的质量；4、隧道路面工程质量；5、隧道洞口工程质量包括明洞工程质量，就是这五大块质量和总体。二、隧道工程中各分项工程的控制按《公路工程质量检查评估原则》的规定：每座隧道应是具有独立施工条件的单位工程。每个单位工程中又按照施工长度、构造部位、施工特点等划分出了9项分部工程，每项分部工程下又按不一样的施工措施、材料、工序等划分出了若干个分项工程。总之由于隧道属地下隐蔽工程，其建设条件又不可预见，可变原因多的特点，影响总体工程质量的原因环节较多，为此，应严格按多种规范规定及验收原则的规定，层层把关，控制、验收，才能到达本高速路工程质量全优的质量目的。下面就将隧道工程中开挖、支护的重要性讲一下。（一）隧道开挖当隧道围岩类别及其对应的构造形式确定后，怎样选用相适应的开挖措施和支护条件是关键的第一步。设计文献根据通过构造计算和以往工程中所采用的支护所得成功经验，给定了不一样围岩的开挖措施和支护参数。根据设计文献提议的开挖措施，执行详细施工的承包商应认真的研究与试验，应选择安全转换工序，迅速的掘进措施：一般在Ⅱ类围岩及如下的软弱围岩，一般采用多导坑的分部开挖法，如侧壁导坑法。开挖工艺应遵照短进尺，早封闭，强支护的规定。对于Ⅱ-Ⅳ类围岩及如下的软弱围岩，一般采用两步台阶法即长台阶法：上部断面先行，待所有完毕或大部完毕上部断面后再开挖下部断面。在开挖工艺上应遵照控制进尺，光面爆破，支护紧跟的规定；对Ⅳ-Ⅵ类围岩，一般采用全断面开挖法，其开挖断面应一步到位，在开挖工艺上，应通过多次试验选择合理的进尺爆破参数，采用光面爆破法。对局部因围岩岩层不利或层理、节剪发育地段，及时采用锚网喷支护。对于Ⅲ类-Ⅵ类围岩地段的光面爆破开挖法，应通过多次试验，才能选择出一套。从钻孔的布置方向、数量、深度、装药量，引爆次序等多种原因控制的爆破参数。对于地下工程来说不管因内外的经验都证明这是在钻爆法开挖中对洞室围岩扰动最小，工程投资最省的措施。一般比较成熟的施工部门也都乐意接受这种措施。从目前本高速路各隧道的掘进中均采用了此种措施，不过其效果有差异，有的隧道围岩条件能到达Ⅳ-Ⅴ类，围岩的构造性质也差不多，但开挖的内轮廓及超欠挖的状况大不一样样。有的内挖边旁钻孔的方向控制不好（边旁钻孔是最难打的炮眼），在每循环进尺处留出了很明显的错台，有的内挖钻孔布置不妥，或装药量不妥，也导致了超欠挖的现象，超挖多了，其回填数量多，对应资金投入多。怎样控制超挖，这对承包商的切身利益有关。这是承包单位不乐意看到的事。欠挖多了，必须放炮处理，这样隧道围岩的稳定性是极不利的。这就像一种人做手术同样，在同一部位开两次刀和开一次刀对人体的损伤大不一样样是一种道理，但愿我们的开挖中，力争不出现费时，费工、对围岩稳定不利的欠挖现象。（二）隧道支护隧道支护分初期支护（初衬）和永久性模筑支护（二衬）。目前采用的支护类型，基本采用新奥法理念。就是根据不一样的工程地质条件来制定围岩类别，对不一样的围岩类别采用指导性的支护类型。新奥法的重要原理：就是充足运用地质的自稳条件（劲压力拱）纳入隧道支护的一部分，再根据隧道开挖后的实际围岩类别以及开挖后实际量测得到的内净空收敛的速度，变形量的大小的信息，调整已初拟的设计参数，至到隧道内壁趋于稳定。隧道各项支护条件，实际上是在设计支护参数指导条件下的动态设计。下面讲一下，各类支护构造物的重要作用：1、初期支护初期支护的重要构造物为：钢架支撑、喷砼、钢筋网、径缶锚杆。又以隧道所处的位置不一样样，围岩条件不一样样，为保证隧道开挖期间的施工安全，并尽量少扰动原有的地层平衡条件。一般在洞口浅埋，扁压地段均设计有超前注浆长管棚支护（长度为20～40cm之内），洞内围岩较差的地段一般也设计有长度有限的超前注浆小导管（管长度在5cm之内，本工程各段长度均5.0m），或超前锚杆。这两种支护实际上是为保证施工安全而采用对围岩进行预先加固的辅助工程措施。本项目工程中Ⅲ类驻如下围岩地段均设计有以上的超前预加固地层的工程措施。（1）钢支撑：钢支撑的设置应在开挖后即时设置要紧跟开挖。钢架紧跟开挖与延时设置的作用不大同样。有时施工单位为减少开挖与支护互相干扰，在围岩较差的地段，这两道工序和间距拉的很大，这对隧道构造来说很不利的做法。但愿正在掘进正洞的单位应予以重视。（2）喷砼：作为初期支护来说，喷砼的工程措施是最重重要构造。目前的地下工程不管围岩条件怎样，都应有这种构造。它的重要作用是：a、混凝土能对围岩节理、裂隙起充填作用，将不持续的岩层层面胶结起来，并产生楔效应而增长岩块间的摩擦系数，防止岩块沿软弱面滑移，促使表面岩块稳定。b、喷射混凝土有一定粘结力和抗剪强度，能与岩层粘贴并与围岩形成统一承载体系，改善喷层受力条件。c、喷射混凝土能及时、分层施喷，喷层虽薄但具有较高的初期强度，故喷层能控制围岩变形，虽然围岩有较大变形，但不致产生坍塌，从而提高围岩的自承作用。d、喷射混凝土能使坑道周围围岩尽早封闭，防止围岩风化。e、另在设钢架地段，喷砼能及时的将地层压力传递钢架上，对稳定钢架，约束地层变形是至关重要的手段。在喷砼的施作上也应及地紧跟开挖，用初喷4～6cm厚的砼，封闭开挖面。待钢架、锚杆、钢筋网等工程措施到位后，再逐次的施喷砼，使其到达设计厚度，运用喷砼比较落，在有功未到达设计强度前，它有一定的柔性，运用这种少许的柔性与围岩共用变形，使围岩应力度分布后又到达平衡。这样稳定的地层承载拱与喷砼等构造物构成初期支护的承载拱。喷砼的后期，固砼逐渐硬化强度提高，其刚性也逐渐的增长，至到砼完全到达强度时，成为完全刚性的构造。以附合新奥法先柔后刚的特点。（3）钢架钢架具有较大的支护强度和刚度，安装后可立即承受开挖所引起的松坳压力。钢架可作临时支护单独使用，也可与锚杆、喷混凝土一起作永久支护，配合超前支护其效果更好。A、使用条件（a）自稳定期间很短的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩，在锚杆或喷射混凝土支护发挥作用前，也许发生围岩失稳或坍塌危险时。（b）浅埋、偏压隧道，当时期围岩压力增长快，需要提高初期支护的初期强度和刚度时。（c）在难以施作锚杆、喷射混凝土的砂卵石、土夹石或断层泥等地层，大面积淋水地段，以及为了克制围岩大的变形需增长支护抗力时。（d）当需要施作超前支护，设置钢架作为超前锚杆（或超前小钢管等）的支承构件时。B、钢架构造和安装规定（a）钢架与锚喷支护联合使用时，应保证钢架（或格栅钢架主筋）与围岩之间的混凝土厚度不不不小于40mm。

（b）钢架的纵向间距，一般在0.6～1.2m，且不适宜不小于1.2m，两榀钢架之间应设置直径为20～22mm的钢拉杆，沿钢架每1～2m设一根。（c）围岩压力一般通过楔子传到钢架上，故钢架与围岩间应楔紧。从试验资料看，单线隧道加9个楔子时，钢架强度可发挥100%，加5个楔子时，只能发挥强度的80%，故楔子间距宜为1.2m左右。（d）接头是钢架的弱点，因此应减少接头数量。据双线隧道上半断面钢架试验，两节钢架（在对称和偏压荷载作用下）较四节钢架承载力提高近一倍。考虑施工规定，拱部和边墙部分宜采用四～六节钢架。（e）钢架接头一般用连接板和螺栓连接，并规定易于安装。（f）为防止钢架承载而下沉，钢架下端应设在稳固地层上，或设在为扩大承压面的钢板、混凝土垫块止，钢架立柱埋入底板深度不应不不小于15mm，当有水沟时不应高于水沟底面。（g）开挖下台阶时，为防止钢架拱脚下沉、变形，根据需要在拱脚下可设纵向托梁，把几排钢架连为一整体。C、刚性钢架和格栅钢架、可缩性钢架等类型以往我国多用工字钢、旧钢轨和钢管制造，这种刚架的刚度和强度大，可作临时支撑并单独承受较大的围岩压力，也可设于混凝土内作永久衬砌。在Ⅰ、Ⅱ类软弱破碎围岩中施工或处理坍方时使用较多，但此类钢架与喷射混凝土粘结不好，与围岩间的空隙难于用喷射混凝土紧密充填，导致钢架附近喷射混凝土出现裂缝。工字钢的垂直和水平方向不是等强度和等刚度的，轻易横向失稳、扭曲破坏。钢管钢架断面的各向强度和刚度相似，抗压、抗扭曲强度高，钢管内充填砂浆或混凝土时，其强度更高。刚性钢架常用10～20号工字钢，11～24kg/m轻轨或38、43kg/m钢轨，φ100～φ180mm钢管。D、格栅钢架

1）格栅钢架的特点

（a）格栅钢架是由钢筋焊接而成的格栅构架，其断面形状和尺寸，能根据需要而设计，对大跨度坑道尤其合用。（b）钢架安装后可立即承受部分松动荷载，当锚杆喷射混凝土到达一定强度后，便能共同承受逐渐增长的围岩压力，这就符合新奥法先柔后刚的支护原则。（c）与喷射混凝土粘结很好，能形成钢筋混凝土构造，更好地发挥支护作用。（d）钢架与围岩间的空隙，能被喷射混凝土填实，有助于构造受力。2）钢筋网喷砼：钢筋网可提高喷砼的抗剪和与围岩的粘结强度，有助于抵御岩石塌落掉块和承受冲击荷载，能提高喷砼的整体性，使其应力分布均匀，从而减少砼的收缩和裂缝，在变形较大而自稳性较差的软弱围岩中，应设1～2层钢筋网。钢筋网一般采用φ4～φ10的Ⅰ号钢筋，其网眼间距一般15～30cm，当不不小于15cm时，回弹增长；当不小于30cm将大减弱钢筋网在喷砼中的作用。钢筋网的保护层厚应≥20cm。当设双层钢筋网时，当第一层的喷砼基本覆盖后再铺设第二层。3）钢纤维喷砼：钢纤维喷砼的力学性能优于不掺钢纤维的砼，从大量的国内外试验证明，掺钢纤维后喷砼的抗弯强度提高30%～90%；拉强度提高30%～60%；压强度提高5%～10%；冲击能力提高8倍以上，其韧性提高10倍以上，但钢纤维喷砼的成本高、工艺复杂、喷射机械和管路磨损率大。（4）锚杆与支护构造的重要作用及和种类：A、锚杆的重要作用

1）对围岩的加固作用；软弱围岩开挖后，形成的洞窑的沿空面开始变形，当沿坑道周围布设系统锚杆并注浆后，其浆液很快填充顺空面周围的围岩的裂隙增长围岩的内摩擦力，并向围岩施加压力而形成承载拱后，使与喷砼钢架等支护共同承受围岩变形压力，以减少围岩的变形，提高围岩整体稳定性。2）组合作用：在水平式岩层倾角较小的层状岩体中，锚杆能使岩层紧密结合起来，形成类似组合架的构造，能增长层间摩擦力和抗剪强度，从而提高围岩的稳定。3）悬吊作用：由于隧道围岩被断层、节理、裂隙切割，开挖爆破余力也许引起局部岩块失稳，此时用锚杆将不稳定的岩块悬吊在稳定的岩块上或者将侧壁防止不稳定的岩块滑移。B、锚杆的种类：1）目前在国内使用的锚杆类型较多。重要以全长锚固锚杆和端头锚固锚杆两种。全长锚固锚杆不管是锚杆的构造怎样，都是水泥砂浆或树脂类粘结剂锚杆和孔壁紧密结合以增长锚杆的抗剪、抗拉和防腐蚀作用，其锚固性能可靠，具有较强的长时期的锚固力，有助于约束围岩的位移。目前在地下工程中使用最广的类型。这种锚杆依不一样的围岩条件不一样的用途及注浆方式，安装方式方面又分出了实体锚杆、中空锚杆、自进式组合锚杆等。2）端头锚固型锚杆。这种锚杆是通过锚杆端头与围岩用机械式或粘结式锚固，再通过孔口的托盘板及螺母使锚杆受拉，锚杆的受力状态取决于锚杆端头的锚固力。这种锚杆由于受地下水和潮湿空气的作用使锚杆易锈蚀，围岩蠕动后降底锚固力，故这种锚杆只适于临时支护中，此类锚杆的类型有楔缝式锚杆、胀壳式锚杆、倒楔式锚杆。3）摩擦型锚杆。这是将杆体全长开缝且管径比锚杆孔稍大的钢管强行压入锚杆孔中，使岩体孔壁与锚杆固壁产生较大的摩擦力，从而变化或改善围岩的受力状态。这种锚杆在实践中用的不多，因此不多讲。（三）二次衬砌设计目前山岭隧道一般增色采用新奥法施工，复合式构造及初期支护和二次砼模筑衬砌互相结合的构造物，合用于多种围岩条件。1、二次衬砌的重要作用（1）Ⅱ～Ⅳ类围岩：因初期支护的变形很小，很快超手稳定，故二次衬砌不受地层压力，故其重要作用是防水，利于通风和修饰面层。（2）Ⅳ类围岩：虽然初期支护的变形较小，二次初砌承受不大的围岩压力，但考虑到运行后外露钢件锈蚀，初期支护质量不佳有缺陷等原因故应施做二次衬砌，以提高初期支护的安全度，当然也有防水，利于通风装饰方面的作用。（3）对于Ⅰ～Ⅲ类围岩，由于围岩变形较大有膨胀压力，运行中重载车的震动或由于山体浅埋偏压及施工缺陷等原因使围岩变形未趋于稳定。需提前施做二衬时，则二衬是重要的承载构造，需要承受后期围岩变形压力。2、次衬砌的施做规定：（1）初期支护与二衬之间的密贴程度，对复合式陈砌受力状态产生较大的影响。当时支与二衬之间有空隙尤其拱顶灌注砼不密实，或由于砼的收缩产生空隙时，其拱部形成马鞍形围岩压力，拱部小（或无）而拱腰大，此时二衬的拱顶外缘受拉、内缘受挤压，严重者拱顶内缘分层掉皮，而破坏二衬应有的支护作用。因此施做二衬后。一般应向二衬拱顶压注水泥砂浆填充，使二衬与初衬之间尽量不留空隙，这种措施在Ⅰ～Ⅲ类围岩中的衬砌尤