隧道的病害、检测监测评定与治理技术

隧道的病害、检测、监测、评定与治理技术1李百建讲师主要内容2一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固技术主要内容3一、隧道的主要病害（水害、衬砌裂损）二、隧道初支施工质量检测三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固技术一、隧道的主要病害

1、隧道水害4隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指运营隧道水害，即围岩的地下水和地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害。隧道水害可分为：渗水（涌水）、衬砌周围积水、潜流冲刷等。隧道水害：隧道渗水及涌水隧道渗漏，按其发生的部位和流量可分为：拱部渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数隧道有隧道涌水病害。环缝渗水5拱部渗水管片角部渗水6螺栓孔渗水隧道渗漏水的危害：a渗漏水促使混凝土衬砌风化、剥蚀，造成衬砌结构破坏；渗漏水还会软化围岩，引起围岩变形；有些隧道渗水中含有侵蚀性介质，造成一般的衬砌混凝土和砌筑砂浆腐蚀损坏，降低衬砌的承载能力。b渗漏水加快内部设备（通讯、照明等）锈蚀，影响设备的正常使用，缩短设备的使用寿命，增加维修费用。c水害引发路基下沉、基底裂损、翻浆冒泥等病害。d严重渗漏水引发地面建筑物的不均匀沉降和破坏。e严重渗漏水造成地表水和含水层水大量流失，破坏周围水环境，造成环境灾害。7隧道水害：衬砌周围积水8指地表水或地下水向运营隧道周围渗流汇集，如不能迅速排走，会引起的病害有：a水压较大时导致衬砌破裂；b围岩浸水软化，承载力降低，对衬砌压力加大，导致衬砌破裂；c膨胀性围岩体积膨胀，导致衬砌破裂；d寒冷地区引发冻胀病害。隧道水害：潜流冲刷9指由于地下水渗流和流动而产生的冲刷和溶蚀作用，其危害有：a衬砌基础下沉，边墙开裂或仰拱、整体道床下沉开裂；b围岩滑移错动导致衬砌变形开裂；c超挖围岩回填不实或未全部回填者，引起围岩坍塌，导致衬砌破坏。隧道水害的主要原因：10修建隧道破坏原始的地下水系统平衡，隧道成为其附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。衬砌是隧道防水的最后一层保护，因此在水害检测中重点是对隧道衬砌质量的检测。一、隧道的主要病害2、衬砌裂损由于变形压力、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，影响隧道的正常使用，统称为隧道衬砌裂损病害。衬砌裂损分为：开裂、变形过大、腐蚀破坏、剥落等。11衬砌裂损破坏了隧道结构的稳定性，降低了衬砌结构的安全可靠性，影响隧道的正常使用，甚至危及行车安全。衬砌裂损变形的主要危害有：a降低衬砌结构对围岩的承载能力；b使隧道净空变小，侵入建筑界限，影响车辆安全通过；c拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；d裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，路面翻浆，严寒和寒冷地区产生冻胀；e铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形、危及行车安全，被迫降低车辆运行速度，大量增加养护维护工作量；f在运营条件下对裂损衬砌进行大修整治，施工与运输互相干扰，费用增大。12衬砌开裂隧道衬砌裂缝根据裂缝走向及其与隧道长度方向的相互关系，分为纵向裂缝、环向裂缝和斜向裂缝三种。环向工作裂纹，一般对于衬砌结构正常承载影响不大，拱部和边墙的纵向及斜向裂纹，破坏结构的整体性，危害较大。13纵向裂缝纵向裂缝平行于隧道轴线，其危害性最大，发展可引起隧道掉拱、边墙断裂甚至整个隧道塌方。纵向裂缝分布具有拱腰部分比拱顶多，双线隧道主要产生在拱腰，单线隧道主要产生在边墙的规律。14环向裂缝环向裂缝，主要由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉降缝等处理不当所引起，多发生在洞口或不良地质地带与完整岩石地层的交接处。15斜向裂缝斜向裂缝一般和隧道纵轴呈45°左右，也常因混凝土衬砌的环向应力和纵向受力组合而成的拉应力造成的，其危害性仅次于纵向裂缝，也需认真加固。16衬砌变形混凝土衬砌发生收敛变形，造成隧道净空不够，或侵占预留加固的空间，个别隧道的混凝土衬砌侵入30~40mm，因此运营隧道需要定期进行界限测量，作为加固的依据。接缝张开17管片错台18衬砌腐蚀破坏衬砌剥落19主要内容20一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固方法1、锚杆抗拔力检测2、锚杆锚固质量无损检测（适用于全长粘结型锚杆）（长度及砂浆密实度）锚杆是将破碎或不稳定岩体(块)与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整体稳定性的一种支护措施。21锚杆抗拔力检测锚杆的承载力尚无完善的计算方法，主要根据经验或通过试验确定，试验项目包括极限抗拔试验，性能试验和验收试验。22试验要求：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作一组拉拔力测试。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％。距岩面距离(m)23x轴力(kN)P抗拔试验时锚杆的受力示意图锚杆质量无损检测24当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相同。锚杆内端处于牢固稳定岩体的部段，其锚固力主要起着固定锚杆的作用；而锚杆外端处于破碎或不稳定岩体的部段，其锚固力主要起着将该段岩体(块)与锚杆连结在一起的作用。要让锚杆能发挥设计的效果，除保证锚杆的长度满足设计要求外，还要使各段都能均匀而有效地与岩体锚固在一起（保证注浆饱和度）。锚杆长度及注浆饱和度采用应力反射波法或声波反射波法进行检测。检测仪器为锚杆质量检测仪，见下图。锚杆质量检测仪25基本原理：26锚杆质量无损检测的内容为锚杆长度和注浆密实度。在由锚杆、粘结剂和围岩组成的锚固体系中，当在锚杆锚固体系中传播的应力波波长λ>10d(d为锚固体系直径)且λ＜＜L(L为锚固体系长度)，可将锚固体系简化为嵌入围岩的一

维匀质变截面杆件。注浆密实度的变化表现为杆件截面面积的变化，锚杆长度表现为材质的变化。无论锚杆长度和注浆密实度的改变，均表现为广义波阻抗的变化。锚杆锚固体系和围岩一维变截面杆状体应力波在锚杆中传播时考虑粘滞性阻尼力的一维弹性波波动方程为：27锚杆长度检测：在锚杆顶部激发弹性应力波或声波，当弹性应力波或声波传播到锚杆底部时由于锚杆和锚杆底部的岩石存在波阻抗差异，将产生反射波回到锚杆顶。根据反射波的走时和锚杆中的应力波传播速度就可以用公式求出锚杆长度L，锚杆中的应力波传播速度可在现场已知长度的锚杆上进行标定。28注浆饱和度检测：注浆饱和度检测通过测定锚杆不同方位、不同距离应力波的阻尼情况，即锚杆与围岩的耦合情况来判断注浆饱和度。由应力波在介质中的传播特性可知：应力波在坚硬完整的介质中传播速度大，衰减速度快，而在松散及不完整介质中应力波的传播速度小，衰减速度慢。29全锚锚杆实测波形与锚固质量结果30部分锚固状态实测波形及锚固状态分析结果31检测数量32锚杆锚固质量无损检测内容应包括锚杆杆体长度检测和锚固密实度检测。单项或单元工程的整体锚杆检测抽样率应不低于总锚杆数的10%，且每批宜不少于20根。重要部位或重要功能的锚杆宜全部检测。单项或单元工程抽检锚杆的不合格率大于10%时，应对未检测的锚杆进行加倍抽检。单根锚杆锚固质量现场检测结束后应对每根被检测锚杆的锚固质量进行评定。单根锚杆锚固质量包括长度和注浆密实度。33A等级锚杆时域信号34频域信号B等级锚杆时域信号频域信号35C等级锚杆时域信号频域信号36D等级锚杆时域信号频域信号37单根锚杆合格标准：锚杆杆体长度不小于设计长度的95%，且不足长度不超过0.5m，可评定锚杆长度合格；当锚杆空浆部位集中在底部或浅部时，应降低一个等级；锚固密实度达到C级以上，且符合工程设计要求时，评定锚固密实度合格。38单元和单项合格判定：单元或单项工程锚杆锚固质量全部达到Ⅲ级及以上的应评定为合格，否则应评定为不合格。39主要内容40一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固方法混凝土衬砌质量检测回弹法检验混凝土强度超声回弹法检验混凝土强度(针对二次衬砌)41主要内容42一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固方法混凝土厚度及背后衬砌缺陷均采用地质雷达进行检测。地质雷达检测原理是：利用雷达波通过结构、构造物反射回来的波形差异进行分析处理检测对象。一般运用于检测区域较大、检测对象复杂，要求检测精度适中，且检测速度较快的情况。43检测原理地质雷达应用脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布。地质雷达的发射天线向混凝土内发射高频宽带短脉冲电磁波，电磁波遇到具有不同介电特性的混凝土与围岩界面时有部分返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质的剖面图像。根据接收到波的旅行时间(双程走时)、幅度频率与波形变化资料，可以推断介质的内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数。44入射波发射天线接收天线Reflected

pulses第一层第二层第三层散射发射波2745631主机45雷达信号发射与数据采集检测设备以美国GSSI公司SIR-20型探地雷达为例，地质雷达系统主要由以下几部分组成：控制单元：控制单元是整个雷达系统的管理器，计算机（32位处理器）对如何测量给出详细的指令。系统由控制单元控制着发射机和接收机，同时跟踪当前的位置和时间。46探地雷达数据采集主机发射机：发射机根据控制单元的指令，产生相应频率的电信号并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射，其中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。接收机：接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换成电信号并以数字信息方式进行存贮。电源、光缆、通讯电缆、触发盒、测量轮等辅助元件。探地雷达地面耦合天线47隧道衬砌与围岩的相对介电常数的对比决定分层是否“可见”。当存在缺陷时，由于缺陷与良好衬砌或围岩间的介电常数的对比差

异，也使得缺陷“可见”，见上图右。48采用地质雷达对混凝土厚度进行检测前要解决的问题：天线频率的选择、雷达波在喷混凝土中的波速标定。地质雷达各频率天线均有各自适宜的探测深度及分辨率，根据混凝土的厚度，宜选用500MHz天线；对于波速标定，建议采用激光断面仪通过断面检测得出混凝土厚度来实现。49测线布置：根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》测线布置应符合下列规定：1、隧道施工过程中质量检测应以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布1条；横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距8-12m；采用点测时每断面不少于6个点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。502、隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布1条;横向布线线距8-12m；采用点测时每断面不少于5个点。需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线或测点。3、三线隧道应在隧道拱顶部位增加2条测线。4、测线每5~10m应有一里程标记。51雷达测线纵断面布置图52雷达测线横断面布置图53检测方式图探地雷达的高频天线可发射高频雷达波，其分辨率高，但穿透深度小。低频天线发射的雷达波频率低，分辨率低，但是穿透深度大。5455介电常数的标定探地雷达电磁波在介质中传播的速度主要取决于介质材料的介电常数，材料不同其参数也不同。选择适当的介电常数对于获取目标体准确的深度信息非常重要。因此探地雷达检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定。5657介电常数标定方法58在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量；在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量；钻孔实测。检测要求可以采用人工抬举和车载升降台等方法将天线紧贴衬砌混凝土表面，沿测线均匀、慢速移动，进行连续检测。如果数据有问题，应该重新采集，保证其有效性。检测时，为减少外界对雷达数据的干扰，可关闭隧道内的所有动力电源，只开少量照明电灯，关闭隧道内移动通讯中转站等措施，最

大限度地提高雷达记录的信噪比。59具体要求：a测量时应确保天线与衬砌表面密贴（空气藕合天线除外）；b检测天线应移动平稳、速度均匀，移动速度宜为3~5km/ｈ；c记录应包括记录测线号、方向、标记间隔以及天线类型等；d当需要分段测量时，相邻测量段接头重复长度不应小于1m；e应随时记录可能对测量产生电磁影响的物体（如渗水、电缆、铁架等）及其位置；f应准确标记测量位置。60雷达图像的识别61衬砌厚度的识别衬砌与围岩间界面为正的反射波相，与表面反射波反向。对于拱顶测线，因为衬砌与围岩间往往有空隙或钢支撑裸露，会形成一个强反射波组，特征明显，易于追踪。对于边墙，由于衬砌与围岩接触一般较紧密，雷达波反射很弱，追踪困难；但可以根据波谱特征分辨衬砌与围岩的界线，衬砌混凝土回波较弱，以低频为主，围岩回波多，以高频为主。地质雷达发射天线向隧道混凝土内发射高频宽带短脉冲电磁波，电磁波遇到具有不同介电特性的混凝土与围岩界面时部分会由反射返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。根据接收到波的旅行时间(双程走时)、标定的地质雷达在混凝土中的波速值，可求出混凝土厚度。62衬砌与围岩间会存在明显的反射层，从而利用此反射层来探明二次衬砌混凝土的厚度，见下图。衬砌与围岩间存在的明显反射层及层位追踪图6364空洞位置与形态识别衬砌中空洞的界面反射波特别强，而且为正负相间的多次波，能够清楚地呈现在雷达图像上，可以据此确定空洞的位置和剖面形态。衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。65混凝土背后缺陷地质雷达图像66地质雷达图像67主要内容68一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固方法混凝土管片检测内容：强度、外观、尺寸、水平拼装、检漏、抗弯、螺栓孔抗拔。钢管片检测内容：钢材质、外观、尺寸、水平拼装、焊缝、涂层69管片强度检测方法a混凝土管片的混凝土强度检验应以检查生产过程的试件强度试验报告为依据，且应采用回弹法或钻芯法对混凝土管片的混凝土强度进行抽样检验。b钢管片材质强度检验应检查生产过程的检验报告或生产厂家出具的产品质量证明文件，并应符合设计要求。70外观检测方法目测：混凝土管片的裂缝、露筋、表面孔洞、疏松、夹渣、蜂窝、麻面、缺棱掉角等，钢管片表面锈蚀等。直接测量：管片宽度、管片厚度。拼装测量：管片成环后内径和成环后外径、管片的环向缝间隙和纵向缝间隙。71渗漏检测方法混凝土管片在检验台上应安放平稳，密封橡胶垫应紧贴在管片外弧面上，管片内弧面与横压件间应垫放橡皮条。管片内弧面宽度方向上的横压件应采用紧固螺栓与下支承座上的横压件连接，用扭矩扳手从中间开始向两边逐级对称拧紧。渗漏检验前，应首先安装连接好渗漏检验装置，打开泄压排水孔，接通进水阀门，注入自来水，当泄压排水孔中排水时关闭泄压排水孔，启动加压水泵，分级施加水压。72管片抗渗试验装置示意图1-钢构件；2-紧固螺杆；3-螺帽；4-管片；5-钢板；6-钢支架；7-进水口；8-出水口渗漏检测方法73试验结果评价：在设计抗渗性能试验压力的条件下，恒压2h，管片不得出现漏水现象，渗水深度不超过50mm则判定管片抗渗性能合格。1-加载反力架；2-活动小车；3-油压千斤顶；4-荷载分配梁；5-加压棒；6-橡胶垫；7-管片；D1~D7—位移测点74抗弯检测方法混凝土管片抗弯性能检验应采用分级加载方式，每级恒载时间不应少于5min，应记录每级荷载值作用下的各测点位移，并施加下一级荷载。当混凝土管片出现裂缝后，应持续荷载10min，观察混凝土管片裂缝的开展，并应取本级荷载值为开裂荷载实测值。当加载至设计荷载时，应持续荷载30min，观察混凝土管片裂缝开展，记录最大裂缝宽度，随后卸载，终止检验。当加荷达到设计荷载时，受检管片裂缝宽度不大于0.2mm，则判定管片抗弯性能符合设计要求。75抗弯检测方法76螺栓孔抗拔检测方法：77混凝土管片应采用穿心式张拉千斤顶进行管片吊装孔的预埋受力构件抗拔性能检验。混凝土管片抗拔性能检验应采用分级加载方式，每级持荷时间不应少于5min，应记录每级荷载作用下螺栓的位移量。当抗拔性能检验加载达到设计荷载时，应持续荷载30min，每5min测量一次位移，记录荷载和位移，终止试验并观察混凝土管片裂缝开展情况。当试验荷载达到设计荷载，管片未出现裂缝，测力传感器读数没有突然增大，管片预埋受力构件位移未发生突变，则判定管片预埋受力构件抗拔性能符合设计要求。78钢管片焊缝检测方法79钢管片焊缝缺陷检验应采用目测或放大镜观察，当发现缺陷后应采用游标卡尺或钢尺测量缺陷的长度，并应记录缺陷的类型、位置及数量。焊缝几何尺寸偏差检验应采用焊缝量规测量。钢管片焊缝内部缺陷检验应采用超声波法进行探伤检测。混凝土管片质量判定标准：当混凝土强度、外观、尺寸、水平拼装、渗漏、抗弯性能、抗拔性能检验均判定为合格时，应判定该检验批管片为合格。如果有一项性能指标不合格，应针对不合格性能指标取双倍数量管片进行扩大检验，如扩大抽检合格，则去除抽检不合格管片，该检验批管片应判定为合格；若加倍抽样检验仍不合格，应对该检验批管片该项目逐一进行检验，合格者方可使用。80钢管片质量判定标准：当外观、尺寸、水平拼装、焊缝、涂层检验均判定为合格时，应判定该检验批管片为合格。如果有一项性能指标不合格，应针对不合格性能指标取双倍数量管片进行扩大检验，如扩大抽检合格，则去除抽检不合格管片，该检验批管片应判定为合格；若加倍抽样检验仍有不合格，应对该检验批管片该项目逐一进行检验，合格者方可使用。81主要内容82一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固方法序号监测对象监测类型监测项目1隧道结构结构变形隧道结构内部收敛隧道洞室三维位移隧道拱顶下沉隧道纵向变形管片接缝张开度结构内力围岩压力及层间支护压力锚杆轴力及钢拱架内力隧道管片内钢筋应力管片间螺栓锚固力2地层沉降地表沉降土体分层沉降水平位移土体深层水平位移地层内力土压力孔隙水压力83序号监测项目方法和工具1必测项目地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述周边位移各种类型收敛计拱顶下沉水准仪地表下沉水准仪2选测项目锚杆或锚索内力及抗拔力各类电测锚杆、锚杆测力计围岩体内位移单点、多点位移计围岩压力及两层支护间压力各种类型压力盒钢支撑内力及外力支柱压力计或其他测力计支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测各类应变计、应力计、测缝仪器等围岩弹性波测试各种声波仪及配套探头84地质和支护状况观察85地质状况、围岩稳定状况、松弛破

碎、涌水、喷射混凝土裂隙、剥落、剪切破坏、钢拱架压曲、底鼓等隧道周边位移监测86必测项目量测断面间距和每断面测点数量围岩类别断面间距（m）每断面测点数量净空变化拱顶下沉Ⅰ～Ⅱ5～101～2条基线1～3点Ⅲ10～301条基线1点Ⅳ

30～50

1条基线

1点87隧道拱顶下沉监测88地表沉降监测89地表沉降监测隧道上方地面沉降的横向分布为正态分布沉降槽的体积等于地层损失的体积（地层损失是盾构施工掘进施工过程中，实际开挖土体体积和竣工隧道体积（包括隧道外周包裹的压入浆体体积）之差

）90地表沉降监测91沉降阶段及类型主要原因应力挠动变形机理初期沉降土体受挤压而压实孔隙水压力减少，有效应力增加孔隙比减少，固结开挖面前方变形土仓压力设定：过大导致隆起；过小导致沉降孔隙水压力增加，总应力增加土体压缩产生弹塑性变形盾构通过时沉降施工挠动，盾构与土体间剪切错动应力释放弹塑性变形盾尾空隙沉降土体失去盾构支撑围岩荷载释放弹塑性变形后期沉降土体后效时序变形应力松弛流变固结地表沉降监测92地表沉降监测挤压力作用下的地表隆起盾构脱尾后因地层损失造成的地表沉降注浆后的地表回升盾构施工过程完成之后的地表长期沉降9394地表沉降监测95隧道围岩内部位移监测的主要目的是：了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围。判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围。根据实测结果优化锚杆参数，指导施工。96两层支护间压力监测钢弦式压力盒布置图97⑴基本稳定区段：主要标志是变形速率不断下降，变形加速度小于0，表示地层趋于稳定，其支护结构是安全的；⑵过渡区段：变形速率较长时间保持不变，即变形加速度等于0，为定常蠕变状态，应发出警告，及时调整施工程序，加强支护系统的刚度和强度；⑶破坏区段：变形速率逐渐增加，即变形加速度大于0，曲线出现反弯点，表示地层已达到危险状态，必须立即停工加固。98量测数据处理与应用管理等级管理位移施工状态ⅢU0＜Un/3可正常施工ⅡUn/3≤U0≤2Un/3表明围岩变形偏大，应密切注意围岩动

向，可采取一定的

加强措施，并加强

监测ⅠU0＞2Un/3表明围岩变形很大，应先停止掘进，并

采取特殊的加固措

施。99位移量测数据三级管理二次衬砌的施作条件：1、各测试项目的位移速度明显收敛，围岩基本稳定。2、已产生的各项位移已达到预计总位移量的80%~90%。3、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。量测数据离散，散点图上下波动，需

对量测数据进行回归分析，常用的回

归曲线方程有：对数函数、指数函数、双曲函数。量测数据处理与应用主要内容100一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固方法结构检查分为日常检查、定期检查、特别检查和专项检查四类。101日常检查对隧道结构的外观状况进行的日常巡视检查。通过日常检查，应及时发现早期破损、显著病害或其他异常情况，并确定对策措施。定期检查按规定周期对隧道结构的基本技术状况进行全面检查。通过定期检查，应系统掌握结构基本技术状况，评定结构物功能状态，为制订养护工作计划提供依据。基本技术状况是指隧道结构物的完好程度、破损或病害情况、功能状态等。特别检查在隧道遭遇自然灾害、发生交通事故或出现其他异常事件后，对遭受影响的结构立即进行的详细检查。通过特别检查，应及时掌握结构受损情况，为采取对策措施提供依据。特别检查的方法与定期检查基本相同，采用步行方式，携带必要的仪器和设备，检查内容比定期检查有所侧重，主要针对异常事件的影响而展开，检查的目的是为了解异常事件对结构的影响，掌握结构受损情况，确保人员安全、车辆、结构和设施的安全，是特别情况下的检查，需尽快实施。102结构检查103当日常检查的判定结果为B时，应进行监视、观测或做特别检查；当特别检查或定期检查的判定结果为B时，应做专项检查。判定分类检查结论S情况正常(无异常情况，或虽有异常情况但很轻微)B存在异常情况，但不明确，应作进一步检查或观测以确定对策A异常情况显著，危及行人、行车安全，应采取处治措施或特别对策日常、定期和特别检查结果的判定专项检查104专项检查是根据定期检查和特别检查的结果，或者通过其他途径，判断需要进一步查明某些破损或病害的详细情况而进行的更深人的专门检测。通过专项检查，应完整掌握破损或病害的详细资料，为其是否实施处治以及采取何种处治措施等提供技术依据。此外，当一次检查不足以提供详细资料时，还需要进行连续的或长期的检查。专项检查的项目通常由定期检查或特别检查报告提出，并由此确定专项检查的内容和要求等。专项检查宜委托具有相应检测资质的专业机构实施。判定分类检查结论B结构存在轻微破损，现阶段对行人、行车不会有影响，但应进行监视或观测1A结构存在破坏，可能会危及行人、行车安全，应准备采取对策措施2A结构存在较严重破坏，将会危及行人、行车安全，应尽早采取对策措施3A结构存在严重破坏，已危及行人、行车安全，必须立即采取紧急对策措施105专项检查结果的判定检查项目检查内容结构变形检查道路线形、高程检查路面中线位置、路面高度、缘石高度以及纵、横坡度等测量隧道横断面检查隧道横断面测量、周壁位移测量（与相邻或完好断面比较）净空变化检查隧道内壁间距测量（自身变化比较）裂缝检查裂缝简易检查裂缝的位置、宽度、长度、开展范围或程度等裂缝变形检查裂缝的发展变化趋势及其速度，裂缝的方向及深度等106专项检查项目表漏水检查漏水简易调查漏水的位置、水量、浑浊、冻结及原有防排水系统的状态等漏水检测水温、pH值检查、电导度检测、水质化学分析材质检查衬砌强度检查强度简易测定，钻孔取芯，各种强度试验等衬砌及围岩状况检查无损检查无损检测衬砌厚度、空洞、裂缝和渗漏水等，以及围岩状况。一般通过敲击、超声波、电磁波等方式进行。钻孔检查钻孔测定衬砌厚度、内窥镜观测衬砌及围岩内部状况荷载状况检查衬砌应力及拱背压力检查衬砌不同部位的应力及其变化，拱背压力的分布及其变化107结构荷载状况检查测量衬砌应力，可将应力测定仪安装在混凝土内进行测量。对于已建成的隧道，可将测量仪安装在结构表面进行测量。测量衬砌压力或拱背土压，是为了查明压力的变化及其发展规律。通常，测量仪器的设置方式对检测结果有较大影响，要想得到准确的结果比较困难。需要注意的是，测得数值并非原有应力或压力，而是仪器安装后的应力或压力。此外，压力的大小还因测量支架和衬砌的刚度不同而异。因此，在测量时，需要注意其对测量结果的影响。资料调查和隧道周围地质及地表环境调查是专项检查的重要内容，对确定破损或病害的成因及其发展趋势等，具有重要作用。108检查的结果可按外荷载作用、材料劣化和

渗漏水三种主要情况分别考虑，进行判定分类。109异常情况判定衬砌变形、移动、沉降衬砌裂缝衬砌起层、剥落衬砌突发性坍塌B虽存在变形、位移、沉降，但已停止发展，已无可能

再发生异常情况存在裂缝，但无发展趋势——1A出现变形、位移、沉降，但发展缓慢存在裂缝，有一定发展趋势—衬砌侧面存在空隙，估计今后由于地下水的作用，空隙会扩大2A出现变形、位移、沉降，估计近期内结构物功能会下降裂缝密集，出

现剪切性裂缝，发展速度较快侧墙处裂缝密集，衬砌压裂，导致起层、剥落，侧墙混凝土有可能掉下拱部背面存在大的空洞，上部落石可能掉落至拱背3A出现变形、位移、沉降，结构物应有的功能明显下降裂缝密集，出

现剪切性裂缝，并且发速度快由于拱顶裂缝密集，衬砌开裂，导致起

层、剥落，混凝土

块可能掉下衬砌拱部背面存在大的空洞，且衬砌有效厚度很薄，空腔上部可能掉落至拱背110由外荷载作用而导致的结构破损，以衬砌变形、移动、沉降、裂缝、起层、剥落以及突发性的坍塌等为主要表现形态，其判定可按下表执行。异常情况判定衬砌表面强度降低衬砌起层、剥落钢筋锈蚀B存在材料劣化情况，但对断面强度几乎没有影响难以确定起层、剥落表面局部腐蚀1A由于材料劣化等原因，断面强度有所下降，结构物功能可能受到损害—孔蚀或钢材表面全部生锈、腐蚀2A由于材料劣化等原因，断面强度有相当强度的下降，结构物功能受到一定的损害由于侧墙部位材料劣

化，导致混凝土起层、剥落，混凝土块可能

掉落或已有掉落由于腐蚀，钢材断面明显减小，结构物功能受到损害3A由于材料劣化等原因，断面强度明显下降，结构物功能损害明显由于拱顶部位的材料劣化，导致馄凝土起层、剥落，混凝土块可能掉落或已有掉落—111由材料劣化而导致的结构破损，一般出现衬砌强度降低、起层剥落、钢材腐蚀等形态，其判定可按下表执行。异常情况判定渗漏水结冰、砂土流出B从衬砌裂缝等处渗水，几乎不影响行车安全有渗漏水，但现在几乎没有影响1A从衬砌裂缝等处渗水，不久可能会影响行车安全由于排水不良，铺砌层可能积水2A从衬砌裂缝等处渗水，影响行车安全由于排水不良，铺砌层积水3A从衬砌裂缝等处喷射水流，严重影响行车安全在寒冷地区，由于漏水等，形成挂冰、冰

柱，侵入规定限界；砂土等伴随漏水流出，铺砌层可能发生浸没和沉降112对于渗漏水、结冰、砂土流出等形态的破损，其判定可按下表执行。隧道专项检测评估实例某隧道于1997年完工，已投入运营11年。隧道全长404m，分为暗挖段和明挖段。隧道内衬砌多处存在渗漏水的现象，而且多年来也没有对隧道的整体状况进行检测评定。113洞口、洞门检查主要通过目测和必要的检查设备，对存在的病害进行量测和记录。隧道衬砌劣损检查现场隧道衬砌质量病害检查主要以观察、摄相及仪器测量为主。检查隧道衬砌是否存在混凝土脱落、开裂、错位、结构老化、风化、锈蚀等病害。检查时，用钢卷尺量测并记录病害的具体位置与范围，并用数码相机对病害进行拍摄，把不同的病害进行归类，分

析。根据各种病害的发展情况，判断隧道衬砌结构的裂损对衬砌结构的承载能力及耐久性产生的影响。114检测内容隧道衬砌裂缝专项检查115砌裂缝检查应达到能将裂缝的三维形态在计算机上再现的深度。根据裂缝的形态能够分析裂缝的成因以及不同成因的裂缝的形态特征。由此，可为诊断隧道的健康状态提供依据。检查时，用钢卷尺量测并记录裂缝在隧道处的位置和长度，用裂缝宽度仪量测裂缝宽度，用裂缝深度仪检查裂缝的深度并记录裂缝的形态和渗漏水状态。对裂缝较多或裂缝形态较复杂的部位进行素描和用数码相机拍摄照片。在拍照、摄像前，要将裂缝编号写贴在裂缝附近，以便日后分辨。隧道衬砌渗漏水检查116渗漏水检查主要包括确定隧道衬砌发生渗水的具体位置，数量以及发展范围、渗漏水的浑浊情况。检查时用钢卷尺量测并记录衬砌发生渗漏水的具体位置，判断渗水位置是否会妨碍车辆的行驶安全。对于漏水显著的情况下，可用秒表和计量容器测定渗漏水的流量。检查渗水的混浊情况，是否有泥土和漏水一起流出。为判断渗漏水是否具有强酸性，对衬砌混凝土及钢筋具有严重的裂化危险，可用PH试纸对渗漏水的酸碱度进行简易测定。检查清楚后把所有检查内容标记在记录本上。隧道衬砌质量探地雷达检测由于隧道工程是在复杂地质条件和施工环境相对恶劣的条件下进行，隧道衬砌厚度不足、衬砌与围岩不密实与脱空，衬砌内裂缝、空洞与回填疏松地段积水、衬砌渗水、钢筋分布与设计不符等问题是隧道工程的主要质量问题。因此对隧道衬砌质量进行检测是很有必要。探地雷达在探测衬砌厚度、衬砌层背后回填密实情况以及衬砌内部钢架、钢筋分布等方面有着显著的优势。而且对目标体没有任何损害。衬砌混凝土强度检测在隧道内随机抽取20个有代表性的部位采用回弹法检测混凝土强度。117序号病害位置病害描述1洞门上方截水沟堵塞，影响排水2前方洞口上方山体山体已发生局部滑坡，导致隧道明洞外部荷载增大3前方洞口前方排水沟排水沟堵塞，杂草丛生4前方洞口两侧挡土墙墙身泄水孔堵塞挡土墙上方存在松散堆石5后方洞口上方山体山体已发生局部滑坡，挡土墙沉陷6后方洞口

公路外侧山体山体已发生局部滑坡118检测结果洞口、洞门检查结果山体局部滑坡119洞口、洞门检查结果离洞门位置距离病害位置劣损检查裂缝检查渗漏水检查长度宽度渗水量浑浊情况pH值5～13m右侧拱腰混凝土纵向开裂8m0.2mm未见渗水7m两侧边墙间混凝土环向开裂，表面释出钙质物约14m0.4mm未见渗水13.5m两侧边墙间混凝土环向开裂、表面混凝土压碎约14m2mm滴水未见浑浊7.517m左拱脚~拱腰混凝土斜向开裂，裂缝处混凝土老化约2m0.2mm未见渗水25m左拱脚~拱腰混凝土表面斜向裂缝，裂缝处混凝土老化2m0.3mm未见渗水30m两侧边墙间混凝土表面环向裂缝，裂缝处混凝土脱落（已修补）约14m0.3mm未见渗水32m~38m两侧边墙间混凝土表面网状裂缝（多条裂缝）6m0.2mm未见渗水39m两侧边墙间衬砌表面环向裂缝，渗水处释出钙质物约14m0.4mm浸润未见浑浊7.5120隧道结构检查结果衬砌发生严重渗漏水混凝土环向开裂，裂缝处混凝土脱落121衬砌环向开裂衬砌斜向向裂缝，裂缝处混凝土压碎122隧道裂损图123隧道衬砌质量检测结果暗挖段衬砌起伏情况124距洞门距离（m）拱顶衬砌厚度（m）左边墙衬砌厚度（m）右边墙衬砌厚度（m）左拱腰衬砌厚度（m）右拱腰衬砌厚度（m）10~2（明洞）0.75~0.90.75~0.820.77~0.840.78~0.800.82~0.8820~50（明洞）0.78~0.850.77~0.850.78~0.850.78~0.830.82~0.87360~380(明洞)0.75~0.830.82~0.910.77~0.840.82~0.850.75~0.82380~404(明洞)0.77~0.850.88~0.900.82~0.850.82~0.830.78~0.80125衬砌厚度检测结果衬砌背后密实度雷达检测结果隧道拱顶位置雷达探测图（168～174m）126衬砌与围岩交界面脱空衬砌背后空洞衬砌背后空洞127衬砌背后密实度雷达检测结果检测位置检测日期：2009年4月10日回弹数据推定值（MPa）碳化深度值（mm）标准差（MPa）最小值（MPa）平均值（MPa）左边墙0+012m2.51.6110.112.610.0左边墙0+030m2.03.9516.221.214.7左边墙0+075m1.0///<10左边墙0+120m1.03.1623.026.821.6左边墙0+160m1.02.6729.433.729.3128衬砌混凝土强度隧道状况的评定129外荷作用所致结构破损的检查评定：隧道修建在山体上地下水丰富，由于隧道衬砌的排水设施不完善，导致隧道内约20%长度的衬砌背后在长期地下水的侵蚀作用下存在脱空、空洞和积水等病害。由于衬砌背后存在的病害情况，导致隧道围岩恶化、作用在隧道衬砌的围岩压力增加，影响隧道的整体稳定性。不排除因地下水的长期影响而导致围岩状况有进一步恶化的现象。根据规范中外荷载作用所致结构破损的判定基准，判定为1A级。材料劣化所致结构破损的检查评定：衬砌表面存在约100多处明显的裂缝，部分裂缝甚至贯通整个衬砌。其中以衬砌环向裂缝及拱腰位置水平、斜向裂缝为主。从裂缝产生机理来看主要是由于混凝土衬砌在不均匀荷载作用下发生开裂、剥落。环向裂缝主要发生在隧道衬砌施工缝位置，环向长度约为6~14m、宽度主要为0.5~1.0mm，主要是由于衬砌在纵向不均匀荷载作用下，在衬砌薄弱处（施工缝位置）发生开裂，部分裂缝位置衬砌表面混凝土存在压碎、掉块现象。拱腰位置的水平裂缝及斜向裂缝长度约3~10m、宽度约为0.2~0.6mm，对于水平向裂缝其危害最大，发展可引起隧道掉块、衬砌断裂甚至整个隧道塌方。130由于地下水的长期侵蚀，部分区域的混凝土强度已明显退化。现场检测20个构件的混凝土强度存在较大的离散性，其中8个构件混凝土强度推定值在10~20MPa范围，8个构件强度推定值在20~30MPa范围，4个构件强度推定值在30~36MPa范围。根据规范中材料劣化作用所致结构破损的判定基准，判定为1A级。131渗漏水所致的结构破损的检查评定隧道衬砌多处存在严重的季节性渗漏水现象，衬砌表面多处出现渗水、明显水渍。由于现处于旱季，山体地下水位较低，渗水量较小。现场采用pH试纸简易检查渗漏水pH值为7.0~8.0，对混凝土表面具有轻微腐蚀作用。多条贯通衬砌的环向裂缝在拱顶及拱腰位置出现滴水现象，已对过往行车产生影响，在雨季情况更为严重。其中在离隧道洞门60~80m范围内情况尤为严重。渗漏水的长期浸蚀将会进一步降低混凝土强度，导致裂缝在荷载作用下逐渐发展。根据规范中渗漏水所致结构破损的判定基准，判定为1A级。132根据以上各检查项目的检查结果，按《规范》中的日常、定期和特别检查结果的判定标准，隧道的检测综合评定为1A级。133主要内容134一、隧道的主要病害二、隧道初支施工质量检测

三、隧道衬砌混凝土质量检测四、探地雷达无损检测五、盾构隧道管片质量检测六、隧道施工监测七、隧道状况检测评定八、地下结构电渗透防水技术九、隧道病害维修加固方法电渗透防水技术原理水的特性：水分子是由一个氧原子和两个氢原子形成的共价化合物，两个氢氧共价键的键角是104°27′，正、负荷电中心不重合，所以水分子是极性分子。由于极性作用，自然状态的水，是由多个水分子形成的聚合物，所以自然状态的水与单个水分子有不同的物理化学性质。如：溶解和渗透能力降低就是明显的表现。试验证明，自然状态的水在电磁场的作用下，会改变水分子的聚合状态，大大降低聚合物中水分子的能量，明显提高水的极性，进而会提高溶解和渗透能力。135电渗透防水技术原理电渗透原理：通过控制系统产生的低电压、低电流在正、负之间产生磁场，水分子在电磁场作用下，定向移动。电渗透系统产生特殊波形电流，通过埋在混凝土结构的钛金属线产生正电离子与埋设在混凝土结构外侧的镀铜棒产生负电离子之间形成电磁场。极性水分子在电磁场的作用下，极性加强成为偶极子，从而带有偶极矩，产生互相吸引作用，形成定向排列。二极性分子在产生异极吸引同极相斥作用下，水分子被排除结构外侧，只要电磁场不间断，水分子就无法再进入（混凝土或砖石）结构内，从而使结构长期处于相对干燥状态。136电渗透防水技术原理同时，在电磁场作用下，会使水分子产生某些变形，极性增大，水中盐类的阴阳离子将分别被水偶极子包围使之不易运动，抑制了钙、镁、氯等盐垢析出，因此以离子状态溶解于水中，而

被排除至结构外侧，从而降低了结构内钢筋等金属的腐蚀风险。137电渗透技术用于地下结构防水的基本要求：1381、避免混凝土中钢筋的腐蚀电渗透过程实际上是一个电化学过程，电渗中正极产生的杂散电流会进入建筑结构中的钢筋“抄近路”流向大地负极，此时，钢筋充当正极，从而开启了腐蚀电池，钢筋在电化学过程中逐步腐蚀，消耗的钢筋及锈膨胀将使建筑结构遭到毁灭性破坏。电渗透技术用于地下结构防水的基本要求：1392、避免钢筋的氢脆电化学过程中随着水的电离会产生大量的氢离子，被钢筋捕获的氢离子会占领钢筋的晶格，使之成为富氢钢。脱氢钢具有较高的延伸率，富氢钢将使钢筋发脆，失去建筑用钢必须的延伸率。电渗透技术用于地下结构防水的基本要求：1403、避免混凝土过度脱水电渗透技术用于混凝土结构的脱水时不用担心水排不出去，担心的是混凝土过度脱水。过度脱水会终止混凝土中水泥的水化，会改变混凝土的弹性模量，会使混凝土发脆，会使混凝土失去碱性，会使混凝土因中性化而造成钢筋锈蚀，会加剧混凝土碳化，会使混凝土寿命急剧下降。电渗透技术用于地下结构防水的基本要求：1414、避免混凝土中性化电渗过程会使大量的碱性金属离子如钾、钠、钙、镁被迁移至负极区，造成混凝土碱度（PH值）降低，从而使混凝土中性化。混凝土的PH值低于13时，钢筋的钝化膜开始破坏，当PH值低于10时，钢筋因失去钝化膜而处于无防护状态，进入锈蚀期，锈膨胀使混凝土开裂，使氧化加剧，最终造成结构破坏。电渗透技术用于地下结构防水的基本要求：1425、具有良好的排水功能及渗透不可逆效果在确保钢筋、混凝土材料不受影响的前提下，电渗仪

还必须具备良好的由内往外排水功能及由外往内止水功能，即渗透不可逆效果，从根本上实现在背水做主动防水。AOP电渗透系统特有内排外堵的不可逆功能143AOP多脉冲电渗透仪设有特定系列波形，能使电流绕

开钢筋，在电化学过程中将微细毛孔中的水电离，使离子水随电渗流向负极区迁移，使负极区微细固体颗粒朝正极方向迁移并在毛细孔洞口堆积，使洞口堵塞，孔内离子态水可在堆积颗粒的缝隙中毫无阻碍地向外迁移，孔外的自由水由于分子结构大而无法进入或穿过颗粒堆积区。底板侧墙回填土地下水正电极线负电极铜棒控制箱电渗透防水技术工作原理－地下结构防渗止水示意图使用220伏常规电源；输出超低压12-26伏，安全可靠；耗电量1000m2近10瓦安装简单，电极埋深2cm结构逐渐干燥后，永久保持干燥状态防止砼老化开裂，钢筋不锈蚀防止结构内的设备锈蚀

保护结构表面，不发霉；144电渗透防水系统的构成控制仪阳极线负极线145电渗透防水系统安装步骤146电渗透防水正极线路图147电渗透防水技术对使用对象的技术要求电渗透系统只适用于带有符合双电层结构毛细孔组织的建筑结构，如混凝土、砖、石等。电渗透系统只应用在一侧为空气，而另一侧为水或潮湿的泥土的建筑结构。对有明流水渗出的地下结构先进行临时止水，再进行电渗透系统的安装。148电渗透技术的特点1491、电渗系统可使带有毛细孔的建筑结构（如混凝土和砖石结构）彻底地变干。可应用于新建的和已建的建筑结构中。如有渗漏水从结构的裂缝渗出，采用电渗透系统后，裂缝修补措施容易实施，并非常有效。对新工程，不需要高等级的防水防渗混凝土，以及其他防水材料，如防水卷材、涂料等。电渗透技术的特点1502、电渗系统的平均耗电量很低，而且随着结构中水的减少和干燥，所需的电流强度会逐渐降低和减少，整个干燥过程一般需要1个月，特殊情况最多需要3个月。系统使用超低电压系统，运行成本最低，如1000平方米的防水面积，耗功大约只需10瓦特（类似一个10瓦的照明灯泡）。系统安全可靠，人体可接触，无任何电伤危险。工程应用：地铁隧道调试之前调试之后151隧道采用暗挖法施工，一衬200

mm厚，二衬为400

mm厚C40混凝土，其抗渗等级为P8，该工程要求达到地下室一级防水的设防等级。2010年7月，多脉冲防水系统在该工程的试验段进行了应用。监测点相对湿度及电流152工程应用：水工隧道2006年大坝竣工后，观测房内安装了许多昂贵