铁路桥梁与隧道检测课件：隧道喷锚衬砌施工质量检测

铁路桥梁与隧道检测隧道喷锚衬砌施工质量检测学习指南本章介绍了隧道喷锚衬砌施工质量检测相关内容及检测手段，包括锚杆的长度和注浆密实度，钢筋网片的铺设和搭接，钢架的安装，喷射混凝土的强度、厚度和平整度等。在学习过程中需要了解隧道喷锚衬砌质量的检测内容，以及各检测内容的检测方法。34钢筋网及钢架检测喷射混凝土质量检测12锚杆施工质量检测概述目录Contents1概述技术背景背景隧道开挖后，清除表面残渣，初喷混凝土，然后打入锚杆，挂网，立钢架，然后再喷射混凝土，把所有的支护包裹进去，这样就形成了联合支护。锚杆的作用主要是加固岩土体，控制变形，防止坍塌。隧道锚杆一般采用中空注浆锚杆，杆体中空且带有螺纹，长度3～5m较为常见。隧道锚杆见下图。

隧道锚杆（左：中空注浆锚杆右：隧道锚杆施工）背景锚杆支护是典型的隐蔽工程，锚杆在使用过程中，常常处于地下水的浸泡中。其锈蚀所造成的危害非常严重，不仅会造成支护力损失，严重时还可能导致边坡垮塌。而锚杆锈蚀的最主要原因在于注浆不密实造成的水和空气的进入，因此，其灌浆质量直接影响到支护体系的耐久性和安全。另一方面，由于施工质量的问题，锚杆长度不足也是一个普遍的问题。在施工时容易出现长度不足和注浆不密实等问题，可以通过无损检测的方法进行检查，本文主要介绍基于冲击弹性波的锚杆长度及注浆密实度无损检测技术。2锚杆施工质量检测锚杆长度检测锚杆注浆密实度检测锚杆质量评定锚杆长度检测方法介绍在锚杆中间的某处的灌浆出现根据不密实现象时，相当于出现材料的不连续性。这种不连续性可以用机械阻抗来表示。（一般用z来表示材料的机械阻抗，z=ρCA，这里的A是断面截面积）发生变化的边界面上，传播的弹性波会产生波的反射和透过。锚杆长度检测利用的是波的反射特性和衰减特性。通过激振杆端外露截面，产生的冲击弹性波在杆内部进行传播，当冲击弹性波到达杆底与空气临界处时，会由于介质产生的差异而发生反射，见图1。从而根据反射波的走时和杆中的应力波传播速度就可以采用时域或频域分析方法确定出锚杆长度。机械阻抗面发生的反射和通过在锚杆长度检测中测试得到的反射波具有如下性质。锚杆长度检测原理1.

在均质杆体中，若机械阻抗相同（2.杆底一般位于岩土或浆料中。由于岩土和浆料的阻抗较低即在机械阻抗减少（）。那么在杆底就会产生反射，且反射信号的相位与入射信号相同。3.

在杆体与浆料、岩体构成的杆系中，注浆缺陷处也会产生相应的反射。），不产生反射。锚杆长度数据分析锚杆杆体长度计算可采用时域反射波法、幅频域频差法等见下图。1、时域反射法时域反射法计算锚杆杆体长度应按下式计算：式中：：杆体长度（m）；：计算波速（也称为杆系波速，一般在3.8～5.2km/s之间），可通过锚杆模拟试验得到。：时域杆底反射波旅行时间（s）。2、幅频域频差法根据频率差法计算锚杆杆体长度应按下式计算：

式中：：幅频曲线上杆底相邻谐振峰间的频差。需要说明的是，频域法适用于长度较短的锚杆。用倍频现象可以有效地提高对的提取精度。锚杆长度数据分析图锚杆注浆密实度检测当锚杆灌浆较差时，在缺陷处容易积水和空气，从而加剧锚杆的锈蚀并降低锚杆的耐久性。由于锚杆注浆密实度的检测设备与检测工作与长度检测完全相同，因此长度和注浆密实度的检测可以一并进行。方法介绍锚杆注浆密实度检测原理锚杆注浆密实度检测是基于波的反射（包括反射能量衰减）特性和振动衰减特性对锚杆的灌浆质量进行检测和评估的一种无损检测方法。①基于波反射特性的检测方法：根据杆底反射信号的强弱，可以判断锚杆灌浆质量的好坏。在锚杆长度相同的条件下，杆底反射信号越弱，表明注浆密实度越好。此外，如果能够辨别缺陷处的反射信号，据此也可以推断灌浆缺陷。②基于振动衰减特性的检测方法：在锚杆顶端激振后，会在锚杆上诱发振动，灌浆质量越好，激振信号收敛也就越快。注浆密实度可通过两种方式估算，有效长度法通过缺陷的长度和锚杆埋入的比值来衡量注浆密实度；反射波能量法根据杆底反射波的能量占总能量的比例来估算注浆密实度。需要注意的是两种方法注浆密实度均为估算值，在实际检测工作中，受影响因素较多，其误差往往较大。数据分析

注浆密实度应该根据激振波形特征、时域反射特性、频域（幅频）反射特征等，并结合有效长度法、反射能量法计算的注浆密实度等来综合评判。下文主要介绍反射能量法计算的具体方法：根据杆底反射信号的强弱也可以判断锚杆灌浆质量的好坏。而杆底反射信号的强弱可以用下式表示：

AB=A0×h1×h2×h3其中，AB：杆底反射信号的振幅、A0：基准点的振幅h1：因几何衰减造成的振幅比；h2：因材料粘性衰减造成的振幅比；h3：因反射衰减造成的振幅比；其中，几何衰减和反射衰减是最主要的能量衰减。(1)几何衰减（又叫扩散衰减）：激发的弹性波伴随传播距离的增加，前锋波面增大，单位面积的能量减小。在灌浆密实的锚杆中，弹性波沿着锚杆与灌浆料的接触面向四周逸散，因此其振幅与传播距离接近反比关系。另一方面，如果灌浆质量不好，弹性波无法从空腔部分向四周逸散，因此衰减较小；(2)反射衰减：如前所述，杆底的反射与其前端的岩体的力学特性，以及与岩体的粘结程度有很大的关系。当然，岩体约坚硬，h3越小。检测图形实例锚杆往往置于岩体（石）中，并且经过灌浆处理。杆底反射信号受灌浆质量等多种因素影响，灌浆越密实，底部反射信号越弱，反之越强。未灌浆的锚杆波形灌浆较好的锚杆波形检测图形实例存在灌浆缺陷的锚杆波形检测图形实例锚杆质量评定

根据《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》的相关要求，锚杆类型、规格、长度应符合设计要求，每循环检验不少于3根；锚杆数量应符合设计要求，施工单位、监理单位每循环全数检查；各类锚杆的胶结、锚固质量应采用冲击弹性波法检测，并符合设计要求，全长胶结锚杆的锚固长度不应小于设计长度的95%。每循环按设计数量的10%检验，且不少于2根。3钢筋网及钢架检测钢筋连接检查钢筋网检测原材料检查钢架检测钢筋网片及格栅钢架所用钢筋原材料进场检验数量和检验方法应符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB1024的相关规定。钢筋进场时，应对其质量指标进行全面检查，按批检查其直径、每延米重量并抽取试件做屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯试验，其质量应符合设计要求和国家现行标准《钢筋混凝土用钢》GB/T1499等的规定。检验数量：以同牌号、同炉罐号、同规格的钢筋，每60t为一批，不足60t也按一批计。施工单位每批抽检一次；监理单位按施工单位抽检次数的10%进行见证检验，但至少一次。检验方法：施工单位全部检查质量证明文件，按批抽样测量直径、称量每延米重量并进行屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯试验；监理单位全部检查质量证明文件、试验报告并进行见证检验。原材料检查成型钢筋进场时，应抽取试件作屈服强度、抗拉强度、伸长率和重量偏差检验，检验结果应符合国家现行有关标准的规定。对由热轧钢筋制成的成型钢筋，当有施工单位或监理单位的代表驻厂监督生产过程，并提供原材钢筋力学性能第三方检验报告时，可仅进行重量偏差检验。检查数量：同一厂家、同一类型.同一钢筋来源的成型钢筋，不超过60t为一批，每批中每种钢筋牌号、规格均应至少抽取1个钢筋试件，总数不应少于3个。施工单位每批抽检一次;监理单位按施工单位抽检次数的10%进行见证检验，但至少一次。检验方法：施工单位检查质量证明文件、抽样检验报告并进行重量偏差检验。监理单位检查质量证明文件、抽样检验报告并进行见证检验。原材料检查钢筋焊接接头和机械连接接头应按批抽取试件做力学性能检验，钢筋焊接接头质量应符合设计要求和《钢筋焊接及验收规程》JGJJ18的规定，钢筋机械连接接头质量应符合设计要求和《钢筋机械连接技术规程》JGJ107的规定。钢筋连接检查检验数量：钢筋接头外观质量施工单位、监理单位全部检查。焊接接头的力学性能检验以同等级、同规格、同接头形式和同一焊工完成的每300个接头为一批，不足300个也按一批计。机械连接接头的力学性能检验以同一施工条件下同批材料、同等级、同规格、同接头形式的每500个接头为一批，不足500个也按一批计。施工单位每批抽检一次；监理单位按施工单位抽检次数的20%进行见证检验，但至少一次。检验方法：钢筋接头外观检验，施工单位、监理单位观察和尺量。施工单位对焊接接头和机械连接接头做拉伸试验，对闪光对焊接头增做冷弯试验;监理单位检查试验报告并进行见证检验。

受力钢筋的连接方式、接头位置应符合设计要求。钢筋接头应设置在承受应力较小处，并应分散布置。“同一连接区段”内，有接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率应符合设计要求。设计无要求时，应符合下列规定：钢筋连接检查◆焊接接头在受弯构件的受拉区不应大于50%，轴心受拉构件不应大于25%。◆机械连接接头的受弯构件不应大于50%，轴心受拉构件不应大于25%。◆绑扎接头在构件的受拉区不应大于25%，在受压区不应大于50%。◆钢筋接头应避开钢筋弯曲处，距弯曲点的距离不应小于钢筋直径的10倍。◆在同一根钢筋上应少设接头，同一连接区段内，同一根钢筋上不应超过一个接头。◆当施工中分不清受拉区或受压区时，接头设置应符合受拉区规定。同一连接区段的确定应符合下列规定：①焊接接头或机械连接接头的同一连接区段长度为35d(d为纵向受力钢筋的较大直径)，且不小于500mm。②绑扎接头的同--连接区段长度为1.3倍搭接长度，且不.小于500mm。③凡接头中点位于该连接区段长度内的接头均属于同一连接区段。检查数量：施工单位、监理单位全部检查。检查方法：观察和尺量。钢筋连接检查隧道钢筋网片钢筋网质量为隧道工程质量主控项目之一，现有检验方法为观察，尺量，留存影响资料。检查数量：施工单位、监理单位每循环全数检查。钢筋网检测检测方法及要求铁路隧道工程质量验收标准（TB10417-2018)钢筋网检测钢筋网片网格间距允许偏差应±5mm，相邻钢筋网搭接长度应不少于一个网格，钢筋网片表面应无严重锈蚀、焊点无脱落。铺设质量及外观检测隧道钢架支护分为型钢钢架和格栅钢架两种◆型钢钢架弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在钢拱架试拼台上进行试拼。◆格栅钢架在现场设计的工装台上加工，根据不同断面的钢架主筋轮廓放样成钢筋弯曲模型。钢架的焊接在胎模内焊接，控制变形。按设计加工好各单元格栅钢架后，组织试拼，检查钢架尺寸及轮廓是否合格。钢架检测钢架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板密贴。为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。钢架检测1）钢架及其连接螺栓的种类和材料规格应符合设计要求。检验数量：施工单位、监理单位每循环全数检查。检验方法：观察，尺量，留存影像资料。2）钢架数量应符合设计要求。检验数量：施工单位、监理单位每循环全数检查。检验方法：计数，留存影像资料。3）钢架应置于牢固的基础上，钢架锁脚锚杆(管)、钢架节段间连接、钢架纵向间连接应符合设计要求。检验数量：施工单位、监理单位每循环全数检查。检验方法：观察，留存影像资料。4）钢架安装允许偏差应符合TB10753-2018高速铁路隧道工程施工质量验收标准中的规定检验数量：施工单位每循环全数检查。检验方法：测量、尺量。4喷射混凝土质量检测概述原材料质量要求喷射混凝土质量要求喷射混凝土抗压强度检验喷射混凝土厚度及平整度检测

喷射混凝土是一种用压力喷射装置施工的细石混凝土，主要用于隧道初期支护喷描、路基边坡喷锚、钢结构保护层及其他薄壁结构；掺钢纤维的喷射混凝土还可用于隧道永久衬砌。喷射混凝土按喷射工艺分为干法喷射混凝土和湿法喷射混凝土。

干法喷射混凝土是将水泥、砂、石、粉状速凝剂等材料按一定比例搅拌混合均匀，用混凝土干喷机以松散、干燥、悬浮状态输送至喷枪，再混合一定比例的压力水喷射到受喷面上。干喷工艺简单，设备投入少，易操作，输送距离长，但粉尘大、回弹率高，强度不均匀，不宜采用。

湿法喷射混凝土是将各种原材料按一定比例加水搅拌成混凝土，采用湿喷机输送至喷枪，加入速凝剂后喷射到受喷面上。湿喷混凝土质量稳定，粉尘小，回弹较低，机械化程度高，施工条件较好，但设备投入较大。隧道工程宜采用湿喷混凝土，尤其软弱围岩及不良地质隧道初期支护喷混凝土应采用湿喷工艺，特殊地质条件下需另行设计喷射工艺。喷射混凝土概述(1)水泥应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，必要时采用特种水泥，如快硬硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等。(2)细骨料细度模数应大于2.5，含泥量应不大于3%，泥块含量应不大于0.5%。其他指标应符合铁路混凝土细骨料的技术要求。(3)粗骨料最大粒径不宜大于16mm，其他指标应符合铁路混凝土粗骨料的技术要求。(4)速凝剂按同厂家、同品种、同批号每50t为一批（不足50t也按一批计）检验匀质性、凝结时间、抗压强度比及与水泥适应性等指标。(5)拌和用水宜采用饮用水，其他水源的水质应符合铁路混凝土拌和用水的技术要求。(6)纤维不得含有妨碍与水泥粘结、妨碍水泥硬化的物质，钢纤维不得有明显锈蚀和油渍。纤维应按批检验，其检验规定和指标应符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》的要求。喷射混凝土原材料质量要求(1)喷射混凝土应满足设计的强度等级、初期强度、厚度等要求。设计无明确要求时，3h强度应达1.5MPa，24h强度应达10.0MPa。(2)喷射混凝土配合比应根据原材料性能、混凝土设计指标通过试验确定，水胶比不大于0.5，胶凝材料用量不宜低于400kg/m³。同强度等级、同性能混凝土应进行一次配合比试验选定；当原材料、施工工艺发生变化时，应重新进行配合比试验选定。掺入速凝剂通常会降低混凝土28天抗压强度，其降低幅度与速凝剂性能及与水泥相容性有关，配合比设计时应予注意。干法喷射混凝土一般使用粉状速凝剂，湿法喷射混凝土宜使用液态速凝剂。(3)喷射混疑上厚度的检查点数90％及以上应大千设计要求。(4)喷射混凝土终凝2h后应进行养护，养护时间不少于14d。冬季施工时，作业区的气温和进入喷射机的混合料温度均不应低于5℃。喷射混凝土原材料质量要求010203喷大板切割法：应在施工作业时进行，将混凝土喷射45cmx35cmx12cm（可制成6块试件）45cmx20cmx12cm（可制成3块试件）的无底模型内，当达到一定强度后，加工成10cmx10cmx10cm的立方体试件，标准养护至28d进行抗压强度试验（精确至0.1MPa)。凿方切割法：当对喷大板切割法所测强度有怀疑时，可采用凿方切割法制作检查试件。在具有一定强度的喷射混凝土支护实体上，用凿岩机打密排钻孔，取出长35cm、宽15cm的混