初期支护施工质量检测

1、4 初期支护施工质量检测 初期支护：隧道开挖后，除围岩完全能够自承而无须支护以外，在围岩稳定能力不足时，则须加以支护才能使其进入稳定状态，称为初期支护。 初期支护质量检测包含：锚杆、喷射混凝土、钢拱架。3一、锚杆 1、锚杆作用原理“悬吊”作用。所谓“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落，用锚杆将其同稳定围岩联结起来，悬吊作用主要表现的加固局部失稳的岩体。提高层间摩阻力，形成“组合梁”；对于水平或缓倾斜的层状围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学观点看就是形成“组合梁” 5加固围岩；由于锚杆的加固作用，使围岩中，尤其是松动区中的节理裂隙，破裂面等得以联结，因而增长了

2、锚固区围岩的强度（即c、值）；锚杆将节理发育的岩体和松动围岩形成整体，成为隧道外围的道“加固带” 2、锚杆质量检测 锚杆质量检测包括加工质量、安装尺寸、拉拔力试验、砂浆锚杆注满度等。安装尺寸检查锚杆位置；孔位偏差15mm；孔深偏差50mm；孔径大小15mm。锚杆拉拔力试验（拉拔力指锚杆能承受的最大拉力） 锚杆拉力试验不是检验锚杆的安装质量，而是检验该类围岩能否用锚杆加固7拉拔力设备：中空千斤顶、手动油压泵、油压表、千分表 测试方法注意事项：a、防偏心；b、匀加压（10KN/min）；c、尽量不做破坏性试验；d、安全 试验要求a、按锚杆数1且不小于3根；b、FF设；c、Fi0.9F设8砂浆锚杆注

3、满度检测 Thurner 原理：为了检查锚杆周围的砂浆是否均匀、密实。1978年，瑞典的H.Thurner提出测超声能量损耗来判定砂浆、灌注质量的好坏。 在锚杆体外端发射一个超声波脉冲，它沿杆体钢筋以管道波形式传播，到达钢筋底端反射，在杆体外端可接收此反射波。9 如果钢筋外密实、饱满地由水泥砂浆握裹，砂浆又与周围岩体粘结，则超声波在传播过程中，不断从钢筋通过水泥砂浆向岩体扩散，能量损失很大，在杆体外端测得的反射波振幅很小，甚至测不到； 如果无砂浆握裹，仅是一根空杆，则超声波仅在钢筋中传播，能量损失不大，接收到的反向波振幅则较大； 如果握裹砂浆不密实，中间有空洞或缺失，则得到的反射波振幅的大小介

4、于前二者之间。 由此，可以根据反射波振幅大小判定水泥砂浆的饱满程度。10在什么情况下采用锚杆 在不连续围岩中要横切不连续面时设置； 在连续性围岩中位移差较大时，可设置锚杆； 锚杆和围岩间要有适当的锚杆力。11二、喷射混凝土 1、喷射混凝土作用原理支承围岩 由于喷层能与围岩密贴和粘结并给围岩表面以抗力和剪力，从而使围岩处于三向受力的有利状态，此外喷层本身的抗冲能阻止不稳块体的塌滑。12卸载作用 由于喷层属柔性，能有控制地使围岩在不出现有害变形的前提下，进入一定程度的塑性，从而使围岩“卸载”。填平补强围岩 喷射混凝土可射入围岩张开的裂隙，填充有凹穴，使裂隙分割的岩块层面粘联在一起，保持岩块间的咬合

5、、镶嵌作用，提高其间的粘结力摩阻力，有利于防止围岩松动，并避免或缓和围岩应力集中。13覆盖围岩表面 （封闭作用） 喷层直接粘贴表面，形成防风化和止水的防护层，并阻止节理裂隙中充填物流失。分配外力 通过喷层把外力传给锚杆、网架等，使支护结构受力均匀分担。142、检测项目及方法检测项目 强度：（压、拉、剪、劳、粘）相互关联，喷射砼抗压强度是表示其物理力学性能及耐久性的一个综合指标。故一般只检测抗压强度及粘结强度。 厚度：（100mm300mm）之间 粉尘、 回弹检查15强度及厚度的检测方法 抗压强度试验方法 喷大板切割法 简单不准确 凿方切割法 可靠太麻烦喷射砼与围岩粘性强度试验 试块制作方法：

6、成型试验法；用劈裂法进行试验 直接拉拔法。 厚度 凿孔：喷射8h以内，用短杆将孔凿出，厚度不足时可及时补喷。 激光断面仪 地质雷达16（三）质量评判： 10组以下 试件抗压强度的平均值Rn1.05R设计值 Rmin0.9R设计值 10组以上 试件抗压强度的平均值Rn1.0R设计值 Rmin0.85R设计值1718三、钢支撑 1、钢支撑的型式 2、 钢支撑的检测 加工质量检测：尺寸； 强度、刚度； 焊接； 安装质量检测：安装尺寸； 倾斜度； 连接与固定；3、钢支撑与锚喷支护的区别 区别在于作用机理不同 钢支撑是依靠“被动支撑”来维护围岩稳定 传统的支护方式 锚喷支护则依赖“主动加固”来保持围岩稳

7、定 现代的支护方式21 锚喷支护中锚杆和喷射混凝土两者是相互依存的关系，在某些情况下可能是以其中的一种为主，另一种为辅；在大多数情况下两者应并重。而我们在施工过程中往往会出现“重喷轻锚”的不正确观点，在某些情况下（如大跨度洞室，层状顶板或软弱围岩等情况），锚杆起着主要作用。若不加锚杆光靠喷层往往难以解决问题，在这种情况下，设计上应“以锚为主，锚喷结合” 。在实际的施工过程中，经常会出现“长锚短打”、“厚喷减薄” 的情况，因此应加强施工期间锚喷支护的质量检测。 22四、初期支护及二衬背后的检测 1、检测方法：地质雷达法 2、检测内容：支护、衬砌厚度 背部回填的密实度 背后的空洞 内部的钢架、钢筋

8、分布 3、地质雷达检测原理：地质雷达探测是根据电磁波在不同电性介质里传播时其波形特征发生改变，进而推测介质分布情况。介质的电性特征是指介质的介电常数，电导率和衰减系数。 4、现场测线布置 现场测线一般以纵向为主，环向为辅，纵向测线有3测线、5测线、7测线等。环向测线一般以点测为主。5 防排水材料及施工质量检测1、隧道防排水的必要性：隧道渗漏水的长期作用，将极大地降低隧道内各种设施的使用寿命和功能；隧道渗漏水恶化了隧道的运营环境。2、公路隧道防排水的基本原则：隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则。目前围绕隧道结构防排水问题争论较多，究竟是以什么为主在争论之中。一般说，

9、在环境没有要求的情况下，隧道都采用排水型；只有对环境影响比较显著，或造成较大范围的水理条件变化时，才设计成非排水型（防水型）隧道。由于环境要求的提高，非排水型隧道的设计，越来越得到重视，这是时代的要求。因此应加强非排水型隧道设计的研究。3防排水材料一、防水板1、高分子防水卷材（防水板）目前可选用的防水板有：乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）；乙烯三聚物沥青（ECB）；聚氯乙烯（PVC）；氯化聚乙烯（CPE）；高密度聚乙烯（HDPE）；低密度聚乙烯（LDPE）等。2、防水板的性能试验取样：卷材均应成批提交验收，同一生产厂，同一品种、规格的产品5000m为一批进行验收，不足5000m也作为一批。 塑料防

10、水板物理力学性能试验拉伸强度试验、断裂伸长率热处理变化率Lh试样的热处理尺寸变化率（）S0试样同方向上两参考点间的初始长度（mm）S1试样处理后同方向上两参考点间的长度（mm）7二、土工布 1、土工布：起缓冲层、均分压力，过滤作用 土工布在隧道设计施工中有和防水板粘合到一起的复合式防水板，也有土工布和防水板分离的。复合式防水板在受力过程中防水板的变形受土工布的制约，易于在复合防水板后留下空隙；分离式防水板安装比较麻烦。 土工布对隧道工程比较重要的工程特性： 物理特性、力学特性、水力学特性力学特性抗拉强度：抗拉强度及其应变是反映主要特性的指标；试验方法：采用条带拉伸试验； 撕裂强度：反映试样抵抗

11、扩大破损裂口的能力：目前测撕裂强度的试验形状多为梯形；顶破强度：反映土工织物抵抗垂直织物平面的法向压力的能力；刺破强度：反映土工织物抵抗小面积集中荷载的能力。9三、防水混凝土 隧道的防水技术主要有两大类：提高混凝土自身的防水功能，即采用混凝土自防水；结构的外防水技术，设防水夹层等技术。 防水混凝土又属于隧道自防水技术的一个方面；另一方面是处理好各种施工缝。隧道工程防水混凝土的一般要求：一般地区抗渗等级不得小于S6，平均气温低于15时抗渗等级不得小于S8。试件的抗渗等级应比设计要求提高0.2MPa。防水混凝土结构应满足：衬砌厚度不小于300mm；裂缝宽度应不大于0.2mm，并不贯通；迎水面主筋保

12、护层厚度不应小于50mm。四、止水带1、设置位置：衬砌施工缝（由于施工原因造成，衬砌分组） 沉降缝（明洞，暗洞交错口，围岩类别发生变化地段） 伸缩缝（为了防止由于温度变化而造成的衬砌裂缝而设的缝）2、止水带的安装： 外贴式、预埋式、内贴式3、止水带实测检查：124、止水带的安装图示： 外贴式、预埋式、内贴式内贴式预埋式防排水施工质量检查一、防水板施工检查1、防水层铺设的基面要求基面的平整度；边墙D/L1/6；拱部D/L 1/8； 基面不得有尖锐突出物；基面不得有明水2、防水板的铺设 a、防水层铺设方式 纵向铺设（瓦叠） 上下及纵坡 环向铺设 内外 b、接茬方式：（压茬宽度10cm） 冷粘法：用

13、胶合剂 优点：施工方便，速度快 热合法：用专门的热合焊接机 优点：施工期间可进行质量检测 c、卷材径洞壁上固定方式 有钉铺设 无钉铺设：平头烙铁热合 吊头固定防水层铺设新工艺3、造成防水板破损的原因： 喷射混凝土表面凹凸不平，防水板铺设过松过紧； 锚杆突出混凝土表面，防水板直接与之接触； 灌注混凝土时的摩擦力，使防水板过度绷紧，结合部被拉开。二、排水施工检查1、地下水的流程 围岩环向排水管纵向排水管横向排水盲管中央排水管洞外出水口2、排水作法：每隔一定距离沿洞周环向铺设弹簧排水管，下端与纵向排水管相连，纵向排水管每隔1020m留有一出水口，通过横向排水盲管与纵向排水管和中央水沟相连，经中央水沟

14、排出。6 施工监控量测第一节 概述 隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护、衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，统称为监控量测。 1、隧道监控量测的必要性： 隧道工程作为工程建筑物，受力特点与地面工程有很大的差别。 隧道在开挖支护成形运营的过程中，自始自终都存在受力状态变化这一特性。32、施工监控量测的目的和任务 通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，判断围岩的 稳定性、支护、衬砌的可靠性； 用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，指导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据； 通

15、过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报，以便及时采取措施，防患于未然； 通过监控量测，判断初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施作时间； 通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该施工方法本身的发展提供借鉴，依据和指导作用。 4必须实施、可以实施、必要时实施5监控量测与反馈流程图6第二节 必测项目1、隧道内目测观察 细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以目测观察是新奥法量测中的必测项目。1）隧道目测观察的目的是：预测开挖面前方的地质条件。为判断围岩、隧

16、道的稳定性提供地质依据。根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。2）观察内容：掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层，是否偏压、围岩类别，掌子面自稳情况，地下水的影响情况等，并做好记录。对初期支护效果观察包括：锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无裂缝，裂缝的部位、长度、宽度、深度，喷层是否把钢支撑全部覆盖。72、周边收敛量测 隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛。所谓周边收敛量测主要是隧道内壁面两点连线方向的距离的变形量的量测。收敛值为两次量测的距离之差。1）量测目的 收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目。周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映，通过周边位

17、移量测可以达到以下目的。 判断隧道空间的稳定性； 根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机； 指导现场的施工。 82）量测设计 收敛量测的间距与测线 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51012条基线13点10301条基线1点30501条基线1点9量测频率：量测频率可根据位移速度和量测断面距开挖面距离 按位移速度位移速度（mm/d）量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d按距开挖面距离(注：b为隧道开挖宽度)量测断面距开挖面距离（m）量测频率(01)b 2次/d(12)b 1次/

18、d(25)b 1次/23d5b 1次/7d103）量测仪器 目前隧道施工中常用的收敛计为机械式的收敛计和数显式收敛计。例：QJ-85型坑道周边收敛计；JSS30A型数显收敛计；SWJIV型隧道隧道收敛计。11 4）测试原理测试中读得初始数值X0；间隔时间t后，用同样的方法可读得t时刻的值Xt，则t时刻的周边收敛值Ut即为的两次读数差。即UtL0LtXt1Xt0式中：L0初读数时所用尺孔刻度值； Lt时刻时所用尺孔刻度值； Xt1时刻时经温度修正后的读数值，Xt1Xtt Xt0初读数时经温度修正后的读数值，Xt0X0t Xt时刻量测时读数值； X0初始时刻读数值； t温度修正值；t（T0T）L

19、钢尺线膨胀系数； T0鉴定钢尺的标准温度， T0 =20 T每次量测时的平均气温； L钢尺长度。3、拱顶下沉量测 埋深较浅、固结程度低的地层，水平成层的场合，这项量测比收敛量测更为重要。1）量测目的 量测数据是确认围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序，预防拱顶崩塌，保证施工质量和安全的最基本的资料。 2）量测仪器 精密水准仪 153）量测原理第一次读数后视点读数为A1，前视读数为B1；第二次后视点读数为A2，前视读数为B2。拱顶变位计算方法如下：差值计算法：钢尺和标尺均正立（即读数上小下大）。后视读数差 A=A2-A1 前视读数差 B=B2-B1拱顶变位值 C=B-A C0拱顶上移；C0

20、拱顶上移；C0 拱顶下沉。 161、围岩内部位移量测1）隧道围岩内部位移量测的主要目的是： 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。2）量测仪器：多点位移计3）测量原理第二节选测项目2、锚杆轴力量测1）量测目的了解锚杆实际工作状态及轴向力的大小。结合位移量测，判断围岩发展趋势，分析围岩内强度下降区的界限修正锚杆设计参数，评价锚杆支护效果。192）量测方法和仪器 锚杆的轴向力测定，按其量测原理可分为电测式和机械式两类。其中电测式又可分为电阻应变式和钢弦式。 电阻应变式和机械式是通过量测锚杆不同深度处的应变（

21、或变形），然后按有关计算方法转求应力。 钢弦式则是通过测定不同深度处传感器受力后的钢弦振动频率变化，转求应力，其工作原理见本章的弦测法原理。203、围岩压力及两层支护间压力量测 隧道开挖后，围岩要向净空方向变形，而支护结构要阻止这种变形，这样就会产生围岩作用与支护结构上的围岩压力。围岩压力量测，通常情况下是指围岩与支护或喷层与二次衬砌混凝土间的接触压力的测试。1）目的：了解围岩压力的量值及分布状态；判断围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌的稳定性和安全度。2）量测仪器与原理 接触压力量测仪器根据测试原理和测力计结构不同分为液压式测力计和电测式测力计。 目前隧道中多用电测式， 弦测法原理：在传感器中

22、有一根张紧的钢弦，当传感器受外力作用时，弦的内应力发生变化，随着弦的内应力改变，自振频率也相应地发生变化，弦的张力越大，自振频率越高，反之，自振频率越低。 21图614 钢弦式双膜压力盒构造图1刚性板；2弹性板；3传力轴；4弦夹；5钢弦22钢弦式压力盒布置图234、钢支撑应力量测 一般在、级围岩中常采用型钢支撑；级围岩中常采用格栅支撑。通过对钢支撑的应力量测，可知钢支撑的实际工作状态，从钢支撑的性能曲线上可以确定在此压力作用下钢支撑所具有的安全系数，视具体情况确定是否需要采用加固措施。1）量测目的了解钢支撑应力的大小，为钢支撑选型与设计提供依据。根据钢支撑的受力状态，判断隧道空间和支护结构的稳

23、定性。了解钢支撑的实际工作状态，保证隧道施工安全。242）量测元件 目前使用较普遍的型钢支撑应力量测多采用钢弦式表面应变计，格栅支撑应力量测多采用钢弦式钢筋应力计。 钢弦式表面应变计结构图 钢弦式钢筋应力计 25265、混凝土应力量测 混凝土应力量测包括喷射混凝土和二次衬砌模筑混凝土应力量测。其目的是了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态；掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况；判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度；检验二次衬砌设计的合理性，积累资料。27第三节 量测数据处理及应用1、 量测数据处理的目的 由于现场量测所得的原始数据，不可避免具有一定的离散性，其中包含着测量

24、误差甚至测试错误。不经过整理和数学处理的量测数据一时难以直接利用。数学处理的目的是： 将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确认量测结果的可靠性； 探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律，判定围岩和支护系统稳定状态。2、量测数据处理的内容 绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线时态曲线； 绘制位移速率、应力速率、应变速率随时间变化的曲线； 绘制位移、应力、应变随开挖面推进变化的曲线空间曲线； 绘制位移、应力、应变随围岩深度变化的曲线； 绘制接触压力、支护结构应力在隧道横断面上分布图。283、量测数据的应用 从维护围岩稳定性和支护系统的可靠性出发，现场测试人员关心

25、围岩变形量的大小，是否侵入隧道设计断面的限界，是否对施工人员的安全构成威胁。以便及时调整设计参数和进行施工决策。1）初期支护阶段围岩稳定性的判据和施工管理根据最大位移值进行施工管理a.当量测位移U小于Un/3，表明围岩稳定，可以正常施工。b.当量测位移U大于Un/3并小于2Un/3时，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，如加密、加长锚杆等措施。c.当量测位移U大于2Un/3时，表明围岩变形很大，应先停止掘进，并采取特殊的加固措施，如超前支护、注浆加固等。d.实测最大位移值或预测最大位移值不大于2Un/3时，可认为初期支护达到基本稳定。29根据位移速率进行施工管理a.当位

26、移速率大于1mm/d时，表明围岩处于急剧变形阶段，应密切关注围岩动态。b.当位移速率在10.2mm/d之间时，表明围岩处于缓慢变形阶段。c.当位移速率小于0.2mm/d时，表明围岩已达到基本稳定，可以进行二次衬砌作业。30(3)根据位移时态曲线进行施工管理每次量测后应及时整理数据，绘制时态曲线。a.当位移速率很快变小，时态曲线很快平缓，表明围岩稳定性好，可适当减弱支护。b.当位移速率逐渐变小，即d2u/dt20，时态曲线趋于平缓，表明围岩变形趋于稳定，可正常施工。c.当位移速率不变，即d2u/dt2=0，时态曲线直线上升，表明围岩变形急剧增长，无稳定趋势，应及时加强支护，必要时暂停掘进。d.当

27、位移速率逐步增大，即d2u/dt20，时态曲线出现反弯点，表明围岩已处于不稳定状态，应停止掘进，及时采取加固措施。7 混凝土衬砌质量检测 隧道混凝土衬砌是重要的支护措施，是隧道结构“内实外美”的直接体现者。混凝土衬砌质量的好坏对隧道的长期稳定性、运营功能的发挥有着重要的影响。 隧道混凝土衬砌常见的质量问题包括： 混凝土开裂； 混凝土强度不够； 衬砌厚度不足； 钢筋锈蚀； 衬砌表面渗漏水； 衬砌背后充填不密实。1、隧道衬砌混凝土施工检查 1）衬砌施工条件 整体式衬砌开挖轮廓的检查； 围岩及初期支护稳定性要求； 基础地基承载能力要求； 2）衬砌混凝土浇筑施工检查 模板检查（强度、刚度、外形、尺寸、位置） 钢筋检查（间距、数量、位置、长度） 浇