高速铁路隧道质量检测

1、 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaotong University2010年年07月月高高 速速 铁铁 路路 隧隧 道道 质质 量量 检检 测测 一一二、锚杆质量二、锚杆质量三、钢架三、钢架四、隧道衬砌四、隧道衬砌五、五、厚度及缺陷厚度及缺陷六六隧道断面隧道断面 七、衬砌裂缝及渗漏水七、衬砌裂缝及渗漏水汇汇报报提提要要 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y一、一、概述概述西南交通大学西南交通大学Sout

2、hwest Jiaotong University一、概述 改革开放以来，国民经济持续稳定向前发展，国家对基础改革开放以来，国民经济持续稳定向前发展，国家对基础设施建设力度日渐加强，随着国家交通的不断发展，高速（客运设施建设力度日渐加强，随着国家交通的不断发展，高速（客运专线）专线）/ /重载铁路和高速公路分别是铁路、公路陆路交通发展的重载铁路和高速公路分别是铁路、公路陆路交通发展的主方向，使得新建铁路、公路隧道的主方向，使得新建铁路、公路隧道的等级、规模、数量等级、规模、数量逐年递增。逐年递增。从而对从而对隧道检测技术隧道检测技术提出了更高要求：采用提出了更高要求：采用高效高效且对隧道工程质

3、且对隧道工程质量能进行量能进行全面快速全面快速评价的评价的无损检测无损检测方法。方法。 无损检测无损检测方法即是无破损性的检测方法，是针对钻芯取样方法即是无破损性的检测方法，是针对钻芯取样等等有破损性有破损性检测提出的。检测提出的。1 1、隧道衬砌质量无损检测、隧道衬砌质量无损检测一、概述 保证工程质量是建设者们的基本要求，因此检测技术作为质量保证工程质量是建设者们的基本要求，因此检测技术作为质量管理的重要手段越来越为人们所重视。隧道工程是一项隐蔽性很强的管理的重要手段越来越为人们所重视。隧道工程是一项隐蔽性很强的工程，其施工也是一个动态的过程，因此在工程检测中，也按施工的工程，其施工也是一个

4、动态的过程，因此在工程检测中，也按施工的先后顺序分成三个阶段进行：即先后顺序分成三个阶段进行：即施工前、施工中施工前、施工中以及以及施工后施工后检测。检测。 （1 1）施工前检测）施工前检测 施工前检测主要是与现场中心试验室配合，对结构的施工前检测主要是与现场中心试验室配合，对结构的原材料、原材料、混凝土配合比、外加剂混凝土配合比、外加剂等进行检测，防止不合格的材料进入施工现场，等进行检测，防止不合格的材料进入施工现场，只有用只有用合格合格的的材料材料才能修建出才能修建出合格合格的的工程工程。1 1、隧道衬砌质量无损检测、隧道衬砌质量无损检测一、概述 （2 2）施工中检测）施工中检测 目前的质

5、量控制大多是目前的质量控制大多是“重二衬，轻初支重二衬，轻初支”，实际上隧道，实际上隧道初期初期支护支护是隧道的主要承力结构，对整个隧道结构的耐久性起着很重要的是隧道的主要承力结构，对整个隧道结构的耐久性起着很重要的作用，故在隧道施工质量过程控制中，对初期支护各结构的施工质量作用，故在隧道施工质量过程控制中，对初期支护各结构的施工质量均需进行必要的检测。施工中检测主要包括：均需进行必要的检测。施工中检测主要包括：开挖断面、锚杆质量开挖断面、锚杆质量（长度、砂浆饱和度及抗拔力）、钢拱架或格栅钢架、喷混凝土强度、（长度、砂浆饱和度及抗拔力）、钢拱架或格栅钢架、喷混凝土强度、厚度厚度等，主体等，主体

6、为初期支护为初期支护。 （3 3）施工后检测）施工后检测 隧道施工完成后，检测的主要项目为隧道施工完成后，检测的主要项目为隧道净空、二次衬砌强度、隧道净空、二次衬砌强度、厚度、密实度以及衬砌背后的空洞厚度、密实度以及衬砌背后的空洞等，主体为等，主体为二次衬砌二次衬砌。1 1、隧道衬砌质量无损检测、隧道衬砌质量无损检测一、概述2 2、无损检测内容及其方法、无损检测内容及其方法施工过程及检测项目施工过程及检测项目检测方法检测方法采用仪器采用仪器备注备注施工中锚杆长度、注浆饱和度；锚杆抗拔力应力反射波拉拔试验锚杆质量检测仪锚杆拉拔仪喷混凝土强度射钉枪气压射钉枪系统喷混凝土厚度、背后缺陷地质雷达RAM

7、AC/GPR格栅/型钢榀数地质雷达RAMAC/GPR开挖断面净空激光断面仪或全站仪激光断面仪施工后衬砌混凝土强度超声回弹综合法超声波检测仪混凝土回弹仪钻芯取样衬砌混凝土厚度及背后缺陷地质雷达RAMAC/GPR衬砌背后围岩状况地质雷达RAMAC/GPR衬砌裂缝及渗漏水人工目测分格素描游标卡尺、数码像机隧道净尺寸激光断面仪或全站仪激光断面仪（1）按施工过程一、概述2 2、无损检测内容及其方法、无损检测内容及其方法（2）按检测项目检测项目检测项目方法方法仪器仪器备注备注锚杆质量应力反射波拉拔试验锚杆质量检测仪锚杆拉拔仪锚杆长度、注浆饱和度；抗拔力钢架地质雷达RAMAC/GPR格栅/型钢数量混凝土强度

8、射钉枪超声回弹综合法气压射钉枪系统超声波检测仪和混凝土回弹仪钻芯取样衬砌厚度及缺陷地质雷达RAMAC/GPR隧道断面激光断面仪激光断面仪开挖断面、隧道净空尺寸衬砌裂缝及渗漏水人工目测分格素描游标卡尺、数码像机 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y二、锚杆质量二、锚杆质量西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaotong University二、锚杆质量 锚杆锚杆是将破碎或不稳定岩体是将破碎或不稳定岩体( (块块) )与牢固稳定的岩体连结在一起以与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整体稳定性提高整体稳定性的一种的一种支护

9、措施支护措施。 当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相同。锚杆当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相同。锚杆内端内端处处于牢固稳定岩体的部段，其锚固力主要起着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固定锚杆的作用；而锚杆；而锚杆外外端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岩体( (块块) )与与锚杆连结在一起的作用锚杆连结在一起的作用（图（图1 1）。要让锚杆能发挥设计的效果，除保证）。要让锚杆能发挥设计的效果，除保证锚杆的锚杆的长度长度满足设计要求满足设计要求外，还要使各段都能外，还要使各段都能均匀而有效

10、地均匀而有效地与岩体锚固与岩体锚固在一起（保证注浆饱和度）。在一起（保证注浆饱和度）。图图1 理想锚杆受力示意图理想锚杆受力示意图距岩面距离(m)x轴力(kN)P二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 锚杆锚杆长度长度及及注浆饱和度注浆饱和度均采用均采用应力反射波法应力反射波法检测。检测仪器为检测。检测仪器为锚锚杆质量检测仪杆质量检测仪，见下图。，见下图。锚杆质量检测仪锚杆质量检测仪 二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 1 1）锚杆长度）锚杆长度 应力反射波法是一种无损检测方法应力反射波法是一种无损检测方法, , 该该方法的基本理

11、论依据为一维杆件的弹性应力方法的基本理论依据为一维杆件的弹性应力波反射理论。波反射理论。 在锚杆顶部激发弹性应力波在锚杆顶部激发弹性应力波, , 当弹性应当弹性应力波传播到锚杆底部时由于锚杆和锚杆底部力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的岩石存在波阻抗差异, , 将产生反射波回到将产生反射波回到锚杆顶。根据锚杆顶。根据反射波的走时反射波的走时和锚杆中的和锚杆中的应力应力波传播速度波传播速度就可以用就可以用(1)(1)式求出锚杆长度式求出锚杆长度L L ，锚杆中的应力波传播速度可在现场已知长度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。的锚杆上进行标定。2tvL

12、c式中式中: v: vc c锚杆中应力波传播速度锚杆中应力波传播速度; ; t t应力反射波的双程走时。应力反射波的双程走时。（1)应力波在锚固界面上的反射应力波在锚固界面上的反射二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 2 2）注浆饱和度）注浆饱和度 注浆饱和度检测注浆饱和度检测通过测定锚杆通过测定锚杆不同方位不同方位、不同距离不同距离应力波应力波的的阻尼阻尼情情况，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：应力波在传播特性可知：应力波在坚硬完整坚硬完整的介质中的介质中传播

13、速度大，衰减速度快传播速度大，衰减速度快，而在而在松散及不完整松散及不完整介质中应力波的介质中应力波的传播速度小，衰减速度慢传播速度小，衰减速度慢。全锚锚杆实测波形与锚固质量结果全锚锚杆实测波形与锚固质量结果二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 2 2）注浆饱和度）注浆饱和度 利用应力波这一传播特性来判断注浆饱和度情况，对于利用应力波这一传播特性来判断注浆饱和度情况，对于注浆饱满注浆饱满的，砂浆和岩石的耦合性好，可看成完整的介质，因此应力波的的，砂浆和岩石的耦合性好，可看成完整的介质，因此应力波的波形规波形规则衰减快则衰减快，近于指数衰减；对于，近于指数衰减；对

14、于注浆饱满程度差注浆饱满程度差的，则砂浆和岩石间的的，则砂浆和岩石间的耦合性差，可看成松散不完整的介质，应力波的耦合性差，可看成松散不完整的介质，应力波的波形杂乱，衰减慢波形杂乱，衰减慢。 根据不同方向、不同部位击震的应力波衰减曲线就可以对注浆饱根据不同方向、不同部位击震的应力波衰减曲线就可以对注浆饱和度作出判断。和度作出判断。部分锚固状态实测波形及锚固状态分析结果部分锚固状态实测波形及锚固状态分析结果二、锚杆质量2.2 2.2 锚杆抗拔力锚杆抗拔力 锚杆抗拔力通过锚杆抗拔力通过拉拔试验拉拔试验进行检测。拉拔试验检测方法是一种进行检测。拉拔试验检测方法是一种传统的传统的锚锚杆锚固质量检测方法。

15、杆锚固质量检测方法。进行拉拔试验时，将液压千斤顶放在托板和螺母之间，进行拉拔试验时，将液压千斤顶放在托板和螺母之间，拧紧螺母，施加一定的预应力，然后用手动液压泵加压，同时记录液压表和拧紧螺母，施加一定的预应力，然后用手动液压泵加压，同时记录液压表和位移计上的对应读数，当压力或者位移读数达到预定值时，或者当压力计读位移计上的对应读数，当压力或者位移读数达到预定值时，或者当压力计读数下降而位移计读数迅速增大时，停止加压。测试后，整理出锚杆的位移数下降而位移计读数迅速增大时，停止加压。测试后，整理出锚杆的位移- -荷载曲线，进而分析出试验锚杆的抗拔力大小。试验时锚杆的受力状态见图荷载曲线，进而分析出

16、试验锚杆的抗拔力大小。试验时锚杆的受力状态见图2 2。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图图2 2 抗拔试验时锚杆的受力示意图抗拔试验时锚杆的受力示意图二、锚杆质量2.2 2.2 锚杆检测方法评述锚杆检测方法评述 试验证明：对于高强螺纹锚杆，当试验证明：对于高强螺纹锚杆，当锚固长度锚固长度达到锚杆直径的达到锚杆直径的4242倍倍时，时，握裹力握裹力不再随不再随锚杆长度锚杆长度的增加而增加。高速铁路隧道锚杆的长与的增加而增加。高速铁路隧道锚杆的长与直径比达到几百倍，而且从图直径比达到几百倍，而且从图1 1、2 2可知，锚杆拔抗试验与实际锚杆的可知，锚杆拔抗试验与实际锚杆的受力状态有很大不同，得出锚

17、杆抗拔力与锚杆质量没有必然的相关性，受力状态有很大不同，得出锚杆抗拔力与锚杆质量没有必然的相关性，若仅采用抗拔试验，可能导致将不合格锚杆依其抗拔力评定成合格锚若仅采用抗拔试验，可能导致将不合格锚杆依其抗拔力评定成合格锚杆。杆。 所以，对锚杆进行检测时，要采用声频应力波法对锚杆的锚固质所以，对锚杆进行检测时，要采用声频应力波法对锚杆的锚固质量进行量进行无损检测无损检测，再，再配合配合抗拔力试验抗拔力试验进行综合分析，可对锚杆的进行综合分析，可对锚杆的锚固锚固质量质量作出作出较全面的评价较全面的评价。 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s

18、I t y三、钢架三、钢架西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaotong University三、钢架三、钢架 在隧道中所使用格栅或型钢拱架支撑数量，也是隧道在隧道中所使用格栅或型钢拱架支撑数量，也是隧道初期支护质量控制中所关心的问题。由于喷混凝土中存在初期支护质量控制中所关心的问题。由于喷混凝土中存在格栅或型钢拱架支撑时，地质雷达剖面图中信号会有变化，格栅或型钢拱架支撑时，地质雷达剖面图中信号会有变化，可通过这些信号的变化读出隧道施工时所使用的格栅或型可通过这些信号的变化读出隧道施工时所使用的格栅或型钢拱架支撑数量。钢拱架支撑数量。 检测仪器是地质雷达，见下图。检测仪器是地质雷

19、达，见下图。三、钢架三、钢架 图图1 RAMAC 型主机型主机 图图2 1000MHz天线天线 图图3 500MHz天线天线三、钢架三、钢架 1 1）格栅）格栅 当混凝土中存在钢筋时，雷达剖当混凝土中存在钢筋时，雷达剖面图中将产生连续点状强反射信号，当混面图中将产生连续点状强反射信号，当混凝土中有凝土中有格栅格栅拱架支撑时，靠得较近的两拱架支撑时，靠得较近的两主筋将形成两个点状强反射信号，则主筋将形成两个点状强反射信号，则两个两个点状信号点状信号形成类似于字母形成类似于字母M M形状的反射信号，形状的反射信号，每一个这样的雷达波信号就对应着一榀格每一个这样的雷达波信号就对应着一榀格栅拱架支撑，

20、由此信号总数即可统计出整栅拱架支撑，由此信号总数即可统计出整个隧道纵向的格栅拱架支撑数量。个隧道纵向的格栅拱架支撑数量。存在格栅拱架的雷达波检测图存在格栅拱架的雷达波检测图 呈呈M M形的格形的格栅支撑栅支撑存在钢筋的雷达波检测图存在钢筋的雷达波检测图三、钢架三、钢架1000MHz天线检测出的衬砌内存在钢筋的地质雷达图像天线检测出的衬砌内存在钢筋的地质雷达图像 500MHz天线检测出的衬砌内存在钢筋的地质雷达图像（标点间距天线检测出的衬砌内存在钢筋的地质雷达图像（标点间距2m） 三、钢架三、钢架1.6GHz1.6GHz天线采集的数据，钢筋更加清晰天线采集的数据，钢筋更加清晰 上图为在隧道拱腰处

21、检测的钢筋网图像上图为在隧道拱腰处检测的钢筋网图像 ，用，用10001000兆天线兆天线三、钢架三、钢架 2 2）型钢）型钢 当混凝土中有当混凝土中有型钢型钢支撑支撑时，雷达剖面图中将出现特时，雷达剖面图中将出现特别强的别强的月牙形月牙形反射信号，每反射信号，每一个这样的信号表示有一榀一个这样的信号表示有一榀型钢拱架支撑，由此信号总型钢拱架支撑，由此信号总数即可统计出整个隧道纵向数即可统计出整个隧道纵向的型钢拱架支撑数量。的型钢拱架支撑数量。存在型钢拱架的雷达波检测图存在型钢拱架的雷达波检测图 三、钢架三、钢架 2 2）型钢）型钢 衬砌内有钢架的地质雷达图像衬砌内有钢架的地质雷达图像 s o

22、u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y四、混凝土强度四、混凝土强度西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaotong University四、混凝土强度4.1 4.1 气压射钉枪强度检测系统气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护) 根据根据喷混凝土喷混凝土表面特征表面特征，宜采用气压射钉枪无损检测方法对其强，宜采用气压射钉枪无损检测方法对其强度进行检测。整个系统由度进行检测。整个系统由射钉枪、空压计、空压管、空压机、变压器、射钉枪、空压计、空压管、空压机、变压器、数显深度游标卡尺数显深度游标卡尺等组成。其中变压器为国产多功能变

23、压器，由于气等组成。其中变压器为国产多功能变压器，由于气压射钉枪系统额定工作电压为压射钉枪系统额定工作电压为100100伏，故通过变压器将国内伏，故通过变压器将国内220220伏转换伏转换成成100100伏。伏。气压射钉枪检测系统气压射钉枪检测系统及射钉枪照片详见下图。及射钉枪照片详见下图。气压射钉枪强度测试系统示意图气压射钉枪强度测试系统示意图四、混凝土强度4.1 4.1 气压射钉枪强度检测系统气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护) 气压射钉枪的气压射钉枪的工作原理工作原理是射钉枪在是射钉枪在恒定高压气体推力恒定高压气体推力作用下推动作用下推动经过经过特殊标定的射钉特殊标定的射钉高速高速进入

24、混凝土中，一部分能量消耗于钢钉与混进入混凝土中，一部分能量消耗于钢钉与混凝土之间的摩擦，另一部分能量由于混凝土受挤压破碎而被消耗，发凝土之间的摩擦，另一部分能量由于混凝土受挤压破碎而被消耗，发射枪引发的子弹初始动能是恒定的，则其射枪引发的子弹初始动能是恒定的，则其贯入深度贯入深度取决于混凝土的取决于混凝土的力力学性质学性质，通过射钉的，通过射钉的贯入度贯入度可推定可推定混凝土强度混凝土强度（深度与强度的关系由（深度与强度的关系由实验标定公式确定）。实验标定公式确定）。四、混凝土强度4.1 4.1 气压射钉枪强度检测系统气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护) 气压射钉枪检测方法具有检测结果气压射

25、钉枪检测方法具有检测结果客观可靠、操作方便、省工省客观可靠、操作方便、省工省时时等优点等优点, ,在隧道初期支护喷混凝土的强度检测中发挥了重要作用在隧道初期支护喷混凝土的强度检测中发挥了重要作用, ,取取得了令人满意的结果。得了令人满意的结果。喷混凝土强度与射钉贯入深度关系曲线喷混凝土强度与射钉贯入深度关系曲线四、混凝土强度4.1 4.1 气压射钉枪强度检测系统气压射钉枪强度检测系统 在检测中，对喷混凝土的在检测中，对喷混凝土的早期强度早期强度及及晚期强度晚期强度进行检测，通过大进行检测，通过大量的试验建立起量的试验建立起强度龄期成长曲线强度龄期成长曲线后，即可后，即可通过检测早期强度通过检测

26、早期强度预测晚预测晚期强度期强度，用以及时，用以及时调整调整施工方法施工方法及及配合比参数配合比参数，以，以确保确保隧道初期支护隧道初期支护喷混凝土的喷混凝土的晚期强度是否满足要求晚期强度是否满足要求。 这是其他方法不便实现的。这是其他方法不便实现的。四、混凝土强度4.2 4.2 超声回弹综合检测方法超声回弹综合检测方法(针对二次衬砌) 1 1）根据要求布置强度测区，隧道强度检测时测区一般布置在）根据要求布置强度测区，隧道强度检测时测区一般布置在左左边墙、右边墙、拱顶边墙、右边墙、拱顶等位置；等位置； 2 2）在确定的测区内，用超声回弹模子）在确定的测区内，用超声回弹模子标出标出回弹的回弹的弹

27、击点弹击点及超声及超声声速值声速值测点测点，用混凝土回弹仪测试回弹值（，用混凝土回弹仪测试回弹值（1616个测点），用超声波检个测点），用超声波检测仪测试测仪测试3 3个超声波声时值（取其平均值）；个超声波声时值（取其平均值）； 3 3）在检测的同时，由）在检测的同时，由专人专人对回弹值、超声波声时值作好对回弹值、超声波声时值作好记录记录。 4 4）将现场测试的）将现场测试的回弹值、超声值回弹值、超声值按规范要求进行按规范要求进行修正后修正后，利用，利用经验公式经验公式计算计算测区混凝土测区混凝土强度的推算值强度的推算值（若有钻芯取样，还要结合抗（若有钻芯取样，还要结合抗压强度进行修正），从而

28、对整个隧道衬砌混凝土压强度进行修正），从而对整个隧道衬砌混凝土强度强度进行进行评定评定。四、混凝土强度4.2 4.2 超声回弹综合检测方法超声回弹综合检测方法(针对二次衬砌)回弹回弹测点示意测点示意超声超声测点示意测点示意四、混凝土强度4.2 4.2 超声回弹综合检测方法超声回弹综合检测方法 对二次衬砌混凝土强度检测采用对二次衬砌混凝土强度检测采用超声回弹综合法超声回弹综合法结合结合少量的少量的钻芯取钻芯取样样进行检测。超声波测试仪及回弹仪见图进行检测。超声波测试仪及回弹仪见图: :NM4BNM4B超声波测试仪超声波测试仪TICOTICO超声波测试仪超声波测试仪四、混凝土强度4.2 4.2 超

29、声回弹综合检测方法超声回弹综合检测方法20002000数显回弹仪数显回弹仪机械混凝土回弹仪机械混凝土回弹仪四、混凝土强度4.2 4.2 超声回弹综合检测方法超声回弹综合检测方法 （1 1）超声回弹检测）超声回弹检测 在隧道内沿在隧道内沿纵向纵向每隔每隔一定距离一定距离、在、在不同部位不同部位设置测区，采用设置测区，采用混凝土混凝土回弹仪回弹仪在测区内测得隧道衬砌混凝土的在测区内测得隧道衬砌混凝土的回弹值回弹值，并用，并用超声波测试仪超声波测试仪在相同在相同测区内测得超声波在隧道衬砌混凝土中传播的测区内测得超声波在隧道衬砌混凝土中传播的波速波速，再根据，再根据“回弹回弹超声超声”综合法的以下公式

30、求出隧道衬砌综合法的以下公式求出隧道衬砌混凝土推定强度值混凝土推定强度值。四、混凝土强度4.2 4.2 超声回弹综合检测方法超声回弹综合检测方法 （2 2）钻取芯样检测）钻取芯样检测 钻芯钻芯取样为局部检测，主要用于取样为局部检测，主要用于修正修正超声回弹所得混凝土的超声回弹所得混凝土的强度强度。芯。芯样钻取位置必须在超声回弹检测范围以内，样钻取位置必须在超声回弹检测范围以内，在现场在现场采用钻机（如：采用钻机（如：ZKJZKJ200200型金刚石钻机）钻取芯样（芯样直径：型金刚石钻机）钻取芯样（芯样直径：100100或或150150）后，）后，在室内在室内进进行芯样试件制作并养护后采用压力试

31、验机（行芯样试件制作并养护后采用压力试验机（NYL60NYL60型）对芯样试件进行型）对芯样试件进行抗压强度试验，得出衬砌混凝土芯样强度值。抗压强度试验，得出衬砌混凝土芯样强度值。 通过超声回弹综合法无损检测结合少量钻芯取样进行修正的方法通过超声回弹综合法无损检测结合少量钻芯取样进行修正的方法（见下式）得出隧道衬砌混凝土的（见下式）得出隧道衬砌混凝土的强度强度，并将其结果与，并将其结果与设计强度设计强度进行进行比较比较分析，得出隧道衬砌混凝土强度分析，得出隧道衬砌混凝土强度是否满足要求是否满足要求。四、混凝土强度4.2 4.2 超声回弹综合检测方法超声回弹综合检测方法钻芯机钻芯机四、检测结果

32、4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y五、混凝土厚度及背后缺陷五、混凝土厚度及背后缺陷西南交通大学西南交通大学Southwest

33、Jiaotong University五、混凝土厚度及背后缺陷 混凝土混凝土厚度及背后衬砌缺陷厚度及背后衬砌缺陷均采用均采用地质雷达地质雷达进行检测。地质雷达检进行检测。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。一般运用于检测处理检测对象。一般运用于检测区域较大区域较大、检测、检测对象复杂对象复杂，要求检测，要求检测精精度适中度适中，且检测，且检测速度较快速度较快的情况。的情况。 地质雷达应用地质雷达应用脉冲电磁波脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布。地质雷达的发射天探测隐蔽介质的分布。地质雷达的

34、发射天线向混凝土内发射线向混凝土内发射高频宽带短脉冲高频宽带短脉冲电磁波电磁波，电磁波遇到具有，电磁波遇到具有不同介电特不同介电特性性的混凝土与围岩的混凝土与围岩界面界面时有部分返回，接收天线接收反射波并记录反射时有部分返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当波的旅行时间。当发射和接收天线发射和接收天线沿物体表面逐点沿物体表面逐点同步移动同步移动时，就能得时，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( (双程走时双程走时) )、幅度、幅度频率与波形变化资料，可以推断频率与波形变化资料，可以推断介质的内部结构介质的内部结构以及以

35、及目标体目标体的的深度、形深度、形状状等特征参数等特征参数( (见下图见下图) )。5.1 5.1 检测原理检测原理五、混凝土厚度及背后缺陷vxzt/422式式(1) (1) 脉冲波走时按式（脉冲波走时按式（1 1）进行计算）进行计算: : 式中式中: :值在剖面探测中是固定的；值值在剖面探测中是固定的；值(mns(mns-1-1) )可以利用现成数据可以利用现成数据或测定获得，由上式可得目标体的深度值或测定获得，由上式可得目标体的深度值( () )。 反射探测原理图反射探测原理图 检测结果与实际结构的对照图检测结果与实际结构的对照图 隧道衬砌与围岩的隧道衬砌与围岩的相对介电常数相对介电常数的

36、的对比对比决定分层是否决定分层是否“可见可见”。当。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，也使得缺陷使得缺陷“可见可见”，见上图右。，见上图右。五、混凝土厚度及背后缺陷 采用地质雷达对混凝土厚度进行检测前要解决的问题：采用地质雷达对混凝土厚度进行检测前要解决的问题：天线频率天线频率的选的选择、雷达波在喷混凝土中的择、雷达波在喷混凝土中的波速标定波速标定。 地质雷达各频率天线均有各自适宜的探测深度及分辨率，地质雷达各频率天线均有各自适宜的探测深度及分辨率，根据根据混凝土混凝土的的厚度厚度，宜选用，宜选用500M

37、Hz500MHz天线；对于天线；对于波速波速标定，建议采用激光断面仪通过断标定，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面检测得出混凝土厚度来实现. .RAMACRAMAC型地质雷达各频率天线型地质雷达各频率天线五、混凝土厚度及背后缺陷5.2 5.2 测线布置测线布置 根据根据铁路隧道衬砌质量无损检测规程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：测线布置应符合下列规定： 1、隧道、隧道施工过程中施工过程中质量检测应以质量检测应以纵向布线纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底拱顶、左右拱腰、左

38、右边墙和隧底各布各布1条条;横向布线可按横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距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。个点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。 2、隧道、隧道竣工验收竣工验收时质量检测应时质量检测应纵向布线纵向布线，必要时可横向布线。纵向布线，必要时可横向布线。纵向布线的位置应在隧道的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙拱顶、左右拱腰和左右边墙各布各布1条条;横向布线线距横向布线线距8-12m;采采用点测时每断面不少于用点测时每断面不少于5个点。需个点。需确定确定回填

39、回填空洞规模和范围空洞规模和范围时，应时，应加密测线加密测线或测点或测点。 3、三线三线隧道应在隧道隧道应在隧道拱顶部位拱顶部位增加增加2条测线条测线。 4、测线每、测线每510m 应有一里程标记。应有一里程标记。 测线布置见下图：测线布置见下图：左边墙左拱腰右边墙右拱腰拱顶路面中线检测车图图4 4 雷达测线纵断面布置图雷达测线纵断面布置图图图5 5 雷达测线横断面布置图雷达测线横断面布置图图图6 6 检测方式图检测方式图100200300400左边墙测线左拱腰测线拱顶测线(路面中线测线)右拱腰测线右边墙测线洞身标 (m) 0五、混凝土厚度及背后缺陷五、混凝土厚度及背后缺陷5.3 5.3 混凝

40、土厚度混凝土厚度 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。接收反射波并记录反射波的旅行时间。 根据接收到波的根据接收到波的旅行时间旅行时间( (双程走时双程走时) )、标定的地质雷达在混凝土中的、标定的地质雷达在混凝土中的波波速值速值，再由式（，再由式（2 2）可求出）可求出混凝土厚度混凝土厚度。 (2)(2) 式中式中: v: v地质雷达波的波速

41、；地质雷达波的波速； tt地质雷达波的双程走时。地质雷达波的双程走时。2vtd 五、混凝土厚度及背后缺陷5.3 5.3 混凝土厚度混凝土厚度 衬砌与围岩间会存在明显的衬砌与围岩间会存在明显的反射层反射层，从而利用此反射层来探明二次衬砌，从而利用此反射层来探明二次衬砌混凝土的混凝土的厚度厚度，见下图。，见下图。 衬砌与围岩间存在的明显反射层及层位追踪图衬砌与围岩间存在的明显反射层及层位追踪图五、混凝土厚度及背后缺陷5.3 5.3 混凝土厚度混凝土厚度上图为衬砌厚度检测图象，用时间触发方式检测上图为衬砌厚度检测图象，用时间触发方式检测, ,用用RAMAC/GPRRAMAC/GPR雷达，雷达，500

42、500兆屏蔽天线。兆屏蔽天线。五、混凝土厚度及背后缺陷5.3 5.3 混凝土厚度混凝土厚度上图为隧道上图为隧道拱顶拱顶衬砌厚度检测衬砌厚度检测, ,采用采用RAMAC/GPR CUIIRAMAC/GPR CUII主机主机, ,500500兆屏蔽天线兆屏蔽天线五、混凝土厚度及背后缺陷5.3 5.3 混凝土厚度混凝土厚度上图为用瑞典上图为用瑞典MALAMALA公司的公司的CUIICUII主机主机, 500, 500兆屏蔽天线在隧道兆屏蔽天线在隧道拱脚拱脚处处检测的雷达图像检测的雷达图像, ,可以清楚看到二衬界面和钢拱架可以清楚看到二衬界面和钢拱架. .五、混凝土厚度及背后缺陷5.3 5.3 混凝土

43、厚度混凝土厚度上图为在隧道拱腰处用上图为在隧道拱腰处用500500兆天线做的。距起点兆天线做的。距起点200200米的左侧是钢筋网（隧道米的左侧是钢筋网（隧道内绝大部分是这种结果），右侧是水侵入区域，钢筋图像不清楚；二衬的底内绝大部分是这种结果），右侧是水侵入区域，钢筋图像不清楚；二衬的底界面由于大量充水，界面非常清楚。界面由于大量充水，界面非常清楚。五、混凝土厚度及背后缺陷5.4 5.4 混凝土背后缺陷混凝土背后缺陷 在混凝土内存在不密实以及背后存在缺陷时，均可由地质雷达剖在混凝土内存在不密实以及背后存在缺陷时，均可由地质雷达剖面图上所反映的信息进行判断。混凝土背后的缺陷形式主要有面图上所反

44、映的信息进行判断。混凝土背后的缺陷形式主要有不密实不密实及空洞及空洞两种情况。两种情况。 混凝土及背后存在不密实：混凝土及背后存在不密实：不密实不密实的衬砌混凝土体及混凝土背后的衬砌混凝土体及混凝土背后不密实的围岩在地质雷达剖面图上的不密实的围岩在地质雷达剖面图上的波形杂乱波形杂乱，同相轴错断。，同相轴错断。存在不密实的雷达波检测图存在不密实的雷达波检测图 五、混凝土厚度及背后缺陷5.2 5.2 混凝土背后缺陷混凝土背后缺陷 混凝土与围岩之间有混凝土与围岩之间有空洞空洞: :由于由于空气与混凝土空气与混凝土介电常数介电常数差别较大差别较大，电，电磁波在混凝土与空气之间将产生磁波在混凝土与空气之

45、间将产生强反射信号强反射信号。当空洞比较大时，围岩界。当空洞比较大时，围岩界面清晰可见，在地质雷达剖面图上主要表现为在混凝土层以下出现多次面清晰可见，在地质雷达剖面图上主要表现为在混凝土层以下出现多次反射波，同相轴呈反射波，同相轴呈弧形弧形，并与相邻道之间发生，并与相邻道之间发生相位错位相位错位，且其，且其能量明显能量明显增强增强。存在空洞的雷达波检测图存在空洞的雷达波检测图 五、混凝土厚度及背后缺陷5.2 5.2 混凝土背后缺陷混凝土背后缺陷 用用500500兆屏蔽天线做兆屏蔽天线做拱顶拱顶检测，检测，采用采用CUIICUII主机。图中箭头所指为脱空。主机。图中箭头所指为脱空。五、混凝土厚度

46、及背后缺陷5.2 5.2 混凝土背后缺陷混凝土背后缺陷 做做拱脚拱脚检测，用瑞典检测，用瑞典MALAMALA公司的公司的CUIICUII主机，主机，500500兆屏蔽天线。图中兆屏蔽天线。图中5252米到米到7676米处存在米处存在大面积脱空。大面积脱空。 3 3）结果形式结果形式右线右线K0+000K0+250拱顶衬砌厚度、背后缺陷示意图拱顶衬砌厚度、背后缺陷示意图左线左线K0+000K0+250拱顶衬砌厚度、背后缺陷示意图拱顶衬砌厚度、背后缺陷示意图五、混凝土厚度及背后缺陷中梁山右线中梁山右线K0+010+030段拱顶测线地质雷达图像段拱顶测线地质雷达图像中梁山右线中梁山右线K0+080+

47、110段拱顶测线地质雷达图像段拱顶测线地质雷达图像 五、混凝土厚度及背后缺陷中梁山左线中梁山左线K0+170+200K0+170+200段拱顶测线地质雷达图像段拱顶测线地质雷达图像中梁山左线中梁山左线K0+100+120K0+100+120段拱顶测线地质雷达图像段拱顶测线地质雷达图像五、混凝土厚度及背后缺陷 3 3）结果形式结果形式右线右线K0+000K0+250K0+000K0+250注浆量示意图注浆量示意图 右线右线K0+000K0+250K0+000K0+250注浆量示意图注浆量示意图 五、混凝土厚度及背后缺陷 4 4）现场检测照片现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷 4 4）现场检测照

48、片现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷 4 4）现场检测照片现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷 4 4）现场检测照片现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷 4 4）现场检测照片现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷 4 4）现场检测照片现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷 4 4）现场检测照片现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y六、断面检测六、断面检测西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaotong University控制超欠挖控制超欠挖隧道允许超挖值（隧道允许超挖值（cmc

49、m）围岩级别围岩级别开挖部位开挖部位、拱部拱部线性超挖线性超挖101015151010最大超挖最大超挖151525251515边墙线性超挖边墙线性超挖101010101010仰拱、隧底仰拱、隧底线性超挖线性超挖1010最大超挖最大超挖2525六、断面检测 客运专线铁路隧道工程施工技术指南客运专线铁路隧道工程施工技术指南 TZ 214 TZ 21420052005规定：隧规定：隧道开挖不应欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入道开挖不应欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入衬砌（每衬砌（每1m21m2不大于不大于0.1m20.1m2、高度不大于、高度不大于5cm5

50、cm）。拱脚和墙脚以上）。拱脚和墙脚以上1m1m范围内严范围内严禁欠挖。禁欠挖。 在控制超欠挖技术的研究中，首先应改变观念，即必需改变在控制超欠挖技术的研究中，首先应改变观念，即必需改变“宁超宁超勿欠勿欠”的传统观点，树立的传统观点，树立“少欠少超少欠少超”的观点。也就是说，应容许一定程的观点。也就是说，应容许一定程度的欠挖，例如，日本在隧道施工中，基本上容许概率为度的欠挖，例如，日本在隧道施工中，基本上容许概率为1616的欠挖。即的欠挖。即在开挖断面上取在开挖断面上取100100个点，有不超过个点，有不超过1616个点的超挖就可以了。这样就可以避个点的超挖就可以了。这样就可以避免开挖轮廓线的

51、无谓扩大，而使超挖得以减少。例如，铁路隧道施工规范免开挖轮廓线的无谓扩大，而使超挖得以减少。例如，铁路隧道施工规范（TB 10204TB 1020420022002）规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出）规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每部分（每1m21m2不大于不大于0.1m20.1m2）侵入衬砌，侵入值应小于衬砌厚度的）侵入衬砌，侵入值应小于衬砌厚度的1/31/3，并小，并小于于10cm10cm。对喷锚衬砌应不大于。对喷锚衬砌应不大于5cm5cm。六、断面检测 实际施工中，周边孔实际施工中，周边孔开口位置开口位置e有三种情况，有三种情况，其出现机率和差值大小其

52、出现机率和差值大小则主要决定于钻孔水平。则主要决定于钻孔水平。第第1种情况（种情况（a）不影响）不影响超欠挖；在（超欠挖；在（b）的情况）的情况时，将使超挖增加一个时，将使超挖增加一个e值，而第值，而第3种情况，将使种情况，将使超挖减小一个超挖减小一个e值，但出值，但出现欠挖。因而，钻孔时现欠挖。因而，钻孔时先定位，后钻进，并在先定位，后钻进，并在掌子面上完整醒目地标掌子面上完整醒目地标出周边孔位线，把出周边孔位线，把e控制控制在较小范围内（约在在较小范围内（约在3cm）是可能的。）是可能的。 六、断面检测六、断面检测 对隧道在各施工阶段的净空尺寸（横断面对隧道在各施工阶段的净空尺寸（横断面净

53、空净空及及超欠挖超欠挖情况）采情况）采用用激光断面仪激光断面仪（如国产（如国产BJSD-2BJSD-2型隧道限界检测仪）或全站仪进行检测。型隧道限界检测仪）或全站仪进行检测。通过激光断面仪对隧道各施工阶段净空尺寸的检测、数据处理，可以通过激光断面仪对隧道各施工阶段净空尺寸的检测、数据处理，可以评价评价隧道隧道开挖质量开挖质量、取代、取代收敛量测收敛量测以及对地质雷达检测混凝土厚度时以及对地质雷达检测混凝土厚度时进行进行波速标定波速标定和和厚度修正厚度修正等。等。BJSD-2BJSD-2型隧道型隧道限界检测仪限界检测仪 隧道断面现场检测照片隧道断面现场检测照片六、断面检测 1 1）开挖质量）开挖

54、质量 在隧道开挖后，将激光断面仪架设在检测在隧道开挖后，将激光断面仪架设在检测横断面横断面上对开挖轮廓进上对开挖轮廓进行检测，对行检测，对实测数据实测数据进行分析处理，得出隧道进行分析处理，得出隧道开挖轮廓断面开挖轮廓断面，与，与设计设计的开挖线的开挖线相比较，可相比较，可评价评价隧道开挖的隧道开挖的超欠挖超欠挖情况，对隧道的情况，对隧道的开挖质量开挖质量进行评价，详见图进行评价，详见图3 3、4 4所示。所示。图图3 3 检测净空与设计轮廓比较图检测净空与设计轮廓比较图图图4 4 检测断面数据统计检测断面数据统计六、断面检测BJSD-2BJSD-2型隧道限界检测仪专用软件界面型隧道限界检测仪

55、专用软件界面 隧道净空检测结果隧道净空检测结果六、断面检测 在隧道在隧道开挖后开挖后，用激光断面仪对，用激光断面仪对开挖断面开挖断面进行测量，待进行测量，待混凝土完成后混凝土完成后在相同断面作在相同断面作净空断面净空断面进行测量，利用两次测量结果的进行测量，利用两次测量结果的差值差值，可得出该断，可得出该断面混凝土面混凝土厚度的准确值厚度的准确值（见图（见图5 5），结合地质雷达图像分析得到的脉冲波），结合地质雷达图像分析得到的脉冲波双双程走时程走时，再根据式（，再根据式（3 3）求出混凝土内传播的）求出混凝土内传播的雷达波速雷达波速（见图（见图6 6）。）。图图5 混凝土厚度混凝土厚度图图6

56、 拱顶测线处厚度及雷达图像拱顶测线处厚度及雷达图像 六、断面检测 从图从图6 6可知，可知，d d=0.236m=0.236m，雷达波，雷达波双程走时双程走时为为4ns4ns，由式，由式(3)(3)求出求出波速波速为为0.118m/ns0.118m/ns，将不同测线在此断面的波速分别求出，再对其进行综合分析，将不同测线在此断面的波速分别求出，再对其进行综合分析，得到混凝土的得到混凝土的雷达波速雷达波速。 除此之外，还可将检测断面的混凝土厚度作为除此之外，还可将检测断面的混凝土厚度作为准确值准确值，对，对整个隧道混整个隧道混凝土厚度凝土厚度的检测结果进行的检测结果进行修正修正。五、监测、检测项目

57、五、监测、检测项目2、净空断面检测、净空断面检测 采用激光断面仪对隧道采用激光断面仪对隧道开挖断面开挖断面、衬支后断面衬支后断面、二衬砌断面二衬砌断面进行检测，不仅可以检测出隧道开挖的进行检测，不仅可以检测出隧道开挖的超欠挖超欠挖情况，还可以得出情况，还可以得出衬期支护及二次衬砌衬期支护及二次衬砌厚度厚度，隧道净空隧道净空情况等。情况等。初支初支/二衬后断面检测示意图二衬后断面检测示意图 初支初支/二衬前断面检测示意图二衬前断面检测示意图 四、检测结果左线左线K0+071.4K0+071.4检测断面检测断面净空净空( (风机风机) ) 右线右线K0+073K0+073检测断面检测断面净空净空(

58、 (风机风机) ) 2、净空断面检测、净空断面检测四、检测结果左线左线K0+071.4K0+071.4检测断面检测断面限界限界( (风机风机) ) 右线右线K0+073K0+073检测断面检测断面限界限界( (风机风机) ) 2、净空断面检测、净空断面检测四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片四、检测结果 4 4）现场检测照片现场检测照片 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y七、衬砌裂缝及渗漏水七、衬砌裂缝及渗漏水西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaoton

59、g University七、衬砌裂缝及渗漏水在隧道全长内对衬砌的变形和破损、裂缝及渗漏水位置沿隧道洞身里程采在隧道全长内对衬砌的变形和破损、裂缝及渗漏水位置沿隧道洞身里程采用人工目测分格素描的方法进行检查。用人工目测分格素描的方法进行检查。对隧道衬砌裂缝采用游标卡尺、超声波检测仪对其宽度及深度进行检测。对隧道衬砌裂缝采用游标卡尺、超声波检测仪对其宽度及深度进行检测。隧道渗漏水状况采用红外探水法进行检测，同时在隧道渗漏水位置取水样隧道渗漏水状况采用红外探水法进行检测，同时在隧道渗漏水位置取水样进行化验（成分分析），检测渗漏水对混凝土是否存在的侵蚀作用。进行化验（成分分析），检测渗漏水对混凝土是否存在的侵蚀作用。提交隧道病害分格检测展示图（见图提交隧道病害分格检测展示图（见图3 3），裂缝宽度、深度检测结果报告。），裂缝宽度、深度检测结果报告。100200300400左墙脚左拱脚拱顶右拱脚右墙脚压碎带洞身标 (m) 0隧道病害分格检测展示图隧道病害分格检测展示图 七、衬砌裂缝及渗漏水 同时，采用数字式近景摄影机拍摄隧道内衬砌的破损、裂缝及渗漏水同时，采用数字式近景摄影机拍摄隧道内衬砌的破损、裂缝及渗漏水位置等情况。数字式近景摄影机由数码相机和位置等情况。数字式近景摄影机由数码相机和J2J2型经纬仪及专用支架组成。型经纬仪及专用支架组成。数码相机为数码相