第四章初期支护施工质量检测

1、第四章 初期支护施工与质量检测初期支护：隧道开挖后，用于控制围岩变形及防止坍塌所及时施作的支护。其类型有锚杆支护、喷射混凝土支护、喷射混凝土与钢筋网联合支护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护、喷钢纤维混凝土支护、喷钢纤维混凝土锚杆联合支护，以及上述几种类型加设钢架而成的联合支护。锚杆：具有“悬吊”、“组合梁”和“加固拱”等作用。具有主动加固围岩、可及时灵活施工等特点。喷射混凝土：具有“支撑”、“填补”、“粘结”和“封闭”的作用。钢筋网：具有增强喷射混凝土强度和阻止喷射混凝土开裂的作用钢架：具有“强支撑作用”和即刻受力的特点一、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

2、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” 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 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。加工质量 锚杆种类很多，但每一种锚杆在使用安装前，都必须对其材质（抗拉强度、延展性与弹性）、

3、规格和加工质量进行检查，以免不合格的锚杆用于隧道支护安装质量检查 锚杆孔位：孔位偏差50mm，钢尺测量，频率10%锚杆方向：应尽量与岩壁面和岩层主要结构面垂直，目测钻孔深度：公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）要求，钻孔深度+100，-0，使用带刻度碎料管或木棍，频率10%孔径与孔型：对于砂浆锚杆大于杆体直径15mm，频率10%锚杆数量：不少于设计锚杆垫板：与岩面紧贴，频率10%2 2、锚杆抗拔力、锚杆抗拔力 锚杆抗拔力是指锚杆锚固后能够承受的最大拉力。它锚杆抗拔力是指锚杆锚固后能够承受的最大拉力。它是锚杆材料、加工及安装质量的综合反映，是锚杆质量检是锚杆材料、加工及安装质量的综合

4、反映，是锚杆质量检测的一项基本内容。锚杆抗拔力检测要求如下：测的一项基本内容。锚杆抗拔力检测要求如下：A A）检测数量为锚杆数的）检测数量为锚杆数的1%1%且每次不小于且每次不小于3 3根根B B）同组锚杆抗拔力的平均值不小于设计值）同组锚杆抗拔力的平均值不小于设计值C C）单根锚杆的抗拔力不得低于设计值得）单根锚杆的抗拔力不得低于设计值得90%90% 锚杆锚杆拉力试验不是检验锚杆的安装质量，而是检验该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类围岩能否用锚杆加固加固拉拔设备拉拔设备常用设备为锚杆拉拔计，由空心式千斤顶、压力计量装置常用设备为锚杆拉拔计，由空心式千斤顶、压力计量

5、装置（如压力表）、高压油管、行程计量装置（如千分表）、（如压力表）、高压油管、行程计量装置（如千分表）、加压装置（如加油泵）等构成。加压装置（如加油泵）等构成。测试方法a.对试验锚杆端头做加长处理，以便测试千斤顶安装b.用砂浆将待测锚杆口部抹平，以便支放承压垫板c.根据锚杆种类和试验目的确定拉拔时间d.在锚杆尾部加上垫板，套上中空千斤顶，将锚杆外端与千斤顶内缸固定在一起，并装设位移量测设备与仪器e.手动油压泵加压，读取油压表值，根据活塞面积换算锚杆承受的拉拔力。视需要从千分表读取锚杆尾部的位移，绘制锚杆拉力-位移曲线，供分析研究注意事项a.千斤顶应与锚杆同心，不得偏心张拉b.以10KN/MN的

6、迅速加载c.拉拔到设计拉力即停止加载。如做破坏性试验，可测取锚杆的最大承载力，即检验锚杆施工质量，也为调整设计参数提供依据d.千斤顶应固定牢靠，操作人员要在锚杆的侧面并远离锚杆尾部的位置上加压读书；测位移时停止加压3 3、砂浆锚杆砂浆注满度检测、砂浆锚杆砂浆注满度检测原理：在锚杆尾端发射的超声波脉冲，会以管道波形式沿杆体传播。当波到达锚杆底端反射，在杆体尾端可接收到此反射波。 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

7、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。检测仪器锚固密实度检测主要采用按上述原理开发的锚杆质量无损检测仪。目前国产品种也比较多，速度和检测精度已得到大幅提高，除可进行锚固密实度检测外，还可以检测锚杆长度、锚固位置、锚固缺陷大小及位置等参数。测量方法 进行锚杆锚固密实度检测前，宜进行现场模拟实验，以考核检测单位的无损检测能力与水平，并用检测结果修正现场实测的计算参数。 现场模拟标准锚杆制作应与被检测工程锚杆的施工参数及工艺相同，锚杆锚固的围岩条件也宜大致

8、相似。每种规格的锚杆宜设计一组试验锚杆。对标准锚杆的检测宜在3d、7d、14d、28d龄期时分别进行。现场标准锚杆检测完成后，若条件许可还可采用钻孔取芯等有效手段进行复核。4 4、端锚式锚杆施工质量无损检测、端锚式锚杆施工质量无损检测检测原理检测原理 对于端锚式锚杆，测量锚尾螺母被施加的力矩，可间对于端锚式锚杆，测量锚尾螺母被施加的力矩，可间接确定锚杆的拉拔力接确定锚杆的拉拔力 利用螺母上的力矩来检测锚杆的拉力，必须事先建立利用螺母上的力矩来检测锚杆的拉力，必须事先建立力矩力矩- -锚固力关系，然后据此检测锚杆的锚固质量以及锚杆锚固力关系，然后据此检测锚杆的锚固质量以及锚杆上的预加力上的预加力

9、测量工具 锚杆螺母扭力矩的量测工具为扭力扳手。由力臂、刻度盘、指示杆和套筒组成。 力臂受力变形弯曲，与不受力变形的指示杆之间就出现了角度差，指针在刻度盘上的位置可读出力臂杆转角的大小。通过实验室标定，可建立起力臂转角与力矩的对应关系，便可从刻度盘上直接读出力矩值。检测方法a.将套筒套在待检测锚杆的螺母上，并将扭力扳手主体与套筒联接。b.左手轻按扭力扳手套筒端，右手扳动手柄，同时读取扭力矩的最大读数，并作记录。c.根据扭力矩和锚杆拉力之间的对应关系，确定锚杆的拉力。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

10、，此外喷层本身的抗冲能阻止不稳块体的塌滑。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、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。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。2 2、质量检验指标 喷射混凝土是指将泥、砂、碎、外加剂和水按一定配合比和水灰比拌合而成的混合物

11、，以压缩空气为主要动力快速喷至岩面形成的人造石材。喷射混凝土强度喷射混凝土抗压强度表示其物理力学性能及耐久性的一个综合指标喷射混凝土的厚度指混凝土喷层至隧道围岩接触界面间的距离喷射混凝土回弹率喷射中弹落下来的混凝土数量与喷射混凝土总数量之比，就是喷射混凝土的回弹率3 3、影响喷射混凝土质量因素、影响喷射混凝土质量因素影响喷射混凝土强度因素a.原材料的质量，包括：水泥的强度、安定性、凝结时间；砂的细度模数、含水率、含泥量及石子颗粒级配、最大粒径等；酸性水、有杂质的污水不得使用；速凝剂与水泥的相容性及水泥净浆的凝结效果b.施工作业质量，包括：按设计的配合比准确称量搅拌喷射前必须冲洗岩面，喷射中药控

12、制好水灰比和喷射距离；喷射后注意洒水养护影响喷射混凝土厚度因素a.爆破效果差隧道断面成形不好，导致超挖处混凝土喷层过厚，而欠挖处喷层又过薄b.回弹率高拱部喷射混凝土的回弹量大，施工操作困难，导致喷层达不到设计厚度。c.施工管理不严没有采取诸如拉线覆喷、埋设标准桩等严格控制喷层厚度的措施，则容易造成厚度不足d.喷射参数喷射的风压、水压、喷头与喷面的距离、喷射角度、喷料的粒径等，影响对喷层厚度的控制。4 4、质量检测方法抗压强度试验1）检查试块的制作方法a.喷大板切割法施工同时，将混凝土喷射在453512cm（可制成6块）或452012cm（可制成3块）的模型内，达到一定强度后加工成101010c

13、m的立方体试块，在标准条件下养护至28d进行试验。b.凿方切割法在具有一定强度的支护上，用凿岩机打密排孔，取出3515混凝土块，加工成101010的立方体试块，在标准条件下养护至28d进行试验。2）检查试块的数量 隧道(两车道隧道)每10延米，至少在拱部和边墙各取一组试样，材料或配合比变更时另取一组，每组至少取3个试块进行抗压强度试验。3）满足以下条件者为合格，否则为不合格。a.同批(指同一配合比)试块的抗压强度平均值，不低于设计强度。b.任意一组试块抗压强度平均值不得低于设计强度的80。c.同批试块为35组时，低于设计强度的试块组数不得多于1组；试块为616组时，不得多于两组；17组以上，不

14、得多于总组数的15。喷射混凝土厚度的检测1）检查方法和数量a.喷层厚度可用凿孔或激光断面仪等方法检查。凿孔检查时，宜在混凝土喷后8h以内，用短钎将孔凿出，发现厚度不够时可及时补喷。如混凝土与围岩粘结紧密，颜色相近而不易分辨时，可用酚酞试液涂沫孔壁，碱性混凝土即呈现红色。b.检查断面数量。每10延米至少检查一个断面，再从拱顶中线起每隔2m凿孔检查一个点。2)合格条件a.每个断面拱、墙分别统计，全部检查孔处喷层厚度应有60以上不小于设计厚度，平均厚度不得小于设计厚度，最小厚度不应小于设计厚度的12。在软弱破碎围岩地段，喷层厚度不应小于设计规定的最小厚度。钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于6cm。b.当

15、发现喷射混凝土表面有裂缝、脱落、露筋、渗漏水情况时，应予修补，凿除重喷或进行整治。喷射混凝土与围岩粘结强度试验1）检查试块的制作方法 a.成型试验法 在模型内放置面积为10cmX10cmX5cm且表面粗糙度近似于实际情况的岩块，用喷射混凝土掩埋。在混凝土达到一定强度后，加工成10cmX10cmX10cm的立方体试块，在标准条件下养护至28d，用劈裂法进行试验。b.直接拉拔法 在围岩表面预先设置带有丝扣和加力板的拉杆，用喷射混凝土将加力板埋人，喷层厚度约10cm，试件面积约30cmX30cm(周围多余的部分应予清除)。经28d养护，进行拉拔试验。2）强度标准 喷射混凝土与岩石的粘结力，级及以上围

16、岩不低于0.8MPa，级围岩不低于0.5MPa。喷射混凝土粉尘、回弹检查1）作为施工工艺，这两项工作应经常进行，用工艺标准来促进质量的提高。2）锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB 50086-2001)规定：回弹率应予以控制，拱部不超过25，边墙不超过15。应尽量采用经过验证的新技术，减少回弹率，回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。3）测定方法：按标准操作喷射0.51.0m3的混凝土，在长度3.0m的侧壁或拱部10cm厚的喷层，用铺在地面上的彩条塑料布或钢板收集回弹物后称重换算体积，其与喷出混凝土体积比即回弹率4）减少粉尘和回弹的措施a.严格控制喷射机工作风压； b.合理选择喷射混凝土配合比；适当

17、减小最大骨料的粒径；使砂石料具有一定的含水率，呈现潮湿状；c.掌握好喷头处的用水量，提高喷射作业操作熟练程度和技术水平；d.采用湿喷工艺，添加外加剂；e.采用双水环喷头；f.应保持喷射机密封板的平整，不漏风，并调节好密封板的压力，松紧适宜；g.应加强喷射的照明、通风；5.施工质量评判匀质性 喷射混凝土强度的匀质性，可用现场28d龄期同批n组试块抗压强度的标准差Sn和变异系数Vn表示。 因为喷射混凝土由非匀质材料组成，在施工中影响混凝土强度的因素较多，故强度离散性较大。根据国内喷射混凝土施工状况，并参考国内外现浇混凝土的强度判别指标，将喷射混凝土施工质量判别条件列于表42。抗压强度 同批试件组数

18、n10时，试件抗压强度平均值不低于设计值；任一组试件抗压强度不低于085设计值。 同批试件组数n10时，试件抗压强度平均值不低于1.05设计值；任一组试件抗压强度不低于0.9设计值。 公路工程质量检验评定标准(JTGF 80-2004)规定：实测项目中，喷射混凝土抗压强度评为合格时得满分；不合格时得零分，且相应分项工程为不合格。三、钢筋网1、钢筋网作用原理与喷射混凝土联合使用具有增强喷射混凝土强度作用和阻止喷射混凝土开裂的作用。2、原材料检查 钢筋材质、规格、尺寸应符合设计要求，钢筋进场时必须对其质量指标进行全面检查，并按批抽取试件做屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯试验，其质量要符合设计要求。

19、3、加工质量检查 钢筋网片应按设计及规范规定的规格、型号及网片尺寸，网格间距进行加工。 加工前应先将钢筋表面的油渍、漆污、水泥浆和用锤敲击能剥落的浮皮、铁锈等均清除干净 网格允许偏差10mm，每50检查2个网眼 4、铺设质量检查外观钢筋网片在设计段落随初喷面起伏铺设，搭接长度12个网格。若为双层钢筋网时，第一层被混凝土覆盖后再进行第二层的铺设钢筋保护层厚度钢筋与受喷岩面之间的间隙或混凝土保护层厚度厚度不应大于30mm，每20延米凿孔检查10个点；临空一侧混凝土厚度不小于10mm，每20延米凿孔检查5个点。钢筋网长、宽钢筋网长宽符合设计要求，其允许偏差为10mm。四、钢支撑施工质量检测1、钢支撑

20、的形式根据钢材种类的不同，目前我国公路隧道施工中常用的钢支撑可分类如下：2、施工质量检测加工质量检测a.加工尺寸应符合设计要求。b.强度和刚度必须具备足够的强度和刚度。如果地质条件复杂，钢架用量较大，应对钢架的强度和刚度进行抽检，将一定数量的钢架样品放到试验台上进行加载试验，建立荷载与变形的关系，分析计算钢架的强度与刚度。c.焊接焊接质量是加工质量的重要组成部分，对于钢格栅焊接尤其重要。检测时，要注意是否有假焊，焊缝长度、深度是否符合要求。安装质量检测a.安装尺寸。测量钢支撑的安装间距，误差不应超过设计值5cm。量测钢架拱顶的标高，不得侵入二次衬砌空间5cm。b.倾斜度。钢架在平面上应垂直于隧

21、道中线，在纵断面上其倾斜度不得大于2。在平面上检测可用直角尺，在纵断面上检测可用坡度规。c.连接与固定。钢架之间必须用纵向钢筋连接，架脚必须放在牢固的基础上。钢架应尽量靠近围岩，当钢架与围岩之间的间隙过大时应设垫块。五、地质雷达法探测初期支护背部空洞 地质雷达法已广泛应用于检测支护(衬砌)厚度、背部的回填密实度、内部钢架、钢筋等分布情况。1 1、地质雷达法的原理地质雷达法的原理 地质雷达法是一种用于确定地下介质分布的光谱(1MHz1GHz)电磁技术。地质雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。可根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断

22、介质的结构。其原理见图4-5。 雷达天线可沿所测测线连续滑动，所测的每个测点的时间曲线可以汇成时间剖面图像。多个测点资料汇成的时间剖面，各测点接收到的同一反射面的反射波汇面一定图像，就能直观地反映出各种不同的反射面。时间剖面图像是探地雷达成果的基本图件，其横坐标为测点位置，纵坐标为雷达波反射走时，可以用黑白波型图像(波形图变面积黑白显示)、黑白灰度显示、彩色色块显示等形式。可用专用分析软件对所测图像进行分析。 地质雷达探测系统由地质雷达主机、天线、便携式计算机、数据采集软件、数据分析处理软件等组成。 地质雷达主机具有点测与连续测量功能；具有手动或自动位置标记功能；具有现场数据处理功能。 地质雷

23、达天线可采用不同频率的天线组合，技术指标应符合以下要求：具有屏蔽功能；最大探测深度大于2m；垂直分辨率应高于2cm。测线布置a.施工过程检测，纵向布线在拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布1条；横向布线线距8-12m，采用点测时每断面不小于6个点。b.竣工验收检测，纵向布线位置在拱顶、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。c.三车道隧道应在隧道拱顶部位增加2条测线。d.测线每510m应有一里程标记。介质参数标定a.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，且每座隧道应不少于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水量变化较大时，应适当增加标定点数。b.标定方法：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。求取参数时应具备以下条件：标定目标体的厚度一般不小于15cm，且厚度已知；标定