隧道质量控制技术版2

southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity隧道质量控制技术仇文革教授2010年01月隧道施工质量控制技术三阶段质量控制隧道施工质量控制是一个过程，即从隧道结构“孕育”、“成长”的各个阶段都要进行控制，通过试验、检测等技术，提出相应的控制指标、方法以及检测技术。施工质量控制包括事前控制、事中控制和事后控制三个阶段，三阶段控制构成了质量控制的系统控制过程。事前控制事前控制要求预先进行编制周密的质量计划。尤其是工程项目施工阶段，制订质量计划或编制施工组织设计或施工项目管理实施规划，都必须建立在切实可行、有效实现预斯质量目标的基础上，作为一种行动方案施工部署。事前控制主要包括强调质量目标的计划预控和按质量计划进行质量活动前的准备工作状态的控制。事中控制事中控制首先是对质量活动的行为约束，即对质量产生过程各荐技术作业活动操作者在相关制度管理下的自我行为约束的同时，充分发挥其技术能力，去完成预定质量目标的作业任务；其次是参建各方对质量活动过程和结果的监督控制，这里包括来自企业内部管理者的检查检验和来自企业外部的工程监理和政府质量监督部门等的监控。事后控制事后控制包括对质量活动结果的评价认定和对质量偏差的纠正。人理论上分析，如果计划控制过程所制订的行动方案考虑得越周密，事中约束监控的能力越强、越严格，实现质量预期目标的可能性就越大。理想的状况就是希望做到各项作业活动“一次成功”、“一次交验合格率100%”。由于系统因素和偶然因素的存在，因此当出现质量实际值与目标值之间超出允许偏差时，必须分析原因，采取措施纠正偏差，保持项目质量始终处于受控状态。

施工质量过程控制（也称工后控制）。目前的质量控制大多是“重二衬，轻初支”，实际上隧道初期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控制。施工质量过程控制主要包括开挖断面、锚杆质量（长度及砂浆饱和度）、钢拱架或格栅钢架、喷混凝土质量（强度、厚度及背后缺陷）、防水层施工质量、二次衬砌混凝土质量（强度、厚度及背后缺陷）、隧道衬砌裂纹等的实时控制。1原材料对于隧道工程中所要用到的所有材料（水泥、砂、石、钢材、防水板、外加剂等），在施工前均需按要求进行试验，确保合格之后才能使用。对施工过程中将要用到的喷混凝土配合比、二次衬砌混凝土配合比及砂浆的配合比等，均要以工程中将要采用的各种材料为基础进行各种配合比设计，以确保混凝土及砂浆的强度满足要求。2隧道开挖断面（1）控制超欠挖表12-1隧道允许超挖值（cm）围岩级别开挖部位ⅠⅡ～ⅣⅤ、Ⅵ拱部线性超挖101510最大超挖152515边墙线性超挖101010仰拱、隧底线性超挖10最大超挖25《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》TZ214——2005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衬砌（每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm）。拱脚和墙脚以上1m范围内严禁欠挖。在控制超欠挖技术的研究中，首先应改变观念，即必需改变“宁超勿欠”的传统观点，树立“少欠少超”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16％的欠挖。即在开挖断面上取100个点，有不超过16个点的超挖就可以了。这样就可以避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（TB10204—2002）规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌，侵入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm。对喷锚衬砌应不大于5cm。实际施工中，周边孔开口位置e有三种情况，其出现机率和差值大小则主要决定于钻孔水平。第1种情况（a）不影响超欠挖；在（b）的情况时，将使超挖增加一个e值，而第3种情况，将使超挖减小一个e值，但出现欠挖。因而，钻孔时先定位，后钻进，并在掌子面上完整醒目地标出周边孔位线，把e控制在较小范围内（约在3cm）是可能的。对隧道在各各施工阶段段的净空尺尺寸（横断断面净空及及超欠挖））采用激光光断面仪（（如国产BJSD-2型隧道限界界检测仪，，见图）或或全站仪进进行检测。。通过激光光断面仪对对隧道各施施工阶段净净空尺寸的的检测、数数据处理，，可以评价价隧道开挖挖质量、取取代收敛量量测以及对对地质雷达达检测喷混混凝土厚度度时进行波波速标定和和厚度修正正等。（2）激光断面面仪检测①开挖质量量在隧道开挖挖后，将激激光断面仪仪架设在检检测横断面面上对开挖挖轮廓进行行检测，对对实测数据据进行分析析处理，得得出隧道开开挖轮廓断断面，与设设计的开挖挖线相比较较，可评价价隧道开挖挖的超欠挖挖情况，对对隧道的开开挖质量进进行评价，，详见图。。③混凝土厚厚度检测在隧道开挖挖后，用激激光断面仪仪或全站仪仪对开挖断断面进行测测量，待初初期支护喷喷混凝土完完成后在相相同断面作作初期支护护施作后的的净空断面面进行测量量，利用两两次测量结结果的差值值，可得出出该断面初初期支护喷喷混凝土厚厚度的准确确值（见图图）。若在在二次衬砌砌前后对相相同断面进进行检测，，即可得检检测断面二二次衬砌厚厚度准确值值。⑤隧隧道道净净空空状状况况检检测测检测测中中以以隧隧道道控控制制网网坐坐标标系系统统（（中中线线及及高高程程））为为断断面面轮轮廓廓检检测测的的坐坐标标系系统统，，隧隧道道内内每每间间隔隔一一定定距距离离（（如如20m）设设置置一一个个检检测测断断面面，，每每个个检检测测断断面面上上设设置置一一定定数数量量的的测测点点进进行行检检测测，，对对隧隧道道净净空空状状况况采采用用激激光光断断面面仪仪（（BJSD-2型））方方法法进进行行检检测测。。利用用专专用用处处理理软软件件（（软软件件界界面面见见图图4-25）对对实实测测数数据据进进行行分分析析处处理理，，得得出出隧隧道道横横断断面面数数据据（（详详见见图图4-23）。。同同时时，，以以设设计计断断面面为为标标准准曲曲线线，，通通过过与与实实测测断断面面轮轮廓廓数数据据的的比比较较，，确确定定隧隧道道衬衬砌砌净净空空断断面面是是否否满满足足设设计计要要求求（（见见图图4-26）。。图4-25BJSD-2型隧隧道道限限界界检检测测仪仪专用用软软件件界界面面图4-26二衬衬后后断断面面检检测测结结果果图图（2）锚锚杆杆质质量量锚杆杆是是将将破破碎碎或或不不稳稳定定岩岩体体(块)与牢牢固固稳稳定定的的岩岩体体连连结结在在一一起起以以提提高高整整体体稳稳定定性性的的一一种种支支护护措措施施。。当当锚锚杆杆发发挥挥作作用用时时，，锚锚杆杆不不同同部部段段的的功功能能各各不不相相同同。。锚锚杆杆内内端端处处于于牢牢固固稳稳定定岩岩体体的的部部段段，，其其锚锚固固力力主主要要起起着着固固定定锚锚杆杆的的作作用用；；而而锚锚杆杆外外端端处处于于破破碎碎或或不不稳稳定定岩岩体体的的部部段段，，其其锚锚固固力力主主要要起起着着将将该该段段岩岩体体(块)与锚锚杆杆连连结结在在一一起起的的作作用用（（见见图图4-27）。。要要让让锚锚杆杆能能发发挥挥设设计计的的效效果果，，除除保保证证锚锚杆杆的的长长度度满满足足设设计计要要求求外外，，还还要要使使各各段段都都能能均均匀匀而而有有效效地地与与岩岩体体锚锚固固在在一一起起。。除除此此之之外外，，对对锚锚杆杆质质量量影影响响较较大大的的因因素素还还有有砂砂浆浆的的强强度度，，得得有有足足够够的的裹裹握握力力才才能能保保证证锚锚杆杆的的质质量量。。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图4-27理想想锚锚杆杆受受力力示示意意图图锚杆杆长长度度及及注注浆浆饱饱和和度度均均采采用用应应力力反反射射波波法法检检测测，，现现已已有有专专用用的的锚锚杆杆质质量量检检测测仪仪，，见见图图4-28。图4-28JL－MG锚杆杆质质量量检检测测仪仪②锚杆杆长长度度应力力反反射射波波法法是是一一种种无无损损检检测测方方法法，，该该方方法法的的基基本本理理论论依依据据为为一一维维杆杆件件的的弹弹性性应应力力波波反反射射理理论论。。在在锚锚杆杆顶顶部部激激发发弹弹性性应应力力波波，，当当弹弹性性应应力力波波传传播播到到锚锚杆杆底底部部时时由由于于锚锚杆杆和和锚锚杆杆底底部部的的岩岩石石存存在在波波阻阻抗抗差差异异，，将将产产生生反反射射波波回回到到锚锚杆杆顶顶。。根根据据反反射射波波的的走走时时和和锚锚杆杆中中的的应应力力波波传传播播速速度度就就可可以以用用(3)式求求出出锚锚杆杆长长度度L，锚锚杆杆中中的的应应力力波波传传播播速速度度可可在在现现场场已已知知长长度度的的锚锚杆杆上上进进行行标标定定。。③注注浆浆饱饱和和度度注浆浆饱饱和和度度检检测测通通过过测测定定锚锚杆杆不不同同方方位位，，不不同同距距离离应应力力波波的的阻阻尼尼情情况况，，即即锚锚杆杆与与围围岩岩的的耦耦合合情情况况来来判判断断注注浆浆饱饱和和度度。。由由应应力力波波在在介介质质中中的的传传播播特特性性可可知知：：应应力力波波在在坚坚硬硬完完整整的的介介质质中中传传播播速速度度大大，，衰衰减减速速度度快快，，而而在在松松散散及及不不完完整整介介质质中中应应力力波波的的传传播播速速度度小小，，衰衰减减速速度度慢慢。。利用用应应力力波波这这一一传传播播特特性性来来判判断断注注浆浆饱饱和和度度情情况况，，对对于于注注浆浆饱饱满满的的，，砂砂浆浆和和岩岩石石的的耦耦合合性性好好，，可可看看成成完完整整的的介介质质，，因因此此应应力力波波的的波波形形规规则则衰衰减减快快，，近近于于指指数数衰衰减减；；对对于于注注浆浆饱饱满满程程度度差差的的则则砂砂浆浆和和岩岩石石间间的的耦耦合合性性差差，，可可看看成成松松散散不不完完整整的的介介质质，，应应力力波波的的波波形形杂杂乱乱、、衰衰减减慢慢。。根根据据不不同同方方向向、、不不同同部部位位击击震震的的应应力力波波衰衰减减曲曲线线就就可可以以对对注注浆浆饱饱和和度度作作出出判判断断。。(a)全长长树树脂脂锚锚杆杆锚锚固固段段长长度度为为0.77m实测测波波形形图图(b)树脂脂端端锚锚锚锚杆杆的的实实测测波波形形图图图12-34锚杆杆长长度度及及注注浆浆饱饱和和度度检检测测波波形形图图④砂砂浆浆强强度度在砂砂浆浆锚锚杆杆的的长长度度及及灌灌浆浆饱饱和和度度均均达达到到要要求求后后，，并并不不能能说说明明锚锚杆杆的的质质量量完完全全达达到到了了要要求求。。从从锚锚杆杆的的支支护护性性能能可可知知，，它它是是受受砂砂浆浆的的裹裹握握并并通通过过砂砂浆浆与与围围岩岩这这间间发发生生作作用用的的，，若若砂砂浆浆的的强强度度达达不不到到要要求求。。为为了了全全面面评评价价锚锚杆杆的的质质量量，，有有必必要要对对砂砂浆浆（（抗抗压压、、抗抗剪剪））强强度度进进行行检检测测。。A、抗抗压压强强度度采用用传传统统的的试试验验方方法法，，在在施施作作锚锚杆杆时时同同期期制制作作试试件件，，对对试试件件进进行行抗抗压压试试验验，，得得出出砂砂浆浆的的抗抗压压强强度度。。B、剪剪切切强强度度由锚锚杆杆的的支支护护机机理理可可知知，，在在联联结结锚锚杆杆与与岩岩体体中中砂砂浆浆主主要要受受剪剪力力的的作作用用。。从从而而，，砂砂浆浆的的剪剪切切直直接接影影响响到到锚锚杆杆的的质质量量。。由于于围围岩岩存存在在差差异异，，在在不不同同的的联联结结体体上上，，砂砂浆浆与与围围岩岩间间的的剪剪切切力力有有所所不不同同。。为为了了真真实实反反映映锚锚杆杆实实际际工工作作时时砂砂浆浆与与围围岩岩（（锚锚杆杆洞洞壁壁））间间的的剪剪切切力力，，可可进进行行原原位位试试验验。。将将施施作作好好的的锚锚杆杆与与周周围围的的围围岩岩一一同同取取出出，，采采用用特特制制的的试试验验设设备备对对其其进进行行抗抗剪剪试试验验，，得得出出砂砂浆浆与与围围岩岩间间的的剪剪切切力力，，并并对对其其进进行行评评价价。。⑤锚杆抗抗拔试验验锚杆抗拔拔力通过过拉拔试试验进行行检测。。拉拔试试验检测测方法是是一种传传统的锚锚杆锚固固质量检检测方法法。进行行拉拔试试验时,将液压千千斤顶放放在托板板和螺母母之间,拧紧螺母母,施加一定定的预应应力,然后用手手动液压压泵加压压,同时记录录液压表表和位移移计上的的对应读读数,当压力或或者位移移读数达达到预定定值时,或者当压压力计读读数下降降而位移移计读数数迅速增增大时,停止加压压。测试试后,整理出锚锚杆的位位移-荷载曲线线,进而分析析出试验验锚杆的的抗拔力力大小。。试验时时锚杆的的受力状状态见图图12-35。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图12-35抗拔试验验时锚杆杆的受力力示意图图⑥锚杆检检测结果果评定试验证明明：对于于高强螺螺纹锚杆杆，当锚锚固长度度达到锚锚杆直径径的42倍时，握握裹力不不再随锚锚杆长度度的增加加而增加加。高速铁路路隧道锚锚杆的长长与直径径比达到到几百倍倍，而且且从图1、2可知，锚锚杆拔抗抗试验与与实际锚锚杆的受受力状态态有很大大不同，，得出锚锚杆抗拔拔力与锚锚杆质量量没有必必然的相相关性，，若仅采采用抗拔拔试验，，可能导导致将不不合格锚锚杆依其其抗拔力力评定成成合格锚锚杆。所所以，对对锚杆进进行检测测时，要要采用声声频应力力波法对对锚杆的的锚固质质量进行行无损检检测，再再配合抗抗拔力试试验进行行综合分分析，可可对锚杆杆的锚固固质量作作出较全全面的评评价。4喷混凝土土质量检检测喷射混凝凝土能及及时封闭闭围岩暴暴露面，，有效地地隔绝水水和空气气；部分分混凝土土浆液渗渗入张开开的裂隙隙或节理理中起胶胶结和加加固围岩岩的作用用；能向向围岩提提供支护护抗力(径向力)，使围岩岩由二向向受力变变为三向向受力状状态，从从而提高高了围岩岩强度。。评价喷混混凝土的的质量，，主要是是指标：：喷混凝凝土强度度（包括括早期强强度和晚晚期强度度）、厚厚度、密密实度及及背后缺缺陷。喷射混凝凝土强度度在一定定范围内内离散分分布，正正常情况况其分布布规律符符合正态态分布曲曲线，喷喷射混凝凝土强度度检验准准则是根根据平均均强度和和变异系系数综合合控制。。因此对对喷射混混凝土的的质量控控制不但但要控制制平均强强度，同同时还必必须控制制变异系系数。由由于湿喷喷工艺能能够对水水灰比进进行准确确控制，，因此强强度变异异系数小小，喷层层结构可可靠性高高。而干干喷工艺艺据欧洲洲规范（（EFNARC）7.3表述：““对于干干喷工艺艺难于预预设水灰灰比。实实际水灰灰比一般般在0.35~0.5的范围内内波动。。经估算算，相应应强度波波动可达达15MPa以上”。。根据中中铁西南南院大量量试验数数据表明明：湿喷喷混凝土土强度变变异系数数可控制制在10%左右，达达到国标标优质标标准。混凝土强强度分布布规律①喷混凝凝土强度度根据喷混混凝土强强度表面面特征，，宜采用用气压射射钉枪（（见图4-30、31）无损检检测方法法进行检检测。气气压射钉钉枪检测测喷混凝凝土强度度是在恒恒定空气气压力下下将经过过特殊标标定的射射钉打入入喷混凝凝土内，，由其射射入深度度推算其其强度(深度与强强度的关关系由实实验标定定)。图4-30气压射钉钉枪图4-31气压射钉钉枪强度度测试系系统②喷混凝凝土厚度度、密实实度及背背后缺陷陷喷混凝土土厚度、、密实度度及背后后衬砌缺缺陷均可可采用地地质雷达达（见图图4-34、35）进行检检测。根根据喷混混凝土厚厚度，采采用地质质雷达对对喷混凝凝土进行行检测前前要解决决的问题题：天线线频率的的选择、、雷达波波在喷混混凝土中中的波速速标定。。根据喷喷混凝土土厚度，，选用1000MHz或更大频频率的天天线可以以得到效效果较好好的检测测结果；；对于波波速标定定，采用用激光断断面仪通通过断面面检测得得出喷混混凝土厚厚度来得得到。图4-34图4-35喷混凝土土强度与与射钉贯贯入深度度的关系系曲线强度差值值d频数直方方图5格栅或型型钢拱架架数量检检测在隧道中中所使用用格栅或或型钢拱拱架数量量，也是是隧道初初期支护护质量控控制中所所关心的的问题。。喷混凝凝土中存存在格栅栅或型钢钢拱架支支撑时，，地质雷雷达剖面面图中信信号会有有变化，，可通过过这些信信号的变变化读出出隧道施施工时所所使用的的格栅或或型钢拱拱架支撑撑数量。。钢材质质量（包包括锚杆杆）及加加工质量量可于施施作前抽抽检来进进行控制制。呈倒W形的格栅拱架格栅拱架架检测图图型钢拱架架检测图图（6）二次衬衬砌检测测①二次衬衬砌混凝凝土强度度检测对二次衬衬砌混凝凝土强度度检测采采用超声声回弹综综合法结结合少量量的钻芯芯取样进进行检测测。A、超声回回弹检测测图4-38αα-5000型混凝土土数显回回弹仪图4-39乐陵机械械回弹仪仪图4-40NM—4A型超声波波检测仪仪图4-41瑞士产TICO型超声波波检测仪