隧道质量控制技术讲稿

southwestjIaotongunIversIty隧道质量控制技术xx教授xx博士xx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。对隧道在各施工阶阶段的净空尺寸（（横断面净空及超超欠挖）采用激光光断面仪（如国产产BJSD-2型型隧道限界检测仪仪，见图）或全站站仪进行检测。通通过激光断面仪对对隧道各施工阶段段净空尺寸的检测测、数据处理，可可以评价隧道开挖挖质量、取代收敛敛量测以及对地质质雷达检测喷混凝凝土厚度时进行波波速标定和厚度修修正等。（2）激光断面仪仪检测①开挖质量在隧道开挖后，将将激光断面仪架设设在检测横断面上上对开挖轮廓进行行检测，对实测数数据进行分析处理理，得出隧道开挖挖轮廓断面，与设设计的开挖线相比比较，可评价隧道道开挖的超欠挖情情况，对隧道的开开挖质量进行评价价，详见图。③混凝土厚度检测测在隧道开挖后，用用激光断面仪或全全站仪对开挖断面面进行测量，待初初期支护喷混凝土土完成后在相同断断面作初期支护施施作后的净空断面面进行测量，利用用两次测量结果的的差值，可得出该该断面初期支护喷喷混凝土厚度的准准确值（见图）。。若在二次衬砌前前后对相同断面进进行检测，即可得得检测断面二次衬衬砌厚度准确值。。⑤隧道净空状况检检测检测中以隧道控制制网坐标系统（中中线及高程）为断断面轮廓检测的坐坐标系统，隧道内内每间隔一定距离离（如20m）设设置一个检测断面面，每个检测断面面上设置一定数量量的测点进行检测测，对隧道净空状状况采用激光断面面仪（BJSD-2型）方法进行行检测。利用专用处处理软件（（软件界面面见图4-25）对对实测数据据进行分析析处理，得得出隧道横横断面数据据（详见图图4-23）。同时时，以设计计断面为标标准曲线，，通过与实实测断面轮轮廓数据的的比较，确确定隧道衬衬砌净空断断面是否满满足设计要要求（见图图4-26）。图4-25BJSD-2型隧道限限界检测仪仪专用软件界界面图4-26二衬衬后断面检检测结果图图（2）锚杆杆质量锚杆是将破破碎或不稳稳定岩体(块)与牢牢固稳定的的岩体连结结在一起以以提高整体体稳定性的的一种支护护措施。当当锚杆发挥挥作用时，，锚杆不同同部段的功功能各不相相同。锚杆杆内端处于于牢固稳定定岩体的部部段，其锚锚固力主要要起着固定定锚杆的作作用；而锚锚杆外端处处于破碎或或不稳定岩岩体的部段段，其锚固固力主要起起着将该段段岩体(块块)与锚锚杆连结在在一起的作作用（见图图4-27）。要让让锚杆能发发挥设计的的效果，除除保证锚杆杆的长度满满足设计要要求外，还还要使各段段都能均匀匀而有效地地与岩体锚锚固在一起起。除此之之外，对锚锚杆质量影影响较大的的因素还有有砂浆的强强度，得有有足够的裹裹握力才能能保证锚杆杆的质量。。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图4-27理想锚锚杆受力示示意图锚杆长度及及注浆饱和和度均采用用应力反射射波法检测测，现已有有专用的锚锚杆质量检检测仪，见见图4-28。图4-28JL－MG锚锚杆质量检检测仪②锚杆长度度应力反射波波法是一种种无损检测测方法，该该方法的基基本理论依依据为一维维杆件的弹弹性应力波波反射理论论。在锚杆杆顶部激发发弹性应力力波，当弹弹性应力波波传播到锚锚杆底部时时由于锚杆杆和锚杆底底部的岩石石存在波阻阻抗差异，，将产生反反射波回到到锚杆顶。。根据反射射波的走时时和锚杆中中的应力波波传播速度度就可以用用(3)式式求出锚杆杆长度L，，锚杆杆中的应力力波传播速速度可在现现场已知长长度的锚杆杆上进行标标定。③注浆饱和和度注浆饱和度度检测通过过测定锚杆杆不同方位位，不同距距离应力波波的阻尼情情况，即锚锚杆与围岩岩的耦合情情况来判断断注浆饱和和度。由应应力波在介介质中的传传播特性可可知：应力力波在坚硬硬完整的介介质中传播播速度大，，衰减速度度快，而在在松散及不不完整介质质中应力波波的传播速速度小，衰衰减速度慢慢。利用应力波波这一传播播特性来判判断注浆饱饱和度情况况，对于注注浆饱满的的，砂浆和和岩石的耦耦合性好，，可看成完完整的介质质，因此应应力波的波波形规则衰衰减快，近近于指数衰衰减；对于于注浆饱满满程度差的的则砂浆和和岩石间的的耦合性差差，可看看成松散不不完整的介介质，应力力波的波形形杂乱、衰衰减慢。根根据不同方方向、不同同部位击震震的应力波波衰减曲线线就可以对对注浆饱和和度作出判判断。(a)全长长树脂锚杆杆锚固段长长度为0.77m实实测波形图图(b)树脂脂端锚锚杆杆的实测波波形图图12-34锚杆杆长度及注注浆饱和度度检测波形形图④砂浆强度度在砂浆锚杆杆的长度及及灌浆饱和和度均达到到要求后，，并不能说说明锚杆的的质量完全全达到了要要求。从锚锚杆的支护护性能可知知，它是受受砂浆的裹裹握并通过过砂浆与围围岩这间发发生作用的的，若砂浆浆的强度达达不到要求求。为了全全面评价锚锚杆的质量量，有必要要对砂浆（（抗压、抗抗剪）强度度进行检测测。A、抗压强强度采用传统的的试验方法法，在施作作锚杆时同同期制作试试件，对试试件进行抗抗压试验，，得出砂浆浆的抗压强强度。B、剪切强强度由锚杆的支支护机理可可知，在联联结锚杆与与岩体中砂砂浆主要受受剪力的作作用。从而而，砂浆的的剪切直接接影响到锚锚杆的质量量。由于围岩存存在差异，，在不同的的联结体上上，砂浆与与围岩间的的剪切力有有所不同。。为了真实实反映锚杆杆实际工作作时砂浆与与围岩（锚锚杆洞壁））间的剪切切力，可进进行原位试试验。将施施作好的锚锚杆与周围围的围岩一一同取出，，采用特制制的试验设设备对其进进行抗剪试试验，得出出砂浆与围围岩间的剪剪切力，并并对其进行行评价。⑤锚杆抗拔拔试验锚杆抗拔力力通过拉拔拔试验进行行检测。拉拉拔试验检检测方法是是一种传统统的锚杆锚锚固质量检检测方法。。进行拉拔拔试验时,将液压千千斤顶放在在托板和螺螺母之间,拧紧螺母母,施加一一定的预应应力,然后后用手动液液压泵加压压,同时记记录液压表表和位移计计上的对应应读数,当当压力或者者位移读数数达到预定定值时,或或者当压力力计读数下下降而位移移计读数迅迅速增大时时,停止加加压。测试试后,整理理出锚杆的的位移-荷荷载曲线,进而分析析出试验锚锚杆的抗拔拔力大小。。试验时锚锚杆的受力力状态见图图12-35。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图12-35抗抗拔试验时时锚杆的受受力示意图图⑥锚杆检测测结果评定定试验证明：：对于高强强螺纹锚杆杆，当锚固固长度达到到锚杆直径径的42倍倍时，握裹裹力不再随随锚杆长度度的增加而而增加。高速铁路隧隧道锚杆的的长与直径径比达到几几百倍，而而且从图1、2可知知，锚杆拔拔抗试验与与实际锚杆杆的受力状状态有很大大不同，得得出锚杆抗抗拔力与锚锚杆质量没没有必然的的相关性，，若仅采用用抗拔试验验，可能导导致将不合合格锚杆依依其抗拔力力评定成合合格锚杆。。所以，对对锚杆进行行检测时，，要采用声声频应力波波法对锚杆杆的锚固质质量进行无无损检测，，再配合抗抗拔力试验验进行综合合分析，可可对锚杆的的锚固质量量作出较全全面的评价价。4喷混凝凝土质量检检测喷射混凝土土能及时封封闭围岩暴暴露面，有有效地隔绝绝水和空气气；部分混混凝土浆液液渗入张开开的裂隙或或节理中起起胶结和加加固围岩的的作用；能能向围岩提提供支护抗抗力(径向向力)，使使围岩由二二向受力变变为三向受受力状态，，从而提高高了围岩强强度。评价喷混凝凝土的质量量，主要是是指标：喷喷混凝土强强度（包括括早期强度度和晚期强强度）、厚厚度、密实实度及背后后缺陷。喷射混凝土土强度在一一定范围内内离散分布布，正常情情况其分布布规律符合合正态分布布曲线，喷喷射混凝土土强度检验验准则是根根据平均强强度和变异异系数综合合控制。因因此对喷射射混凝土的的质量控制制不但要控控制平均强强度，同时时还必须控控制变异系系数。由于于湿喷工艺艺能够对水水灰比进行行准确控制制，因此强强度变异系系数小，喷喷层结构可可靠性高。。而干喷工工艺据欧洲洲规范（EFNARC）7.3表述：：“对于干干喷工艺难难于预设水水灰比。实实际水灰比比一般在0.35~0.5的的范围内波波动。经估估算，相应应强度波动动可达15MPa以以上”。根根据中铁西西南院大量量试验数据据表明：湿湿喷混凝土土强度变异异系数可控控制在10%左右，，达到国标标优质标准准。混凝土强度度分布规律律①喷混凝土土强度根据喷混凝凝土强度表表面特征，，宜采用气气压射钉枪枪（见图4-30、、31）无无损检测方方法进行检检测。气压压射钉枪检检测喷混凝凝土强度是是在恒定空空气压力下下将经过特特殊标定的的射钉打入入喷混凝土土内，由其其射入深度度推算其强强度(深度度与强度的的关系由实实验标定)。图4-30气压压射钉枪图4-31气压压射钉枪强强度测试系系统②喷混凝土土厚度、密密实度及背背后缺陷喷混凝土厚厚度、密实实度及背后后衬砌缺陷陷均可采用用地质雷达达（见图4-34、、35）进进行检测。。根据喷混混凝土厚度度，采用地地质雷达对对喷混凝土土进行检测测前要解决决的问题：：天线频率率的选择、、雷达波在在喷混凝土土中的波速速标定。根根据喷混凝凝土厚度，，选用1000MHz或更大大频率的天天线可以得得到效果较较好的检测测结果；对对于波速标标定，采用用激光断面面仪通过断断面检测得得出喷混凝凝土厚度来来得到。图4-34图4-35喷混凝土强强度与射钉钉贯入深度度的关系曲曲线强度差值d频数直方方图5格栅或或型钢拱架架数量检测测在隧道中所所使用格栅栅或型钢拱拱架数量，，也是隧道道初期支护护质量控制制中所关心心的问题。。喷混凝土土中存在格格栅或型钢钢拱架支撑撑时，地质质雷达剖面面图中信号号会有变化化，可通过过这些信号号的变化读读出隧道施施工时所使使用的格栅栅或型钢拱拱架支撑数数量。钢材材质量（包包括锚杆））及加工质质量可于施施作前抽检检来进行控控制。呈倒W形的格栅拱架格栅拱架检检测图型钢拱架检检测图（6）二次次衬砌检测测①二次衬砌砌混凝土强强度检测对二次衬砌砌混凝土强强度检测采采用超声回回弹综合法法结合少量量的钻芯取取样进行检检测。A、超声回回弹检测图4-38α-5000型混凝土土数显回弹弹仪图4-39乐陵陵机械回弹弹仪图4-40NM——4A型超超声波检测测仪图4-41瑞士士产TICO型超声声波检测仪仪B、钻取芯芯样检测钻芯取样为为局部检测测，主要用用于修正超超声回弹所所得混凝土土的强度。。芯样钻取取位置必须须在超声回回弹检测的的内，在现现场采用钻钻机（如：：ZKJ—200型型金刚石钻钻机，见图图4-42）钻取芯芯样（芯样样直径：φ100或φ150）后后，在室内内进行芯样样试件制作作并养护后后采用压力力试验机（（NYL—60型，，见图4-43）对对芯样试件件进行抗压压强度试验验，得出衬衬砌混凝土土芯样强度度值。图4-42图4-43②二次衬砌砌混凝土厚