隧道工程质量控制要点

隧道工程质量控制要点第一页，共77页。城市隧道第二页，共77页。宜万铁路第一长隧

（全长13.833Km，全线I级风险隧道复杂岩溶隧道，采用钻爆法作业）第三页，共77页。第四页，共77页。一、目前隧道施工中常见的质量问题（包括过程控制工作质量）（一）超前地质预测预报质量不达标（手段单一、过程管理存在盲区、判释失误等），将严重影响预处理措施和衬砌结构体系合理性，潜伏安全隐患；（二）开挖前的预处理质量（包括超前预支护和不良与特殊地质处治）及效果检验控制不达标，势必将给开挖及开挖后带来严重安全隐患；（三）初支钢架安装质量（接头连接、垂直度以及间距等）不达标；第五页，共77页。（四）光爆质量不达标，衬砌背后空洞没有杜绝，背后回填质量不满足设计及验标规定；（五）衬砌厚度不满足设计的情况较为普遍，严重削弱了衬砌自身的承载能力；（六）施工管理失当，造成衬砌开裂；（七）砼强度离散性大，甚至强度不足，尤其是喷射砼；第六页，共77页。（八）富水地段的衬砌渗水严重；（九）基底处理不当，在振动荷载作用下，出现翻浆冒泥。（十）对围岩量测不重视，量测质量不达标的现象较为突出（将难以及时掌控围岩和支护结构的稳定动态，导致丧失处理大变形甚至结构失稳的良机）。第七页，共77页。

超前地质预报不到位导致隧道突水突泥第八页，共77页。超前地质预报和预处治措施不到位导致隧道瓦斯爆炸第九页，共77页。超前支护和初期支护不到位导致隧道掌子面及侧壁坍方第十页，共77页。钢架安装质量、喷射砼厚度不足，导致初支被压溃后隧道掌子面形成坍方涌泥第十一页，共77页。初支钢拱架连接质量不达标，在薄弱部位开裂第十二页，共77页。围岩量测不到位，使得横撑补强不及时，导致弯曲第十三页，共77页。超前地质预报未实施和围岩量测不到位，致使错过了处理洞口坍塌的时机第十四页，共77页。

隧道初支喷射砼强度（尤其是干喷）不达标第十五页，共77页。光爆质量不重视、衬砌背后存在空洞第十六页，共77页。

衬砌背后空洞坍塌造成落石第十七页，共77页。衬砌空洞造成弯曲挤压破坏第十八页，共77页。衬砌背后脱空导致初支破坏第十九页，共77页。假喷混凝土违规用碎石回填第二十页，共77页。施工管理失当（如过早通行、爆破等）引起衬砌开裂第二十一页，共77页。衬砌渗水第二十二页，共77页。洞口支护措施不及时、质量不达标导致滑坡第二十三页，共77页。二、隧道工程的施工质量控制特点和要点第二十四页，共77页。（一）对隧道工程施工特点的基本认识

1、施工环境恶劣（特殊）

围岩条件：复杂、多变，不可预见因素多；作业空间：有限，地下水、通风、燥声、采光问题众多。

2、作业特点生产线多，专业多，综合性强；隐蔽性大；循环性大；风险高，对作业管理人员的应变能力要求极高；实施动态管理。第二十五页，共77页。（二）对隧道工程质量控制特点的理解1、充分认识和彻底领悟隧道工程质量的极端重要性（事关施工安全）；2、环境影响大，要注意规避不良环境的影响，尤其是地下水、瓦斯等；3、隐蔽工程多，验收和旁站工作量大；4、质量检验特殊，要采用“及时检查、及时发现、及时整改”的原则，避免积重难返；第二十六页，共77页。5、认真抓好光爆质量，加大对围岩的保护力度，充分发挥结构与围岩的共同作用：●衬砌结构本身的质量●衬砌结构同围岩紧密贴合第二十七页，共77页。6、衬砌质量控制要努力做到内实外光，内实是基础和关键。其内实(密实)的核心是：●喷射砼密实；●普通砼密实；●喷射砼与围岩紧贴，背后无空洞；●二衬砼与喷射砼密贴，背后无空洞。第二十八页，共77页。（三）隧道开挖控制1、高危地段必须设置钻爆开挖条件（1）对于高压富水、断层破碎带、浅埋、偏压以及瓦斯突出工区等高风险地段，应设置隧道开挖条件（也就是所谓的开挖安全评审）。并经公司、业主或监理审批同意后方可开挖。（2）专项钻爆设计须经相关部门审批后实施。（3）相关应急预案（人员、物资、逃生路线等）已经落实于现场。（4）作业工人的安全专项教育培训业已通过。第二十九页，共77页。2、爆破前的控制（1）炮眼布置是否满足经批准后的钻爆设计要求。（2）开挖工法是否满足钻爆设计要求。（3）预留变形量、测量贯通误差和施工误差是否满足钻爆设计、《验标》要求。（4）采用分部开挖时，应在初期支护喷射混凝土强度达到设计强度的70%及以上时，方可进行下一分部的开挖。第三十页，共77页。3、开挖质量的主要控制指标（1）洞身开挖

中线、高程必须符合设计要求；严格控制欠挖。当围岩完整、石质坚硬时，方允许岩石个别突出部分（每1m2

不大于0.1m2）侵入衬砌，整体式衬砌应小于10cm，其它衬砌不应大于5cm。拱脚和墙脚以上1ｍ内断面严禁欠挖；

光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩应大于等于80%，中硬岩应大于等于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。第三十一页，共77页。（2）隧底开挖开挖轮廓线和底部高程应符合设计要求。隧底范围岩石局部突出每1.0ｍ2内不应大于0.1ｍ2，侵入断面不大于5cm；基础及隧底地质情况或加固处理后应满足设计要求。（3）各工作面布局满足业主和国家部委的相关要求。第三十二页，共77页。光面爆破炮眼残留率硬岩≥80%

中硬岩≥

60%第三十三页，共77页。（四）隧道衬砌质量控制要点1、衬砌质量三个核心要素1）砼（喷砼）强度2）衬砌厚度3）密实性（四点含义）2、防排水系统可靠性因地制宜，注重保护环境。1）注浆效果—排放流量的控制2）排导系统的畅通3、净空和外观质量第三十四页，共77页。1、喷射砼质量控制喷射砼强度控制；喷射砼工艺选择；喷射砼厚度和表面平整度控制；背后密实度控制。第三十五页，共77页。喷砼强度检验问题之一

—取样代表性及方法验标规定的试件制作的主要方法：◆大板切割

45cm×35cm×12cm

试件

10cm×10cm×10cm

k=0.95◆现场钻取k1—现场取样损伤系数，可取0.85k2—圆柱形试件形状系数，当试件尺寸为Φ10×10cm时

k2=1◆无底试模喷射成型

15cm×15cm×15cm

注意：试件成型的喷射方向应予边墙相同；换算系数。以上三种方法制作试件的压试结果，均可作为质量评定的依据。第三十六页，共77页。其他参考方法：◆超声-回弹法◆气压射钉枪法第三十七页，共77页。喷射砼强度指标要求与控制早期强度（1d）必须满足设计要求，每喷射环采用贯入法或拔出法检测。标准龄期强度必须满足设计要求。第三十八页，共77页。喷砼强度检验问题之二

-----匀质性指标强度水平变异性第三十九页，共77页。喷砼强度R检验准则匀质性指标强度要求样本规模,减小K提高匀质性,减小Sn第四十页，共77页。喷射砼工艺浅析

存在的问题

粉尘

回弹

品质管理和质量控制第四十一页，共77页。喷混凝土的不同工艺干喷和湿喷工艺的区别干拌和物成品混凝土成品混凝土压缩空气速凝剂水稀薄流干拌和物稀薄流成品混凝土稠密流成品混凝土速凝剂第四十二页，共77页。相对干喷而言，湿喷砼工艺的主要优势：●可以很好的控制住影响砼强度的主要因素W/C，从而确保砼强度，这是湿喷工艺的最大优势；●粉尘和回弹量减小，可大大改善作业环境，符合时代潮流；●每小时喷射量可达20m3（进口）和5m3（国产）以上，在施工能力上进口机械占有优势，国产机械也不落下风，这对于大断面隧道喷射作业极为有利。第四十三页，共77页。混凝土配合比的确定强度

C/W和易性

W,CA,W,C第四十四页，共77页。喷混凝土厚度d检验

检断面及测点设置

（1）断面间距全断面开挖：每作业循环检查1次；

分部开挖：每3～5m检验1次。

（2）测点设置自拱顶起每隔2m设置一个测点。（3）检验手段埋设厚度尺标；钻孔量测；地质雷达。用自动断面仪检查表面平整度。第四十五页，共77页。（4）喷射砼厚度和表面平整度合格标准（高铁标准）

平均厚度dm≥设计厚度[d]；

检查点数的80%及以上之厚度di>[设计厚度d]；

最小厚度dmin≥2/3[d];

表面平整度的允许偏差为100mm。

第四十六页，共77页。衬砌背后密实性回填质量

初期支护和衬砌间的空间同级混凝土回填（设计文件和验标要求）特殊情况经设计院同意拱顶空洞的防止

排气预留注浆孔第四十七页，共77页。不密实的危害性：结构-围岩的共同作用不能形成，受力不可靠，不利于围岩稳定。留有存水空间，不利于防排水，也可能造成冻胀压力。第四十八页，共77页。2、锚杆施工质量控制①锚杆采用专用机械成孔打入，用一般风动凿岩机时应配备专用冲击器。孔向应与主结构面成最大角度。②杆体插入锚杆孔时，应保持位置居中，插入深度应满足设计要求。③砂浆锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实，砂浆或水泥浆内可添加适量的微膨胀剂和速凝剂。④药包型锚杆、树脂锚杆在杆体插入过程中应注意旋转、使粘结剂充分搅拌。⑤锚杆安设后不得随意敲击，其端部在填充砂浆终凝前不得悬挂重物。⑥锚杆安设后其填充砂浆终凝后应立即安装托板，拧紧螺帽。第四十九页，共77页。第五十页，共77页。填充段长度lcm抗拔力

kN（砂浆在孔口）抗拔力kN（砂浆在孔底）03038.881839.06256064.345765.00009076.943478.125012082.412184.375015084.609486.250018085.000087.500021085.625087.500024085.625087.500027085.625087.500030085.625087.5000ll粘结物填充长度对抗拔力的影响第五十一页，共77页。锚杆灌浆饱满是质量的关键。理论和实践都说明，拉拔试验不能说明锚杆的灌浆质量。现行规范已经取消了将拉拔试验结果作为“锚杆质量状况的综合指标”的条文，改为要求“砂浆锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实”。具体情况是：第五十二页，共77页。规范条文的演变TBJ108-92铁路隧道喷锚构筑法技术规则TBJ204-96铁路隧道施工规范JTJ042-94公路隧道施工规范

要求对灌浆锚杆进行拉拔试验，将试验结果作为“锚杆质量状况的综合指标”TB10108-2002铁路隧道喷锚构筑法技术规范TB10204-2002铁路隧道施工规范

“对砂浆的饱满度进行检查”，要求“砂浆锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实”

第五十三页，共77页。3、二衬质量控制（1）确保净空，严禁竣工后侵入设计轮廓线。（2）二次衬砌浇筑时机控制一般情况下隧道衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后（四大指标）及时施作；特殊条件下（如：松散堆积体、浅埋地段）隧道衬砌，应在初期支护完成后及早施作；对于围岩变形过大或初期支护变形不收敛，又难以采取有效措施控制变形时，建议提前施做二衬，以避免初支失稳，但二衬必须加强。第五十四页，共77页。（3）二次衬砌浇筑工艺控制二次衬砌宜采用全断面一次灌筑砼；初期支护与二次衬砌背后可能需进行回填注浆，应事先在拱顶和应注浆部位预留注浆孔；严格按设计要求处治纵、环向施工缝。第五十五页，共77页。4、仰拱与填充砼施工控制专项要点①仰拱应尽量紧跟开挖面（与开挖面的距离不得超过3倍衬砌循环作业段长度），并尽快形成封闭环。同时，仰拱应超前拱墙二次衬砌施作，其超前距离宜保持3倍以上衬砌循环作业段长度。②仰拱施作应一次成型，整幅施作，不得分部施工，以保证仰拱的整体稳定；仰拱施工缝和变形缝处应作防水处理。第五十六页，共77页。③仰拱施工前应清除虚碴、杂物和积水，坡面应平顺，确保排水畅通，应采用一次灌注砼成型工艺。④仰拱填充严禁与仰拱同时施工，宜在仰拱砼终凝后施作。⑤为减少其与出碴运输的干扰，采用仰拱栈桥跨过施工地段，以保证隧道底部的施工质量，消除隧底结构施工质量隐患。仰拱栈桥的长度和结构形式可根据施工需要来确定。第五十七页，共77页。5、关于无损检测的过程管理（1）及时进行，以便及早发现质量缺陷，改进施工工艺。（2）施工单位应加强对检测的及时性和检测报告的管控。（3）检测方法与判释第五十八页，共77页。电磁波（地质雷达）超声波弹性波波形图第五十九页，共77页。地质雷达测试不密实充填物成-雅公路金鸡关隧道衬砌厚度达成铁路万山寺隧道第六十页，共77页。衬砌厚度检测结果

（地质雷达）第六十一页，共77页。断面检测（激光断面仪）第六十二页，共77页。工程质量检测项目检测项目直接方法物理探测方法说明衬砌混凝土强度钻孔取芯超声回弹法衬砌厚度钻孔探测雷达声波（冲击回波法）衬砌-围岩密贴情况钻孔雷达声波（瑞利波法）雷达测试受水和金属物干扰声波法准确度优于雷达，但测试时间较长净空断面激光断面检测系统第六十三页，共77页。三、对隧道工程施工的初步建议隧道工程施工过程中应加强下列环节的控制：1、加强超前地质预测预报工作，切实纳入工序管理。隧道深埋地下，地质体情况千变万化，要求在施工开挖前完全查明隧道的工程地质、水文地质条件是难度极大，目前国内外都还不能达到这个要求。为了补充和弥补勘察阶段工作的不足或缺陷，应在施工阶段做好施工地质素描、调查、量测，对复杂地质条件的隧道要开展综合超前地质预报工作。第六十四页，共77页。借鉴集团公司在岩溶隧道的施工管理经验，宜采取物探初判、钻探准判的综合手段是必要的。尤其是对于隧道穿越断裂破碎带和不同岩性的接触带等可能遭遇突水现象的段落，更应强化地质预报管理，充分发挥地质预报在规避风险中的龙头作用。怎么才能做好？请大家在管理上深入思考。第六十五页，共77页。2、高度重视洞口段衬砌结构参数合理性审视和施工质量管理。隧道洞口段多为堆积体和洪积物地段，又存在浅埋不利条件，因而衬砌结构发生大变形甚至失稳的可能性是客观存在的，施工风险很高。建议加强超前预支护和衬砌结构（如初支改I22为H钢架），施工中严格按短进尺、强支护、勤量测、二衬及早跟进的方式组织施工，并从严控制超前预支护和衬砌质量，做好应对衬砌大变形的一切准备工作。第六十六页，共77页。3、目前，设计文件多半的初支喷射砼采用C25，强度等级有所提高，必须强力推行湿喷工艺，方可确保喷射砼质量。4、建议加强富水地段的水文量测管理。根据以往的实践经验，许多大型暗河通道的围岩极可能是较完整和无水的情况。但在它的后方或前方有一段距离岩石裂隙发育，裂隙涌水点较多，但多为无色出水。若涌水浑浊时，则前方就有可能碰到充水和充泥砂的暗河通道。因此第六十七页，共77页。应强强水文观测，并注意出水状况的变化，必要时加密超前钻孔探测，彻底摸清前方水文地质条件，以便制定与地质条件相符的施工方案。

5、地下水的影响及对策

隧道穿越断裂破碎带和不同岩性的接触带时，地层处于中等富水区域，在衬砌结构封闭后，水压必然上升。因此应以实测水压为依据，设置能抵抗水压的相应衬砌结构，以规避安全隐患。第六十八页，共77页。静水压力的传递

p1=p2=p3hp1p2p3（在全封堵情况下，水压力并不随岩体空隙率的减小而折减）第六十九页，共77页。弯矩最大拉应力拱顶受水压边墙受水压仰拱受水压弯矩最大拉应力全断面受水压

受水压范围最大弯矩（kN•m）最大拉应力（MPa）最大压应力（MPa）最大拉应力出现部位拱顶1.0m范围23.51.5-1.7拱顶边墙1.0m范围41.62.6-2.9边墙底板1.0m范围59.23.8-4.1底板全断面受水压84.75.1-7.8墙角第七十页，共77页。理论研究和实践都说明对于不透水的衬砌，注浆并不能降低作用在衬砌的水压力。即使是围岩渗透系数很小，衬砌不透水时仍能诱发同初始水头相应的水压力，比设计考虑的水压力值大得多。而只有排导才能消减。第七十一页，共77页。作用在衬砌结构上的冻胀压力PΔiδi衬砌水体tl第七十二页，共77页。对地下水治理的态度以排为主

排堵结合

深埋山岭隧道

因地制宜两大措施并举

围岩注浆—堵

排导系统—排第七十三页，共77页。

但从保护地下水资源出发，深埋山岭隧道工程地下水的处治原则是：以堵为主，限量排放；既控制了地下水的流失，又消减了作用在衬