隧道质量控制技术二

southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity隧道质量控制技术仇文革教授2010年07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。对隧道在各施工阶段的净空尺寸（横断面净空及超欠挖）采用激光断面仪（如国产BJSD-2型隧道限界检测仪，见图）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，可以评价隧道开挖质量、取代收敛量测以及对地质雷达检测喷混凝土厚度时进行波速标定和厚度修正等。（2）激光断面仪检测①开挖质量在隧道开挖后，将激光断面仪架设在检测横断面上对开挖轮廓进行检测，对实测数据进行分析处理，得出隧道开挖轮廓断面，与设计的开挖线相比较，可评价隧道开挖的超欠挖情况，对隧道的开挖质量进行评价，详见图。③混凝土厚度检测在隧道开挖后，用激光断面仪或全站仪对开挖断面进行测量，待初期支护喷混凝土完成后在相同断面作初期支护施作后的净空断面进行测量，利用两次测量结果的差值，可得出该断面初期支护喷混凝土厚度的准确值（见图）。若在二次衬砌前后对相同断面进行检测，即可得检测断面二次衬砌厚度准确值。⑤隧道净空状况检测检测中以隧道控制网坐标系统（中线及高程）为断面轮廓检测的坐标系统，隧道内每间隔一定距离（如20m）设置一个检测断面，每个检测断面上设置一定数量的测点进行检测，对隧道净空状况采用激光断面仪（BJSD-2型）方法进行检测。利用专用处理软件（软件界面见图4-25）对实测数据进行分析处理，得出隧道横断面数据（详见图4-23）。同时，以设计断面为标准曲线，通过与实测断面轮廓数据的比较，确定隧道衬砌净空断面是否满足设计要求（见图4-26）。图4-25BJSD-2型隧道限界检测仪专用软件界面图4-26二衬后断面检测结果图（2）锚杆质量锚杆是将破碎或不稳定岩体(块)与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整体稳定性的一种支护措施。当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相同。锚杆内端处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；而锚杆外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岩体(块)与锚杆连结在一起的作用（见图4-27）。要让锚杆能发挥设计的效果，除保证锚杆的长度满足设计要求外，还要使各段都能均匀而有效地与岩体锚固在一起。除此之外，对锚杆质量影响较大的因素还有砂浆的强度，得有足够的裹握力才能保证锚杆的质量。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图4-27理想锚杆受力示意图锚杆长度及注浆饱和度均采用应力反射波法检测，现已有专用的锚杆质量检测仪，见图4-28。图4-28JL－MG锚杆质量检测仪②锚杆长度应力反射波法是一种无损检测方法，该方法的基本理论依据为一维杆件的弹性应力波反射理论。在锚杆顶部激发弹性应力波，当弹性应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，将产生反射波回到锚杆顶。根据反射波的走时和锚杆中的应力波传播速度就可以用(3)式求出锚杆长度L，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。③注浆富饱和度注浆饱疾和度检捉测通过藏测定锚蛇杆不同绣方位，虏不同距贷离应力厚波的阻纳尼情况铸，即锚乏杆与围猜岩的耦下合情况伙来判断野注浆饱爪和度。狱由应力精波在介寻质中的虏传播特顷性可知周：应力洞波在坚绍硬完整尼的介质那中传播眼速度大易，衰减躲速度快恢，而在摄松散及蔽不完整词介质中滋应力波河的传播餐速度小赴，衰减植速度慢维。利用应默力波这构一传播传特性来膏判断注傻浆饱和米度情况疗，对于蛛注浆饱阿满的，备砂浆和搜岩石的平耦合性宰好，可羊看成完益整的介搅质，因禁此应力崖波的波精形规则照衰减快惕，近于治指数衰刑减；对炉于注浆洗饱满程誓度差的宁则砂浆宁和岩石哄间的耦征合性差躁，可塑看成松回散不完银整的介相质，应童力波的晌波形杂践乱、衰甜减慢。语根据不新同方向凳、不同贼部位击燥震的应灭力波衰驼减曲线镜就可以纽奉对注浆减饱和度育作出判满断。(a)全长幅树脂秀锚杆挥锚固伴段长截度为0.共77浊m实测波佛形图(b咏)树脂啄端锚滥锚杆创的实氧测波笔形图图12-怠34锚杆椅长度惠及注茫浆饱梁和度撕检测哄波形浴图④砂文浆强想度在砂奋浆锚菌杆的湿长度她及灌异浆饱象和度续均达亦到要避求后烫，并煮不能蛾说明砍锚杆赖的质匀量完券全达彼到了郊要求够。从察锚杆雷的支哨护性漫能可邮知，难它是绳受砂晓浆的掠裹握牵并通求过砂面浆与薯围岩缸这间犯发生糟作用市的，垦若砂戒浆的墓强度宋达不吴到要限求。古为了麦全面捏评价黎锚杆状的质复量，刻有必养要对黎砂浆杨（抗零压、亲抗剪厚）强剪度进惯行检速测。A、抗猜压强抄度采用传笔统的试长验方法取，在施仓作锚杆暗时同期哗制作试轨件，对欣试件进察行抗压窝试验，丹得出砂丙浆的抗岁压强度交。B、剪逼切强例度由锚杆招的支护父机理可车知，在长联结锚找杆与岩出体中砂鸭浆主要姑受剪力挠的作用隙。从而倍，砂浆仇的剪切暗直接影幻玉响到锚卷杆的质逝量。由于围猎岩存在斩差异，差在不同风的联结辈体上，吉砂浆与析围岩间用的剪切定力有所姻不同。秋为了真穗实反映盾锚杆实凑际工作腊时砂浆届与围岩卷（锚杆榆洞壁）语间的剪轨切力，绑可进行轻原位试姓验。将午施作好迈的锚杆烂与周围面的围岩角一同取摇出，采范用特制协的试验沉设备对赵其进行星抗剪试刻验，得迁出砂浆鸟与围岩耽间的剪受切力，诵并对其症进行评撑价。⑤锚杆扣抗拔试腹验锚杆抗要拔力通幕过拉拔嗓试验进季行检测卖。拉拔鞋试验检提测方法希是一种剪传统的龄锚杆锚敢固质量盾检测方顾法。进医行拉拔援试验时,将液压窝千斤顶卷放在托征板和螺王母之间,拧紧螺点母,施加一阻定的预泥应力,然后令用手灾动液帆压泵嫂加压,同时记宋录液压贞表和位伐移计上见的对应粗读数,当压力哀或者位照移读数贫达到预帅定值时,或者孩当压持力计逢读数顺下降亭而位吓移计所读数锣迅速脂增大底时,停止加不压。测葱试后,整理出视锚杆的降位移-荷载曲纱线,进而分渴析出试戒验锚杆订的抗拔哀力大小贪。试验泥时锚杆肤的受力软状态见贿图12岁-3角5。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图12-拉35抗拔试捆验时锚婚杆的受忠力示意贷图⑥锚址杆检泰测结浩果评缝定试验证显明：对贼于高强国螺纹锚请杆，当妇锚固长元度达到焦锚杆直慰径的42倍时，源握裹力卧不再随呢锚杆长塌度的增者加而增盾加。高速炼铁路映隧道温锚杆含的长插与直蛮径比痰达到丢几百泼倍，不而且尺从图1、2可知缠，锚贵杆拔沈抗试睬验与谊实际行锚杆夜的受迁力状怪态有岂很大庆不同校，得渠出锚撕杆抗益拔力筹与锚领杆质撑量没揪有必鉴然的盏相关侦性，湖若仅善采用标抗拔败试验脉，可蜘能导贤致将挽不合警格锚颜杆依早其抗吼拔力弱评定齿成合宵格锚课杆。丢所以遥，对爹锚杆织进行徒检测仅时，丹要采陡用声稿频应丧力波英法对肆锚杆茧的锚妄固质盖量进顾行无匠损检洲测，竞再配柱合抗话拔力劲试验浸进行省综合喂分析溉，可乒对锚坛杆的挺锚固科质量条作出词较全劫面的队评价掌。4喷混档凝土持质量址检测喷射混笋凝土能萍及时封作闭围岩棕暴露面减，有效保地隔绝平水和空小气；部煤分混凝锁土浆液次渗入张愈开的裂帖隙或节只理中起莫胶结和裤加固围冲岩的作发用；能邻向围岩岂提供支穗护抗力(径向价力)，使裤围岩序由二量向受鹿力变窝为三引向受亡力状止态，卷从而份提高唐了围架岩强愧度。评价喷少混凝土死的质量絮，主要税是指标电：喷混召凝土强负度（包喝括早期霸强度和守晚期强侧度）、躬厚度、免密实度拆及背后诸缺陷。喷射痕混凝繁土强踩度在望一定旧范围拘内离伟散分顺布，照正常投情况狐其分筝布规言律符址合正泽态分类布曲适线，贼喷射锐混凝渗土强暂度检译验准扎则是忧根据束平均干强度抢和变素异系郊数综斤合控形制。专因此低对喷所射混茶凝土受的质亚量控喉制不南但要符控制叠平均紫强度漂，同膜时还巩必须撞控制撇变异谱系数瓶。由轮于湿惑喷工魂艺能袍够对赶水灰口比进型行准德确控谁制，很因此占强度讨变异配系数饥小，港喷层么结构物可靠怒性高意。而续干喷友工艺育据欧职洲规网范（EFN站ARC）7.3表述：拦“对于摘干喷工商艺难于贩预设水蔬灰比。详实际水寸灰比一苏般在0.3购5~0荷.5的范围容内波动记。经估魂算，相碑应强度逮波动可界达15M育Pa以上肃”。靠根据林中铁归西南扒院大摊量试慰验数言据表穿明：朱湿喷竿混凝常土强扰度变丝式异系险数可谨控制烫在10%左右，慨达到国榜标优质猛标准。混凝唯土强惠度分愿布规乎律①喷并混凝余土强沫度根据忆喷混舞凝土勉强度乏表面孝特征傻，宜停采用馅气压潜射钉抗枪（套见图4-3械0、31）无互损检膏测方奴法进袍行检狡测。伯气压颂射钉律枪检律测喷外混凝候土强委度是亿在恒届定空姐气压俘力下画将经犬过特畜殊标浩定的仁射钉炎打入剪喷混缠凝土众内，疗由其觉射入渡深度谎推算悦其强倍度(深度与裕强度的筝关系由膝实验标岭定)。图4-楼30气压窗射钉塌枪图4-3节1气压射反钉枪强串度测试百系统②喷冲混凝运土厚爹度、萍密实骆度及蝇背后场缺陷喷混凝械土厚度扰、密实上度及背汗后衬砌居缺陷均顾可采用赛地质雷尚达（见消图4-3溪4、35）进行终检测。盏根据喷分混凝土丢厚度，题采用地赌质雷达岭对喷混贼凝土进都行检测干前要解执决的问烘题：天蛙线频率蓄的选择尼、雷达喊波在喷扛混凝土头中的波较速标定竭。根据尚喷混凝佣土厚度控，选用10荣00吓MH塔z或更麻大频绳率的须天线尤可以终得到青效果洽较好依的检播测结决果；休对于锈波速稀标定第，采丢用激天光断约面仪士通过落断面亿检测关得出商喷混甚凝土斤厚度增来得荐到。图4-巩34图4-成35喷混凝碍土强度李与射钉落贯入深裂度的关泥系曲线强度梨差值d频数直葬方图5格栅或骂型钢拱怀架数量些检测在隧掏道中暮所使怀用格驶栅或湿型钢狗拱架终数量穿，也冲是隧昌道初阿期支鼓护质懒量控功制中越所关条心的现问题首。喷棕混凝绍土中炕存在刘格栅薯或型某钢拱晶架支齐撑时孟，地辟质雷事达剖烂面图筝中信毯号会手有变沿化，甜可通赌过这利些信贷号的向变化滔读出勿隧道渔施工色时所洪使用伐的格亚栅或工型钢阀拱架造支撑吐数量声。钢竟材质扁量（盘包括磁锚杆胞）及骡加工割质量恋可于浸施作摩前抽叛检来买进行粉控制恨。呈倒W形的格栅拱架格栅拱滤架检测睁图型钢宇拱架洒检测垮图（6）二次献衬砌检挤测①二泊次衬跃砌混它凝土说强度茶检测对二次堡衬砌混亩凝土强思度检测挨采用超辉声回弹辜综合法饱结合少萝量的钻颂芯取样墙进行检捎测。A、超鼻声回压弹检驴测图4-邮38菜α-喉50卖00型混凝斑土数显庙回弹仪图4-3葛9乐陵暂机械妹回弹柜仪图4-乌40鸣N扬M—桌4A型超访声波尊检测待仪图4-版41瑞士产TIC衬O型超签声波长检测就仪B、钻炸取芯湾样检汪测钻芯厦取样冠为局颤部检鄙测，奸主要机用于贸修正爷超声挎回弹筒所得摊混凝更土的乱强度叨。芯药样钻特取位昌置必耳须在贪超声窜回弹匀检测宿的内爆，在福现场砌采用溉钻机片（如兵：ZK利J—2窃00型金刚贪石钻机嫌，见图4-4传2）钻取安芯样（纠芯样直剖径：φ10洪0或φ15鬼0）后疗，在榨室内秘进行斑芯样境试件透制作参并养食护后榜采用霜压力兵试验收机（NYL—60型，模见图4-4弟3）对筛芯样统试件蛇进行相抗压脸强度伐试验励，得略出衬倾砌混歉凝土备芯样他强度挖值。图4-念42图4-接43②二市次衬增砌混缩慧凝土变厚度弟、背皮后空受洞及头围岩压状况梳检测对隧惊道二宏次衬桃砌混咱凝土槽厚度挎、背该后空屑洞及脸衬砌唉背后去围岩密状况落等检蹲测，瞒采用以地质钳雷达状方法背进行采。测线器布置吹位置纽奉为：晚拱顶蔽、左点右边妹墙、祥左右及拱脚收共五开条测绒线（济