隧道工程检测技术

隧道工程检测技术1整理ppt1概述隧道工程属重要的混凝土结构工程，随着对隧道工程质量的重视，隧道工程的检测手段不断提高，从隧道各个施工工序进行监控和检测，以前认为是隐蔽工程的隧道现在已经不再是‘隐蔽’，比方有的工程要求在施作二衬前对喷射混凝土进行雷达检测、对锚杆长度和砂浆密实度进行检测等，确保了工程质量内实外美。隧道工程检测包含很多方面，涉及面很广，包含原材料、混凝土配合比、新拌混凝土性能、硬化后混凝土强度厚度、注浆检测、现场控制检测、及工程监测等，这些检测分别包含在各个工序中，隧道现场检测一览表见表1。2整理ppt1概述表1隧道现场检测一览表〔TB10751-2021〕工序名称试验项目检验频次检验方法备注明洞明洞开挖地基承载力每一施工段检查一次，检查不少于5次静力触探和标准贯入检测回填回填土密实度每一作业循环检查一次压实度检测初期支护喷射混凝土早期强度每级连续围岩进行一次工艺性试验贯入法、拔出法或无底试模强度每一作业循环检验一次，每个循环至少在拱部和边墙各留置一组检验时间喷大板切割法、凿方切割法、钻孔取芯法厚度全断面开挖时，施工单位每一作业循环检查一次，分部开挖时，施工单位每3~5m检查一次，每个断面应从拱顶起，每间隔2m布设一个检查点。埋钉法、凿孔法或无损检测法无损法检测项目较全面3整理ppt1概述表1隧道现场检测一览表〔续〕工序名称试验项目检验频次检验方法备注初期支护喷射混凝土与围岩结合力无明确要求成型试验法、直接拉拔法初支背后脱空每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1个点凿空、雷达检测仪监测锚杆材质物理性能（公称直径及质量、壁厚）指标随机抽样3%检验力学性能：每批次抽样2套尺量、材料试验机拉伸等锚杆砂浆锚杆长度及锚固密实度检测抽样率不应低于总锚杆数的10%，且每批不宜少于20根。声波透射法（锚杆无损检测仪）抗拔力每300根抽检3根，或锚杆总数的1%拉拔仪法公路4整理ppt1概述表1隧道现场检测一览表〔续〕工序名称试验项目检验频次检验方法备注防排水防水板焊缝质量检测每一浇筑段环向检查1条、纵向检查2条焊缝充气检查衬砌新拌混凝土强度每拌制100盘且不超过100方取样一组；每工作班拌制同一配比不足100盘取一组；现浇混凝土每一结构部位取样不少于一次。同条件试件（衬砌每200m；仰拱、底板每500m检测结构实体强度1次）抗压强度混凝土抗渗衬砌、仰拱、底板每500m应制作检查试件1组，不足500m也留一组。抗渗检测硬化后混凝土强度每板检测回弹法、超声回弹综合法、钻芯法已为必检项目二衬厚度及缺陷布6条测线，全检无损检测法5整理ppt1概述接下来将着重从明洞、洞身开挖、支护、防排水、衬砌等施工过程中包含的重要场检测加以讲解，主要引用的标准：?高速铁路隧道工程施工质量验收标准?〔TB10753-2021〕?铁路隧道工程施工技术指南?〔TZ204-2021〕?铁路隧道防排水施工技术指南?〔TZ331-2021〕?铁路工程结构混凝土强度检测规程?〔TB10426-2004〕?铁路原位测试规程?〔TB10018-2003〕?贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程?〔JGJ/T136-2001〕?公路隧道工程设计标准?(JTGD70-2004)?公路工程质量检验评定标准?〔JTGF80/1-2004〕?公路隧道施工技术标准?〔JTGF60-2021〕6整理ppt2明洞2.1明洞开挖明洞根底地质情况和地基承载力检测方法和频率在铁路标准中有明确规定，而公路标准未明确检测方法和频率。⑴标准规定高铁验标—TB10753-2021、公路验标—JTGF80/1-2004均要求明洞根底地质情况和地基承载力应满足设计标准要求；⑵检测频率高铁验标—TB10753-2021：每施工段检测一次，不少于5处；⑶检测方法高铁验标—TB10753-2021：静力触探或作标准贯入检测。7整理ppt2明洞⑷检测方法简介①静力触探〔CPT〕根本原理就是用准静力将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的设备组成有贯入装置、传动系统及测量系统三局部组成，测量系统包括探头(单桥、双桥)、电缆和电阻应变仪等。适用范围粘性土、粉性土、砂性土。地面以下50m内的各种土层，特别是对于地层情况变化较大的复杂场地及不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，更适合采用静力触探进行勘察8整理ppt2明洞9整理ppt2明洞②标准贯入检测〔SPT〕根本原理是用63.5kg的锤,自76cm的高度自由落下,将长度51cm、外径5.1cm、内径3.49cm的对标准贯入器击入土中30cm所需的锤击数,称为标准贯入击数N。是一种动力触探。设备组成主要由贯入器、触探杆和穿心锤三局部组成。适用范围一般适用于一般性粘土、粉土和砂类土，可用来判断砂土密实程度、黏性土塑性状态和地基承载力，评定砂类土粉土的地震液化，确定土层剖面。已被列入国家?工业与民用建筑地基根底设计标准?中。10整理ppt2明洞11整理ppt2明洞2.2明洞回填⑴标准规定TB10753-2021：回填密实度符合设计要求，回填土压实度不低于0.8。JTGF80/1-2004：回填密实度符合设计要求。⑵检测频率TB10753-2021：每一作业循环检查一次。⑶检测指标TB10753-2021：压实度JTGF80/1-2004：控制层厚及碾压遍数。12整理ppt3开挖洞身开挖前及开挖过程中必须进行地质超前预报，?高速铁路隧道工程施工质量验收标准?〔TB10753-2021〕，把超前地质预报作为一道工序纳入施工组织设计和施工管理中。超前地质预报采用的方法、预报范围和频次应符合设计要求，超前地质预报的施作里程、位置、搭接长度必须符合设计要求。要求超前地质预发应无缝连接。采用超前地质钻和物探法相结合。2021年我局也下了相应的文件〔中铁四技[2021]21号〕作了明确规定，强制要求地质预报。13整理ppt3开挖⑴超前地质钻优点：探测直观、有效、真实,施工时间短；缺点：是探测距离有限，一般25m～40m，探测面小，因为探测的孔不多，往往存在一孔之见。14整理ppt3开挖⑵物探法物探法常用的主要有地质雷达法、红外探测法及TSP法、TRT法等。地质雷达法测的探测距离比较近；红外探测法主要探测水；TSP和TRT是一种比较常用先进的超前地质预报法，它可以探测断层分部、围岩变化、溶洞情况等。一般情况，在隧道进洞前50米内采用地质雷达法，50米后采用TSP法或TRT法进行超前地质预报。15整理pptTSP原理示意图图1TSP原理图地层或断层入射波前反射波前震源检波器检波器隧道16整理pptTSP超前地质预报仪17整理ppt3开挖TSP和TRT法属于多波多分量高分辨率地震反射波法。地震波在设计的震源点〔通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点〕用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面〔如断层、破碎带和岩性变化等)时，一局部地震信号反射回来，一局部信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收〔图1〕。数据通过TSPwin软件处理，便可了解隧道工作面前方不良地质体的性质〔软弱带、破碎带、断层、含水等〕和位置及规模。18整理ppt3开挖根据以下原那么进行：①振幅分析：反射波振幅越高，反射系数和波阻抗的差异越大，说明存在断面的可能性较大。②相位分析：正反射振幅说明正的反射系数，也就是刚性岩层；负反射振幅指向软弱岩层。③能量分析：假设S波反射比P波强，那么说明岩层可能饱含水。④波速分析：Vp/Vs较大的增加或泊松比δ突然增大，常常因流体的存在而引起。⑤假设Vp下降，那么说明裂隙密度或孔隙度增加。19整理ppt4初期支护检测初支是隧道工程中重要的施工环节，主要的现场检测有喷射混凝土〔早期强度、厚度等〕及锚杆的检测：4.1喷射混凝土早期强度⑴标准规定TB10753-2021：早期强度应符合设计要求，24h强度不小于10MPa。〔指南里还规定喷射混凝土3h强度应到达1.5MPa〕JTGF80/1-2004：早期强度未作明确要求，需根据设计文件。⑵检测频率TB10753-2021：每级连续围岩进行一次工艺性试验。⑶检测方法TB10753-2021：贯入法、拔出法或无底试模。20整理ppt4初期支护检测⑷检测方法简介所谓工艺性试验是为考查工艺方法、工艺参数的可行性或材料的可加工性等而进行的试验，高铁验标要求每级围岩进行一次工艺性试验。①贯入法(射钉法)：根据射钉贯入砂浆的深度和砂浆抗压强度间的相关关系，采用压缩工作弹簧加荷，把一测钉贯入砂浆中，由测钉的贯入深度通过现场建立的测强曲线来换算抗压强度的检测方法。设备由发射枪、子弹、钢钉和测量卡尺组成。贯入法优点快捷、时效性比较强，可操作性强且对喷射混凝土无损伤；缺点是检测强度的准确性受回归方程的精度、喷射混凝土的骨料及所选点的位置等因素的影响较大。〔引用标准?贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程?JGJ/T136-2001〕21整理ppt4初期支护检测②拔出法：分为预埋拔出法和后装拔出法。通过测定拔出力的大小来确定混凝土强度，目前国内以后装拔出法为主，是在硬化混凝土上钻孔、磨槽、安装锚固件后用拔出仪做拔出试验，具有测试结果可靠、适用范围广，操作简单、本钱低等特点。该技术被中国标准化协会批准为协会标准?后装拔出家常呢混凝土强度技术规程?(CECS69:2001)。③无底试模法：使用无底试模成型，砂浆容易失水，所测得的强度更接近工程实际值,无底试模的边长为150cm，成型起来比较方便，抗压试验加载方向应与试块喷射成型方向垂直，抗压强度换算系数应通过试验确定。22整理ppt4初期支护检测4.2喷射混凝土强度⑴标准规定TB10753-2021：喷射混凝土强度必须符合设计要求。JTGF80/1-2004：喷射混凝土强度在合格标准内。⑵检测频率TB10753-2021每一作业循环检验一次，每个循环至少在拱部和边墙各留置一组检验时间。JTGF80/1-2004双车道隧道每10延米，至少在拱脚和边墙各取1组〔3个〕试件。其它工程，每喷射50方～100方混合料的独立工程，不少于1组。23整理ppt4初期支护检测⑶检测方法采用喷大板切割法。必要时采用凿方切割法或钻孔取芯法。⑷检测方法简介TB10753-2021附录K对试件的制作方法进行规定如下：①喷大板切割法应在施工同时，将混凝土喷射在45*35*12cm〔可切割6块〕或45*20*12cm〔可切割3块〕的模型内，当到达一定强度后加工成10*10*10cm的立方体试件，在标准条件下养护至28d进行试验〔精确至0.1MPa〕。24整理ppt4初期支护检测②当采用喷大板切割法对强度有疑心时，可用凿方切割法。凿方切割法应在具有一定强度的支护上，用凿岩机打密排钻孔，取出长35cm，宽15cm的混凝土块，加工成10*10*10cm立方体试件，在标准条件下养护至28d进行试验〔精确至0.1MPa〕。③当采用喷大板切割法对强度有疑心时，也可采用钻孔取芯法。钻孔取芯法应在具有28d强度的支护上，用钻孔取芯机钻取并加工成长10cm、直径10cm的圆柱体进行试验〔精确至0.1MPa〕。25整理ppt4初期支护检测4.3喷射混凝土厚度⑴标准规定TB10753-2021喷射混凝土厚度的检查点数90%及以上应大于设计厚度。JTGF80/1-2004a平均厚度大于设计厚度；b检查点数的60%及以上应大于设计厚度；c最小厚度不得小于设计厚度的1/2,且不得小于5cm。26整理ppt4初期支护检测⑵检测频率TB10753-2021：全断面开挖时，施工单位每一作业循环检查一次；分部开挖时，施工单位每3～5m检查一次，每个断面应从拱顶起，每间隔2m布设一个检查点。JTGF80/1-2004：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3米检查1点。⑶检测方法TB10753-2021：埋钉法、凿孔法或无损检测法。JTGF80/1-2004：凿孔法或雷达检测法。27整理ppt4初期支护检测⑷检测方法简介①埋钉法：该方法比较好理解，既根据喷射混凝土设计厚度，先在围岩上埋设和设计厚度值一样长度的钢筋，然后开始施作，直到喷射混凝土将所埋的钉覆盖。②凿孔法：除了埋钉法外，可在喷射混凝土8h后用钢钎凿孔，假设混凝土与围岩的颜色相近不易区分时，可采用酚酞试液涂抹孔壁上，呈现红色的未混凝土厚度。③无损检测法：目前主要采用地质雷达法对初支厚度及背后缺陷进行检测，地质雷达原理如下：28整理pptSIR-3000型雷达检测仪29整理ppt4初期支护检测地质雷达发射天线在待测物外表向其内部发射频率为数百兆赫兹的高频电磁波，当电磁波遇到不同界面时会发生反射及透射，反射波返回衬砌外表，又被接收天线所接收〔所用的天线为收发合一的屏蔽天线〕。因为喷混中的混凝土、钢筋、空气、水和围岩，其物性差异比较大，电磁波的反射系数取决于界面两边媒质的相对介电常数的差异，差异越大，反射系数也越大，所以可得出能反映不同界面的雷达波形，由此可判断出喷混的厚度及背后缺陷等。可快速的查出缺陷的位置，以便可有针对性的采取补救措施。地质雷达仪已经广泛用于隧道施工过程的监控，有的铁路线已经作为一项工序纳入到管理中，它能快速、准确的检测混凝土厚度、缺陷、及预埋物情况。30整理ppt4初期支护检测4.4与围岩结合情况⑴标准规定TB10753-2021：喷射混凝土应与围岩、拱架、钢筋网结合紧密，背后无空洞、无杂物；JTGF80/1-2004：喷射混凝土支护应与围岩紧密粘结，结合牢固，不能有空洞，必要时进行粘结力测试。⑵检测频率TB10753-2021：每10m检查一个断面，每个断面从拱顶中线起每3m检查1个点；JTGF80/1-2004：每板检测。⑶检测方法凿孔法或地质雷达法，一般要求在初支完成之后二衬施作之前进行检测。31整理ppt4初期支护检测4.5锚杆4.5.1锚杆材质试验包括物理性能和力学性能试验。⑴标准规定TB10753-2021：锚杆类型必须满足设计要求，物理性能〔公称直径、公称壁厚、公称质量〕指标满足设计要求，并要符合表2的规定。力学性能指标，包括屈服强度或屈服力、抗拉强度或最大力、断后伸长率等力学指标应符合表3的规定。JTGF80/1-2004：材质、类型、质量、规格和性能必须符合设计标准要求。32整理ppt表2锚杆的规格和物理性能指标(表7.4.6,TB10753-2021)序号锚杆规格牌号公称直径（mm）公称壁厚（mm）质量公称质量kg/m允许偏差（%）1Φ22砂浆锚杆HRB33522-2.9842Φ22中空组合锚杆中空体Q345实心体HRB40020-2.473中空体Q345实心体HRB33522-2.984Φ25*7普通中空锚杆Q3452573.1133整理ppt表3锚杆的力学性能指标(表7.4.7，TB10753-2021)序号锚杆规格牌号屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）屈服力（kN）最大力（kN）断后伸长率（%）1Φ22砂浆锚杆HRB335335455127172172Φ22中空组合锚杆HRB40040054012617016HRB335335455127172173Φ25*7普通中空锚杆Q3453254901261932134整理ppt4初期支护检测⑵检测频率TB10753-2021物理性能〔公称直径及质量、壁厚〕指标随机抽样3%检验力学性能：每批次抽样2套⑶检测方法物理性能：尺量，力学性能：主要通过材料试验机比照钢筋标准进行。35整理ppt36整理ppt4初期支护检测4.5.2锚杆安装尺寸⑴标准规定TB10753-2021①孔径应符合设计要求。②孔的深度应大于锚杆长度10cm。③孔距允许偏差为±15cm。④插入长度不得小于设计长度的95%，且应位于孔的中心。JTGF80/1-2004①孔径：砂浆锚杆大于直径+15mm，其它符合设计要求。②锚杆孔的深度允许偏差±50mm。③锚杆孔位允许偏差±15mm。37整理ppt4初期支护检测⑵检测频率TB10753-2021：全部检查。JTGF80/1-2004：检查锚杆数量的10%。⑶检测方法TB10753-2021：现场尺量或采用声波反射法〔方法简介见4.5.3〕。JTGF80/1-2004：尺量。38整理ppt4初期支护检测4.5.3砂浆锚杆的灌注砂浆饱满度铁路标准中对砂浆灌注饱满度有明确规定，公路标准中对此没有规定。⑴标准规定TB10753-2021：砂浆锚杆的灌注砂浆饱满度大于80%。⑵检测频率TB10753-2021：测抽样率不应低于总锚杆数的10%，且每批不宜少于20根。⑶检测方法TB10753-2021：采用声波反射法39整理ppt4初期支护检测⑷检测方法简介①声波反射法是一种无损检测锚杆长度和砂浆饱满度〔密实度〕的方法。由采集仪及检测器组成。检测时先将锚杆裸露端端面处理干净和平整，检测器吸在裸露锚杆的端面上，通过击震锚杆的端面产生击震波，击震波沿着锚杆传播并向锚杆周围辐射能量，反射回来的时间和能量取决于锚杆周围或端部的锚固密实情况，这时检波器检测到反射波，并有检测仪对反射波进行记录，通过对记录的反射波进行分析，可得出锚杆长度和锚固密实度。然后对锚杆进行综合性评价，根据波形特征和密实度将锚杆质量分为A\B\C\D四个等级，下表为锚杆评判标准表：40整理ppt41整理ppt锚杆无损检测仪42整理ppt时域、频域图43整理ppt4初期支护检测锚固密实度确实定：①锚杆的密实度根据公式按长度比例估算：44整理ppt②除孔口段末端局部外，锚固密实度可依据反射能量法按公式估算，主要原理是通过反射波能量和入射波能量的比值判定锚固密实度，锚杆检测仪上也有自动计算值：45整理ppt4初期支护检测46整理ppt4初期支护检测4.5.4锚杆抗拔力锚杆抗拔力试验是检验锚杆质量的一个参数，通过测定锚杆的抗拔力对锚杆的锚固性能进行大致评价，但铁路和公路行业标准对锚杆抗拔力的规定不同，TB10753-2021中主要强调锚杆的安装和锚杆长度及灌注砂浆饱满度；JTGF80/1-2004中明确了锚杆抗拔力的检测，没有对锚杆长度和灌注砂浆饱满度作规定。但是有些新建铁路线设计图中对抗拔力有具体要求，比方宝兰11标隧道工程图纸中便对锚杆拉拔力作了明确规定〔≥150kN〕47整理ppt4初期支护检测⑴标准规定JTGF80/1-200428d抗拔力平均值≥设计值，最小抗拔力≥0.9倍设计值。⑵检测频率JTGF80/1-2004按锚杆总数的1%且不小于3根。⑶试验方法：锚杆拉拔仪锚杆拉拔仪是利用喷射混凝土为支撑面，通过油压千斤顶加压，测试出锚杆的抗拔力，见以下图。48整理ppt49整理ppt

试验过程中需特别注意：①千斤顶应与锚杆同心，切忌偏心受拉，要求被测锚杆周围喷射混凝土面平整。②加载应匀速，一般以10kN/min的速率增加。③如无特殊需要，一般可不做破坏性试验，拉拔到设计拉力即停止加载。④千斤顶应固定牢靠，操作人员不能站在锚杆的轴线延长线方向〔正前方〕。50整理ppt5防排水防水板对隧道的防渗漏水起到关键作用，没有牢靠的隧道防水板，地下水会侵，严重时会影响隧道的使用寿命。铁路标准中对防水板的铺设和防水板焊缝作为主控工程进行控制。5.1防水板的铺设⑴标准规定TB10753-2021①铺设范围应符合设计要求。②与基面固定牢固，松紧应适度，不得有绷紧和破损现象。③实铺长度与初期支护基面弧长比值为10:8，挂吊点设置的数量应合理。④搭接宽度≥15cm，分段铺设的防水板的边缘部位应预留至少60cm的搭接余量，允许偏差为﹣10mm；全包式防水应在防水板搭接宽度15cm左右两侧各留不小于10cm铺设双面自粘式防水板。⑤防水板搭接缝与施工缝错开距离不应小于100cm，允许偏差为5mm，环向铺设时先拱后墙，下部防水板应压住上部的防水板。51整理ppt5防排水JTGF80/1-2004搭接宽度≥10cm。缝宽，两侧焊缝宽≥25mm，粘缝宽≥50mm。每个搭接检查5处。固定点间距符合设计要求，检查总数的10%。⑵检查频率：TB10753-2021：每浇筑一段检查一次。JTGF80/1-2004：搭接宽度，全部搭接均要检查，每个搭接检查3处；缝宽，每个搭接检查5处；固定点间距，检查总数的10%。⑶检查方法：观察和尺量。52整理ppt5防排水5.2防水板接缝质量检测铁路标准对焊缝作了明确规定，而且在?铁路防排水施工技术指南?中明确了检测方法(高铁验标条文里进行了规定)，公路标准作了一般性规定。⑴标准规定TB10753-2021：防水板按设计要求进行双焊缝焊接时，每一单焊缝的宽度不应小于15mm。焊缝应无、焊焦、焊穿等现象。假设有漏焊、假焊，应补焊，假设有焊焦、焊穿处，以及外露的固定点，应采用同质材料覆盖焊接。JTGF80/1-2004：接缝、补眼黏贴密实饱满，不得有气泡孔隙。⑵检验频次公路标准作为外观鉴定一般检查工程，TB10753-2021，要求如下：每一浇筑段环向检查1条焊缝，纵向检查2条焊缝。⑶检验方法焊缝质量采用双焊缝间充气检查。对防水板的补焊采用负压检测法〔即真空罩〕进行检验，下面简要表达一下充气检查焊缝的过程：53整理ppt5防排水⑷检验方法简介充气检查方法是将5号注射针与压力表相连接，用打气筒进行充气，当压力表到达0.25MPa时停止充气，保持15min，压力下降在10%以内，焊缝合格。如果压力下降过快说明有渗漏，用肥皂水涂抹在焊缝上，找到有气泡的地方予以重新补焊，充气检测的长度不宜大于40m。54整理ppt充气检测仪55整理ppt5防排水56整理ppt6二衬混凝土质量检测6.1新拌混凝土强度检测混凝土强度等级必须符合设计要求。施工过程中混凝土强度的检测主要以标养的混凝土试件为准，隧道衬砌、仰拱、底板混凝土尚应采用同条件试件检测结构实体强度。铁路隧道工程试件标养时间56天；公路隧道工程试件标养试件28天，均以150*150*150mm为标准。不同强度等级及不同配比的混凝土应在浇筑点随机制作