隧道工程质量检测-衬砌讲解

southwestjIaotongwnIversIty混凝土强度四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护)根据喷混凝土强度表面特征，宜采用气压射钉枪无损检测方法进行检测。整个系统由射钉枪、空压计、空压管、空压机、变压器、数显深度游标卡尺等组成。其中变压器为国产多功能变压器，由于气压射钉枪系统额定工作电压为100伏，故通过变压器将国内220伏转换成100伏。气压射钉枪检测系统及射钉枪照片详见下图。气压射钉枪强度测试系统示意图四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护)气压射钉枪的工作原理是射钉枪在恒定高压气体推力作用下推动经过特殊标定的射钉高速进入混凝土中，一部分能量消耗于钢钉与混凝土之间的摩擦，另一部分能量由于混凝土受挤压破碎而被消耗，发射枪引发的子弹初始动能是固定的，则其贯入深度取决于混凝土的力学性质，通过射钉的贯入度来推定混凝土强度（深度与强度的关系由实验标定公式确定）。四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护)气压射钉枪检测喷混凝土强度是在恒定空气压力下将经过特殊标定的射钉打入喷混凝土内,由其射入深度推算其强度(深度与强度的关系由实验标定)。该方法具有检测结果客观可靠、操作方便、省工省时等优点,在隧道初期支护喷混凝土的强度检测中发挥了重要作用,取得了令人满意的结果。喷混凝土强度与射钉贯入深度关系曲线四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统在检测中，对喷混凝土的早期强度及晚期强度进行检测，通过大量的试验建立起强度龄期成长曲线后，即可通过检测早期强度预测晚期强度，用以及时调整施工方法及配合比参数，以确保隧道初期支护喷混凝土的晚期强度满足要求。这是其他方法不便实现的。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法(针对二次衬砌)1）根据要求布置强度测区，隧道强度检测时测区一般布置在左边墙、右边墙、拱顶等位置；2）在确定的测区内，用超声回弹模子标出回弹的弹击点及超声声速值测点，用混凝土回弹仪测试回弹值（16个测点），用超声波检测仪测试3个超声波声时值（取其平均值）；3）在检测的同时，由专人对回弹值、超声波声时值作好记录。4）将现场测试的回弹值、超声值按要求进行修正后，利用经验公式计算测区混凝土强度的推算值（若有钻芯取样，还要进行修正），然后对整个隧道衬砌强度进行评定。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法(针对二次衬砌)回弹测点示意超声测点示意四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法对二次衬砌混凝土强度检测采用超声回弹综合法结合少量的钻芯取样进行检测。检测仪器见下图:NM—4B超声波测试仪TICO超声波测试仪四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法Α—2000数显回弹仪乐陵混凝土回弹仪四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法（1）超声回弹检测在隧道内没纵向每隔一段距离设置一个测区，采用混凝土回弹仪在测区内测得隧道衬砌混凝土的回弹值，并用超声波测试仪在相同测区内测得超声波在隧道衬砌混凝土中传播的波速，再根据“回弹—超声”综合法的以下公式求出隧道衬砌混凝土推定强度值。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法对二次衬砌混凝土强度检测采用超声回弹综合法结合少量的钻芯取样进行检测。（1）超声回弹检测在隧道内没纵向每隔一段距离设置一个测区，采用混凝土回弹仪在测区内测得隧道衬砌混凝土的回弹值，并用超声波测试仪在相同测区内测得超声波在隧道衬砌混凝土中传播的波速，再根据“回弹—超声”综合法的以下公式求出隧道衬砌混凝土推定强度值。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法

（2）钻取芯样检测钻芯取样为局部检测，主要用于修正超声回弹所得混凝土的强度。芯样钻取位置必须在超声回弹检测的内，在现场采用钻机（如：ZKJ—200型金刚石钻机）钻取芯样（芯样直径：φ100或φ150）后，在室内进行芯样试件制作并养护后采用压力试验机（NYL—60型）对芯样试件进行抗压强度试验，得出衬砌混凝土芯样强度值。通过超声回弹综合法无损检测结合少量钻芯取样进行修正的方法（见下式）得出隧道衬砌混凝土的强度，并将其结果与设计强度进行比较分析，得出隧道衬砌混凝土强度是否满足要求。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法钻芯机四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片四、检测结果4）现场检测照片

southwestjIaotongwnIversIty混凝土厚度及背后缺陷五、混凝土厚度及背后缺陷混凝土厚度及背后衬砌缺陷均采用地质雷达进行检测。地质雷达检测原理是：利用雷达波通过结构、构造物反射回来的波形差异进行分析处理检测对象。一般运用于检测区域较大、检测对象复杂，要求检测精度适中，且检测速度较快的情况。地质雷达应用脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布[4]。地质雷达的发射天线向隧道初期支护喷混凝土内发射高频宽带短脉冲电磁波，电磁波遇到具有不同介电特性的喷混凝土与围岩界面时有部分返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质的剖面图像。根据接收到波的旅行时间(双程走时)、幅度频率与波形变化资料，可以推断介质的内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数(见下图)。5.1检测原理五、混凝土厚度及背后缺陷式(1)

脉冲波走时按式（1）进行计算:式中:ｘ值在剖面探测中是固定的；ｖ值(m·ns-1)可以利用现成数据或测定获得，由上式可得目标体的深度值(ｍ)。

反射探测原理图检测结果与实际结构的对照图隧道衬砌与围岩的相对介电常数的对比决定分层是否“可见”。当存在缺陷时，由于缺陷与良好衬砌或围岩间的介电常数的对比差异，也使得缺陷“可见”，见上图右。五、混凝土厚度及背后缺陷采用地质雷达对混凝土厚度进行检测前要解决的问题：天线频率的选择、雷达波在喷混凝土中的波速标定。地质雷达各频率天线均有各自适宜的探测深度及分辨率，根据高速铁路隧道喷混凝土的厚度，宜选用1000MHz或更大频率的天线；对于波速标定，建议采用激光断面仪通过断面检测得出喷混凝土厚度来实现.RAMACⅡ型地质雷达各频率天线五、混凝土厚度及背后缺陷5.2测线布置根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》测线布置应符合下列规定：1、隧道施工过程中质量检测应以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布1条;横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距8-12m;采用点钡(时每断面不少于6个点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。2、隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布1条;横向布线线距8-12m;采用点测时每断面不少于5个点。需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线或测点。3、三线隧道应在隧道拱顶部位增加2条测线。4、测线每5-10m应有一里程标记。测线布置见下图：图4雷达测线纵断面布置图图5雷达测线横断面布置图图6检测方式图五、混凝土厚度及背后缺陷五、混凝土厚度及背后缺陷5.3混凝土厚度地质雷达发射天线向隧道混凝土内发射高频宽带短脉冲电磁波，电磁波遇到具有不同介电特性的喷混凝土与围岩界面时部分会由反射返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就得到其内部介质的剖面图像。根据接收到波的旅行时间(双程走时)、标定的地质雷达在混凝土中的波速值，再由式（2）可求出混凝土厚度。(2)式中:v——地质雷达波的波速；t——地质雷达波的双程走时。五、混凝土厚度及背后缺陷5.3混凝土厚度衬砌与围岩间会存在明显的反射层，从而利用此反射层来探明二次衬砌混凝土的厚度，见下图。衬砌与围岩间存在的明显反射层及层位追踪图五、混凝土厚度及背后缺陷5.3混凝土厚度上图为衬砌厚度检测图象，用时间触发方式检测,用RAMAC/GPR雷达，500兆屏蔽天线。五、混凝土厚度及背后缺陷5.3混凝土厚度上图为隧道拱顶衬砌厚度检测,采用RAMAC/GPRCUII主机,500兆屏蔽天线五、混凝土厚度及背后缺陷5.3混凝土厚度上图为用瑞典MALA公司的CUII主机,500兆屏蔽天线在隧道拱角处检测的雷达图像,可以清楚看到二衬界面和钢拱架.五、混凝土厚度及背后缺陷5.3混凝土厚度上图为在隧道拱腰处用500兆天线做的。距起点200米的左侧是钢筋网（隧道内绝大部分是这种结果），右侧是水侵入区域，钢筋图像不清楚；二衬的底界面由于大量充水，界面非常清楚。五、混凝土厚度及背后缺陷5.4混凝土背后缺陷

在混凝土内存在不密实以及背后存在缺陷时，均可由地质雷达剖面图上所反映的信息进行判断。混凝土背后的缺陷形式主要有不密实及空洞两种情况。混凝土及背后存在不密实：不密实的衬砌混凝土体及混凝土背后不密实的围岩在地质雷达剖面图上的波形杂乱，同相轴错断。存在不密实的雷达波检测图

五、混凝土厚度及背后缺陷5.2混凝土背后缺陷

混凝土与围岩之间有空洞:由于空气与混凝土介电常数差别较大，电磁波在喷混凝土与空气之间将产生强反射信号。当空洞比较大时，围岩界面清晰可见，在地质雷达剖面图上主要表现为在喷混凝土层以下出现多次反射波，同相轴呈弧形，并与相邻道之间发生相位错位，且其能量明显增强。存在空洞的雷达波检测图

五、混凝土厚度及背后缺陷5.2混凝土背后缺陷

用500兆屏蔽天线做拱顶检测，采用CUII主机。图中箭头所指为脱空。五、混凝土厚度及背后缺陷5.2混凝土背后缺陷

做拱角检测，用瑞典MALA公司的CUII主机，500兆屏蔽天线。图中52米到76米处存在大面积脱空。3）结果形式右线K0+000—K0+250拱顶衬砌厚度、背后缺陷示意图左线K0+000—K0+250拱顶衬砌厚度、背后缺陷示意图五、混凝土厚度及背后缺陷中梁山右线K0+010~+030段拱顶测线地质雷达图像中梁山右线K0+080~+110段拱顶测线地质雷达图像五、混凝土厚度及背后缺陷中梁山左线K0+170~+200段拱顶测线地质雷达图像中梁山左线K0+100~+120段拱顶测线地质雷达图像五、混凝土厚度及背后缺陷3）结果形式右线K0+000—K0+250注浆量示意图

右线K0+000—K0+250注浆量示意图

五、混凝土厚度及背后缺陷4）现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷4）现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷4）现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷4）现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷4）现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷4）现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷4）现场检测照片五、混凝土厚度及背后缺陷

southwestjIaotongwnIversIty衬砌裂缝及渗漏水七、衬砌裂缝及渗漏水在隧道全长内对衬砌的变形和破损、裂缝及渗漏水位置沿隧道洞身里程采用人工目测分格素描的方法进行检查。对隧道衬砌裂缝采用游标卡尺、超声波检测仪对其宽度及深度进行检测。隧道渗漏水状况采用红外探水法进行检测，同时在隧道渗漏水位置取水样进行化验（成分分析），检测渗漏水对混凝土是否存在的侵蚀作用。提交隧道病害分格检测展示图（见图3），裂缝宽度、深度检测结果报告。隧道病害分格检测展示图七、衬砌裂缝及渗漏水同时，采用数字式近景摄影机拍摄隧道内衬砌的破损、裂缝及渗漏水位置等情况。数字式近景摄影机由数码相机和J2型经纬仪及专用支架组成。数码相机为CanonG2，其最大分辨率为2272×1704即387万像素。数码相机通过专用支架连接到经纬仪。数字式近景摄影机拍摄方式如下所示。现场数码摄像示意图七、衬砌裂缝及渗漏水使相机从不同角度拍摄获得隧道衬砌数字图像，以图像处理方式对衬砌数字图像进行较正和拼接，形成隧道衬砌展开图（如图所示）。将展开图与采用人工目测方式得到的隧道病害分格检测展示图进行比较，可以对目测得到的隧道病害检测展示图作出修正，同时，利用图像处理方式得到的隧道衬砌展开图更加直观，将更有利于对衬砌进行分析。衬砌裂缝图片拼接展示图3）结果形式右线K0+610~640段裂缝展示图（彩色为新增或发展裂缝）

七、衬砌裂缝及渗漏水3）结果形式左线K1+840~870段裂缝展示图（彩色为新增或发展裂缝）

七、衬砌裂缝及渗漏水4）现场检测照片七、衬砌裂缝及渗漏水DK1+126环向DK1+804右边墙~右拱腰DK2+577右边墙七、衬砌裂缝及渗漏水DK0+015左拱脚DK1+526左边墙DK2+330拱顶DK2+321左墙脚七、衬砌裂缝及渗漏水DK2+405右拱脚~拱顶DK2+942右墙角~右拱腰七、衬砌裂缝及渗漏水四、检测结果3）结果形式里程PH值游离CO2CO32-HCO3-cl-SO42-Ca2+Mg2+Na++K+总硬度ρ(CaCO3)总矿化度(mg/l)K0+995左7.0192.55292.8019.08181.83132.3320.5119.15414.83519.30K2+450左6.91101.80346.4816.59172.72108.2235.2133.40415.11539.38K2+620左6.97166.59317.2020.74148.04125.5717.6126.57320.17497.13K0+4