隧道质量病害检测技术及案例分析

二零一三年七月

讲授人：刘红生

讲授内容1、隧道工程质量检测的目的和意义2、隧道施工中存在的质量问题2.1洞身开挖

2.2工字钢以及钢格栅

2.3锚杆

2.4喷射混凝土

2.5仰拱2.1洞身开挖

1.暗洞开挖欠挖，导致断面尺寸不足，挖方量直接就少了。

2.超挖不按要求回填，超挖回填片石更有甚者有编织袋装洞碴回填。

3.开挖过程中设计的预留沉降量一点都没有开挖，到二次衬砌时到处是欠挖。

4.加大进尺。可增大一次开挖长度，减小工序交接次数。

5.双侧壁导坑开挖变成了三台阶七步开挖,或者台阶法，变成全断面也有。

钢格栅

1.格栅加工制作粗糙，格栅架立的间距严重超标，连接筋搭接长度不够，降低安装和加工时间。

2.一榀钢架设计是拱顶拱墙7个单元，在实际施工存在由4个单元组成，还把连接板留在拱顶处，让受力最大的地方设成了接头，仰拱的钢架一般都较少。

3.间距超标，60cm的拉大成80cm，80cm的拉大成1.2m，1m的成了1.5m，还有用两根钢筋搭成个拱架的样子，然后喷射混凝土把没有做的格栅喷出来，看上去和真的一样。

4.钢架高度明显低于设计要求，相临两榀钢架就能差个十几厘米，预留变形量和施工误差成了其降低钢架的借口了，有的钢架为了焊接，倾斜度就能到5度，很难保证钢架的稳定性；

5.连接角钢设计是10/8#的，厚度8mm，实际就用6#的，厚度5mm，连接锚筋基本就没有，连墙角垫钢板也是被省了，就象是穿鞋没鞋底。2.3锚杆

1、加大间距，导致数量不够，锚杆能省就全省，不注浆，不按间距施工，只要看看掌子面不出事情就可以了。

2、锚杆长度不足，3.5m的锚杆甚至用80cm-100cm的来代替，先用冲击钻打上洞,然后用锚固剂锚住.主要是便于检查(设计一般是3.5米左右),更有在检查后再抽出换短锚杆的；

3、直径不足（小直径替换大直径），甚至有用跟φ6钢筋焊上一节φ22的锚杆插进去,检查了一看外面,锚杆一根根的很漂亮,其实里面猫腻很大；

4、使用不合格锚杆或者中空锚杆使用普通锚杆等等；

5.用锚固剂代替水泥沙浆；

6.孔洞打的不少,人能够到的地方深度也够，插入钢筋也差不多够长，可等检查完就给抽出来换了。

7.中空注浆锚杆不注浆，端部用水泥浆堵死，看上去像注满了，锚杆尾部折弯，拉拔试验时确保拉不出。

图2.2锚杆长度过短图2.3该设锚杆的地方实际未布设锚杆2.4喷射混凝土图4.4超挖地段在工字钢内侧贴上石棉瓦2.5仰拱

1.仰拱填充与仰拱同时施工；

2.仰拱半幅施工，没有仰拱栈桥。

3.需打仰拱的不打仰拱，即使做了仰拱，也是欠挖严重，混凝土不按照配合比施工，有的直接用片石混凝土代替了；

4.监理抽检完了，把仰拱下的工字钢再割掉的都有；

5.仰拱的钢筋混凝土打成片石混凝土的或着用喷射混凝土回弹下来的混凝土填充的都有,再用砂浆抹面跟真的似的,不注意还真看不出来。

6.底板钢筋直接不放，也有放好让监理检查，过后直接撤走。3、隧道运营过程中的土建结构病害类型3.1隧道渗漏水

3.2衬砌裂损3.1隧道渗漏水

隧道衬砌渗漏水衬砌周围积水隧道路面冒水3.1.1衬砌渗漏水

隧道衬砌渗漏水发生的主要原因是隧道的排水系统遭到了阻塞且隧道衬砌出现了裂缝。按渗漏发生的部位分为：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数有涌水灾害。其主要危害：隧道渗水对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不利影响甚至威胁。

图3.1某隧道内发生透水事现场

图3.2隧道在运营过程中拱顶地下水呈喷射状3.1.2衬砌周围积水

隧道施工过程中发生了塌方或超挖现象严重，然而回填不密实，同时隧道开挖影响了原来地下水的排泄途径，这些不密实的地方就成为了地下水的贮存空间。其主要危害：水压过大时会导致衬砌破裂；软化围岩，从而加大衬砌压力，导致衬砌破裂；膨胀性围岩体积膨胀，导致衬砌破裂；寒冷地区引发冻胀病害图3.3某隧道左线拱顶积水雷达图3.1.3隧道路面冒水

对于路面行车道冒水，一方面隧底围岩含水量大、水压较高，另一方面是路面以下隧底结构（仰拱填充和仰拱结构）松散，透水性强，排水能力差，导致地下水容易渗入而无法排出。路面冒水会冲毁路面，同时对隧道路面的结构稳定性造成不良影响，产生不均匀沉降，从而影响行车安全；图3.4某运营隧道路面渗漏水

图3.5某隧道道路面渗水引起的交通事故3.2衬砌裂损

造成衬砌裂损的主要原因为：由于衬砌混凝土施工质量不佳，出现离析、气泡、麻面、不密实等缺陷，导致承载能力不满足要求，引起衬砌开裂；由于隧道施工质量不佳，导致衬砌厚度不足、初期支护与二次衬砌不密贴等问题，引起衬砌结构受力特性不良，最终引起衬砌开裂。受地下水影响，隧道基底软化，导致隧道结构出现沉陷、底鼓或收敛等变形现象，由于混凝土结构变形而导致衬砌裂损。图3.6某隧道左拱腰裂缝4.1隧道衬砌质量检测序号检测项目检测设备1喷射砼厚度、初衬与围岩的接触情况探地雷达2初期支护钢支撑的数量及分布探地雷达3锚杆的长度、砂浆饱满度锚杆质量检测仪4锚杆拉拔力锚杆拉拔计5初期支护轮廓线激光断面仪6喷射混凝土抗压强度钻孔取芯机、万能试验机7二衬厚度、二衬及与初衬接触的情况探地雷达8二衬混凝土抗压强度回弹仪9二衬钢筋保护层厚度探地雷达、钢筋位置测定仪表4.1隧道衬砌质量检测项目及检测设备一览表4.1.1隧道衬砌质量检测

利用探地雷达对初衬和二衬的厚度、围岩与初衬、初衬与围岩的胶结情况以及初衬钢拱架数量及间距、Ⅳ、Ⅴ级围岩钢筋保护层厚度进行检测。（1）仪器设备现场测试采可以用美国SIR型探地雷达、瑞典的MALA探地雷达、意大利RIS探地雷达以及中国的LTD雷达，天线采用900MHz、500MHz、400MHz的屏蔽天线。检测时，天线紧贴隧道衬砌表面，沿测线滑动，由雷达主机高速发射电磁脉冲，快速连续采集。图4.1SIR-20型地质雷达

图4.2MALA探地雷达

（3）测线布置分离式隧道单洞在隧道的拱顶、左右拱腰及左右边墙各布置1条测线，共布置5条测线，即1＃～5＃测线（见图4.3）。由于隧道内进行施工、局部存在障碍物，实际测线存在一定误差。图4.3探地雷达法检测测线布置图

（4）资料解译图4.4探地雷达数据处理及解释流程图

（5）评价标准⒈喷射混凝土①喷层厚度：平均厚度≥设计厚度；检查点的60%≥设计厚度；最小厚度≥0.5设计厚度，且≥50mm；②空洞检测：无空洞，无杂物；⒉二衬混凝土①衬砌厚度:不少于设计值。②拱墙背后的空隙必须回填密实。⒊钢支撑安装间距：50mm。4.二衬混凝土钢筋间距主筋间距：±10mm。锚杆质量检测

（1）原理

采用锚杆质量检测仪（图4.5）对锚杆的长度、砂浆饱满度进行检测。锚杆质量检测仪由采集仪、发射震源、检波器和分析处理软件组成。发射震源产生的弹性波，沿着锚杆传播并向锚杆周围辐射能量，检波器检测到反射回波，并由检测仪对信号进行分析与存储。反射信号的能量强度和到达时间取决于锚杆周围或端部的灌浆状况。检测资料依据波的反射信号、频率、振幅等进行处理和分析，计算出锚杆长度、砂浆密实度及缺陷位置。对比分析端发端收或侧发侧收的波形，避免将地层结构的反射信号与锚杆底端或不密实砂浆段的反射信号相混淆。对比分析实测锚杆和试验锚杆的波形信号、频率特征，判断锚杆的锚固质量。根据工程设计要求确定评价标准，凡锚杆长度或砂浆密实度不满足要求的均属不合格。图4.5锚杆质量检测仪

（2）评价标准①锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。②砂浆锚杆和注浆锚杆的灌浆强度应不小于设计和规范要求，锚杆孔内灌浆密实饱满，饱满度不少于75%。4.1.3锚杆拉拔力检测

（1）原理锚杆拉拔力测试是为了解锚杆锚固围岩的作用和施工安装质量的检测。锚杆拉拔力指锚杆能够承受的最大拉力，它是锚杆材料﹑加工和施工安装质量的综合反映，是锚杆质量检测的一项基本内容。锚杆拉拔试验的常用设备为中空千斤顶﹑手动油压泵﹑油压表﹑千分表。图4.6锚杆拉拔仪器

（2）评价标准

①28d拔力平均值≥设计值，最小拔力≥0.9设计值。

②按锚杆数1％做拔力试验，且不小于3根做拔力试验初期支护轮廓线检测

（1）原理利用激光断面仪（图4.7）对隧道断面的尺寸进行测量，有效控制隧道的断面尺寸。激光断面仪法的测量原理为极坐标法，是以某物理方向（如水平方向）为起算方向，按一定的间距（角度或距离）依次测定仪器旋转中心与实际开挖轮廓线的交点之间的矢径（距离）及该矢径与水平方向的夹角，将这些矢径端点依次相连即可获得实际开挖轮廓线。通过隧道洞内的施工控制导线可以获得断面仪的定点定向数据，在计算软件的帮助下自动完成实际开挖轮廓线与设计轮廓线的空间三维匹配，最后可以输出包括各测点与相应设计开挖轮廓线之间的超欠挖值（距离、面积）的图形。图4.7BJSD型激光断面仪

（2）评价标准应严格控制欠挖。当石质坚硬完整且岩石抗压强度大于30MPa并确认不影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别凸出部分(每1m2不大于0.1m2)凸入衬砌断面，锚喷支护时凸入不大于30mm，衬砌时不大于50mm，拱脚、墙脚以上lm内严禁欠挖。

表4.1

洞身开控质量标准初衬喷射混凝土强度检测

（1）原理喷射混凝土强度测试是采用万能试验机对从混凝土中钻孔取出来的芯样进行抗压强度试验，从而确定芯样的抗压强度。钻孔取芯是利用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土的强度。该方法是一种直观、可靠和准确的方法，但对结构造成一定的损伤。（2）评价标准喷射混凝土强度(MPa)：在合格标准内图4.8万能试验机二衬混凝土强度检测

（1）原理衬砌混凝土强度采用回弹法进行检测，回弹法的原理是：由于混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在某种相关关系，而回弹仪的弹击锤被一定的弹力打击在混凝土表面上，其回弹高度（通过回弹仪读得回弹值）与混凝土表面硬度成一定的比例关系。因此以回弹值反映混凝土表面硬度，根据表面硬度则可推求混凝土的抗压强度。（2）评价标准混凝土强度(MPa)：在合格标准内

图4.9回弹仪4.1.7钢筋保护层厚度检测

(1)原理钢筋保护层厚度可以采用探地雷达也可以采用钢筋位置测定仪，探地雷达原理前面已经介绍了，这里不做介绍。钢筋位置测定仪属于工程检测仪器，该仪器可用于现有钢筋混凝土工程及新建钢筋混凝土结构施工质量的检验，可测定钢筋的位置、走向及布筋情况，已知钢筋直径检测混凝土保护层的厚度，未知直径时同时估测钢筋的直径和保护层厚度。此外,也可对非磁性和非导电介质中的磁性体及导电体进行探测，如墙体内的电缆、水暖管道的检测，更高级的还能图像显示混凝土结构内部钢筋的平面分布图和剖面分布图。

图4.10DJGW--2A钢筋位置测定仪（2）评价标准①二衬钢筋保护层厚度：满足设计要求；②钢支撑保护层厚度：≥20mm；③仰拱钢筋保护层厚度：≥50mm；④钢筋网保护层厚度：≥10mm。表4.2隧道土建结病害监测类型检测项目及检测设备一览表序号检测项目检测设备1二衬混凝土抗压强度回弹仪、非金属超声波测试仪2二衬混凝土裂缝裂缝观测仪、非金属超声波测试仪，卷尺、地质罗盘、量角器3二衬厚度、二衬及与初衬接触的情况

探地雷达4蜂窝、麻面等混凝土外部缺陷刻度放大镜、照相机、直尺5渗漏水水杯、水压测试系统、秒表、PH试纸4.2.1二衬混凝土抗压强度检测

可以采用回弹法、超声波法、超声——回弹法，本节对后两种方法的原理进行介绍。

(1)超声波法原理超声波在混凝土中传播时，纵波波速的平方与混凝土的弹性模量成正比，与混凝土的密实度成反比，而混凝土的强度又与其密度相关，一般来说混凝土强度越高，超声波的速度和频率也越高。因此，根据超声波在混凝土中传播速度可推定混凝土的强度。图4.11超声波测试仪4.2.2隧道混凝土裂缝检测

（1）用皮卷尺测量裂缝的位置（距洞口、或所在的里程桩号）（2）用量角器或罗盘测量在裂缝起始端处裂缝起始端和终端的连线与起拱线或墙底线的夹角。（3）用钢卷尺测量裂缝的长度。（4）用裂缝观测仪或游标卡尺观测裂缝的宽度。（5）用超声波测试仪器测试裂缝的深度。

具体来说裂缝的检查分为两种方法即裂缝简易检查和裂缝变化检查：①裂缝简易检查：使用简易的测量器具或方法，查明裂缝形状有无发展变化。图4.12所示为四种简易检查方法。图4.12裂缝观测仪器图4.13裂缝简易检查方法a)砂浆扁饼；b)标记；C)裂缝测量计；d)标点

②裂缝变化检测：:主要针对裂缝的发展变化进行连续观测，可采用电阻丝应变型的裂缝变形计进行测量，图4.14为裂缝变化检测示例。由于季节的变化，裂缝宽度会随着混凝土的热胀冷缩而变化，因此宜连续测量1年以上的时间，将检查结果按时间顺序记录整理，掌握裂缝发展速度及其规律等。检查时间和周期可参考以下:

周期:1次/月—设置后3个月内；1次/3个月—3个月后；当确认裂缝处于变化中时，可根据其发展变化程度适当增加检查次数；地震(4度以上震级)、暴雨后宜增加检查次数。