隧道仰拱施工質(zhì)量檢測方法

1、這篇工程管理論文發(fā)表了隧道仰拱施工質(zhì)量檢測方法，論文根據(jù)多年 的檢測經(jīng)驗(yàn)，對比分析了隧道仰拱施工質(zhì)量現(xiàn)有主要檢測方法的優(yōu)缺 點(diǎn)，并就隧道仰拱施工質(zhì)量檢測方法的選取提出了合理建議，以期達(dá) 到為今后隧道仰拱施工質(zhì)量檢測提供借鑒的目的。土木建筑工程信息技術(shù)關(guān)鍵詞:工程管理論文，隧道仰拱，質(zhì)量檢測，地質(zhì)雷達(dá)，傳統(tǒng)地質(zhì)鉆 機(jī)引言伴隨著國家中長期鐵路規(guī)劃的逐步實(shí)施，西部路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò) 大。在多山的西部地區(qū)修建鐵路“逢山鑿洞，遇河架橋”，隧道工程 所占的比例越來越大。仰拱作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)的重要組成部分，能改 善襯砌結(jié)構(gòu)的受力形式，調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩分布，在提高隧 道襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力、安全度和耐久性，

2、抑制圍巖內(nèi)塑性區(qū)的擴(kuò)展， 約束隧道洞周位移發(fā)展等方面有重要作用1-2。盡管隧道仰拱對于隧 道襯砌結(jié)構(gòu)極其重要，但在仰拱實(shí)際施工過程中，施工質(zhì)量控制卻困 難重重，主要原因:一方面是隧道仰拱屬于隱蔽性工程，有效監(jiān)管困 難;另一方面是受仰拱與掌子面距離限制和上臺階施工干擾，為了保 證施工進(jìn)度，施工單位經(jīng)常將仰拱與仰拱填充一次澆筑。因此，選取 合適的檢測方法對隧道仰拱施工質(zhì)量進(jìn)行檢測意義重大。1隧道仰拱常見施工質(zhì)量問題及現(xiàn)有的主要檢測方法在以往的檢測過程中，發(fā)現(xiàn)仰拱施工主要存在的質(zhì)量問題有仰拱 厚度不足、仰拱強(qiáng)度不夠、仰拱填充回填片石或洞渣、仰拱底部清理 不徹底，有虛渣、仰拱鋼筋或鋼架間距超標(biāo)甚至缺失

3、等3。這些質(zhì)量 問題的存在，將會導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)整體承載能力的降低，出現(xiàn)仰拱隆起、 翻漿冒泥、拱墻開裂，甚至隧道整體失去穩(wěn)定等一系列影響運(yùn)營安全 的事故發(fā)生。隧道仰拱施工質(zhì)量檢測與評估的方法，主要有地質(zhì)雷達(dá) 法、鉆芯法、聲波法、瞬變電磁法、超聲回彈綜合法、回彈法、瑞雷 波法、地震影像法及紅外線探測法等。檢測方法雖然很多，但如何保 證隧道仰拱施工質(zhì)量檢測的準(zhǔn)確可靠卻一直困擾著檢測工作者們。在 實(shí)際工程檢測工作中，最常用到的檢測方法有地質(zhì)雷達(dá)法和鉆芯取樣 法。2隧道仰拱施工質(zhì)量常用檢測方法評述2.1地質(zhì)雷達(dá)法2.1.1地質(zhì)雷達(dá)法檢測工作原理4地質(zhì)雷達(dá)是采用無線電磁波檢 測地下介質(zhì)分布和對不可見目標(biāo)體或

4、地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi) 部結(jié)構(gòu)形態(tài)或位置的電磁技術(shù)。其工作原理為:高頻電磁波以寬頻帶 脈沖形式通過發(fā)射天線發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)體反射或透射后，由接受天線接 收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強(qiáng)度和波形將隨所 通過介質(zhì)的介電特性及匯集形態(tài)不同而變化，并由此通過對時域波形 的采集、后處理和分析，從而確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié) 構(gòu)形態(tài)。地質(zhì)雷達(dá)具有分辨率高、無損傷、效率高、抗干擾能力強(qiáng)等 特點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)檢測采用剖面法，即發(fā)射天線和接收天線(R)以固 定的間距沿測線同步移動的量測方式，量測結(jié)果可用地質(zhì)雷達(dá)時間剖 面圖表示，其中橫坐標(biāo)記錄天線在測線上的位置，縱坐標(biāo)為反射波雙 程走時，表示

5、雷達(dá)波從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)介質(zhì)界面反射再回到接收天線 所需的總時間。這種記錄能準(zhǔn)確描述測線下方各反射界面的狀態(tài)。雷 達(dá)工作原理，見圖1。為確保時間剖面上各測點(diǎn)的里程位置與實(shí)際檢測里程位置相一 致，在隧道左右邊墻上每5m作一個標(biāo)記，方便標(biāo)注里程時核對。在 數(shù)據(jù)后處理過程中，根據(jù)標(biāo)記和記錄的起始里程進(jìn)行分析處理。襯砌 界面的判釋:襯砌混凝土、噴射混凝土與圍巖(或其間脫空區(qū)域中的空 氣)存在明顯的介電特性差異，因此在時間剖面圖上，混凝土襯砌底 面與巖石之間有明顯的分界面。襯砌混凝土與噴射混凝土之間的介電 特性也存在差別，利用介電特性的差別來判定不同介質(zhì)之間的界面。 數(shù)據(jù)處理及資料解釋流程，見圖2。原始數(shù)

6、據(jù)經(jīng)過處理后，得到深度 與時間剖面，見圖3。然后，對比設(shè)計參數(shù)進(jìn)行分析并得出檢測結(jié)果。2.1.2地質(zhì)雷達(dá)法優(yōu)缺點(diǎn)地質(zhì)雷達(dá)法檢測隧道仰拱，其優(yōu)點(diǎn)是儀 器輕便，無損檢測，檢測速度快，能連續(xù)檢測一條測線，檢測結(jié)果代 表性較高。但由雷達(dá)天線頻率決定的探測深度與分辨率是互相制約 的，高頻電磁波分辨率高，而淺部損耗嚴(yán)重，探測深度小;低頻電磁 波穿透深度大，但分辨率較低5。在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)法對隧道仰拱進(jìn)行 檢測時，對仰拱厚度的判斷多數(shù)基于仰拱上層鋼筋的雷達(dá)波反射信 號，僅能大致推測仰拱的厚度，誤差較大，并且地質(zhì)雷達(dá)在檢測仰拱 鋼筋或鋼架時，也難以定量，僅能對鋼筋或鋼架的有無進(jìn)行定性判斷。隧道仰拱實(shí)際檢測過程中

7、，常用的天線頻率有400，200(270)MHz。 270MHz天線檢測某隧道仰拱時的典型雷達(dá)圖譜，見圖4、圖5。圖4 基本看不到仰拱底部的反射面，且此段落仰拱無鋼筋;圖5中因仰拱 有鋼筋而可以清晰看到鋼筋反射界面，鋼筋反射界面呈一條白色反射 帶，鋼筋間距無法量化，且仰拱底部仍然無法看到。圖4、圖5由于 雷達(dá)天線頻率較低，故分辨率也很低。400MHz天線檢測某隧道仰拱 時的典型雷達(dá)圖譜，見圖6、圖7。圖6中，由于仰拱無鋼筋而看不 到清晰的反射界面;圖7中由于仰拱有鋼筋，雷達(dá)圖像能清晰看到鋼 筋層反射界面，但仰拱底部反射界面仍無法看到，相比較于圖5中鋼 筋層反射界面，圖7中鋼筋層反射界面要清晰很

8、多，但鋼筋的間距仍 難以量化。2.2傳統(tǒng)鉆芯法檢測隧道仰拱施工質(zhì)量2.2.1傳統(tǒng)鉆芯法檢測原理傳統(tǒng)鉆芯法采用地質(zhì)鉆機(jī)在擬取芯部 位進(jìn)行鉆孔取芯檢測，通過量測芯樣長度來檢測隧道仰拱厚度；芯樣 經(jīng)過切割加工后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，檢測仰拱混凝土強(qiáng)度;通過取芯過程 中的芯樣描述對仰拱填充進(jìn)行評價;通過隧底芯樣對隧道底部圍巖情 況進(jìn)行檢測，判斷隧底清理是否徹底、是否有虛渣以及隧底圍巖情況。2.2.2傳統(tǒng)鉆芯法優(yōu)缺點(diǎn)傳統(tǒng)鉆芯法檢測，其缺點(diǎn)為破損檢測， 且為局部點(diǎn)位檢測，代表性較雷達(dá)法較差，鉆機(jī)移動緩慢，效率不高。 但鉆芯法檢測優(yōu)點(diǎn)突出，具有測試結(jié)果誤差小、直觀，檢測結(jié)果可靠， 不僅能真實(shí)反映仰拱混凝土厚度和回填

9、情況，還可以進(jìn)一步檢測仰拱 混凝土的強(qiáng)度以及對隧道底部圍巖情況進(jìn)行檢測，見圖8。2.2.3傳統(tǒng) 鉆芯法改進(jìn)方法為了克服鉆機(jī)移動緩慢，鉆芯效率不高這一問題，實(shí) 際工作中可以考慮將地質(zhì)鉆機(jī)安設(shè)到小型貨車上，由此可以加快移動 轉(zhuǎn)場速度，提高工作效率，見圖9。對取芯代表性較差這一問題，還 可考慮取芯時加大取芯密度，甚至可以考慮在每板施工的仰拱上隨機(jī) 進(jìn)行至少一處鉆芯檢測，以增強(qiáng)鉆芯檢測的代表性。2.2.4傳統(tǒng)鉆芯法檢測隧道仰拱質(zhì)量注意事項（1）鉆芯部位應(yīng)根據(jù) 需要合理布置，如無特殊需求，一般將取芯部位選在隧道中心水溝， 既降低了對隧道施工的干擾，又方便鉆芯過程中冷卻水的循環(huán)利用。 鉆孔深度應(yīng)鉆至隧底。

10、（3）鉆頭內(nèi)徑要滿足芯樣抗壓要求;鉆頭材質(zhì) 最好采用金剛石，并采用濕式鉆芯，利用水循環(huán)降低鉆進(jìn)過程中鉆頭 的溫度，且每次鉆進(jìn)深度不宜超過50cm，以提高芯樣鉆取質(zhì)量。（4） 鉆芯前要平整場地，使地質(zhì)鉆機(jī)安放平穩(wěn)，并準(zhǔn)確獲取取芯位置處的 實(shí)際標(biāo)高、隧道底部的設(shè)計標(biāo)高和鉆芯取樣結(jié)束后的孔底標(biāo)高。（5） 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速根據(jù)地層軟硬進(jìn)行選擇，一般情況下使用慢速或中速，每鉆 進(jìn)5070cm倒換一次鉆桿夾持器。（6）做好鉆芯過程記錄，芯樣存放 在芯樣盒內(nèi)，按鉆取先后順序存放，并做好芯樣存放記錄，記錄好混 凝土芯樣里程部位、芯樣深度范圍等。對取芯過程做好影像資料留存，對芯樣進(jìn)行封存。鉆芯取 樣結(jié)束后，及時對鉆孔進(jìn)

11、行注漿恢復(fù)，注漿材料建議用微膨脹混凝土 進(jìn)行充填，并振搗密實(shí)，以免因鉆芯引起仰拱結(jié)構(gòu)水壞隱患。2.3便 攜式地質(zhì)鉆機(jī)鉆芯法檢測仰拱質(zhì)量便攜式地質(zhì)鉆機(jī)也稱背包式地質(zhì) 鉆機(jī)，便攜式地質(zhì)鉆機(jī)鉆芯檢測方法是最近才發(fā)展起來的一種新型檢 測方法，也是非常具有發(fā)展前景的一種鉆芯檢測方法。其檢測原理與 傳統(tǒng)鉆芯法的檢測原理基本一致，但相比于傳統(tǒng)鉆芯檢測方法，便攜 式地質(zhì)鉆機(jī)攜帶方便，操作靈活、鉆孔快捷，且自帶汽油發(fā)動機(jī)，無 需接入外部電源，供水系統(tǒng)有壓力瓶或小型水泵。由于便攜式地質(zhì)鉆 機(jī)取出的芯樣直徑目前多數(shù)情況下只有23cm，按現(xiàn)行規(guī)范不能進(jìn) 行抗壓試驗(yàn)，因此便攜式地質(zhì)鉆機(jī)取芯僅能檢測仰拱的厚度和仰拱填 充情況。便攜式地質(zhì)鉆機(jī)及現(xiàn)場取芯工作，見圖10。取出的芯樣， 見圖11。3結(jié)語隧道仰拱施工質(zhì)量檢測方法，應(yīng)根據(jù)檢測目的選擇一種或幾種：（1） 當(dāng)僅需檢測仰拱厚度時，可以考慮選取便攜式地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆芯檢 測。（2）當(dāng)需要檢測仰拱厚度和強(qiáng)度時，則需要采用傳統(tǒng)地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行 鉆芯檢測。（3）當(dāng)需要檢測仰拱鋼筋和鋼架情況時，則需用地質(zhì)雷達(dá)法 進(jìn)行檢測;不過地質(zhì)雷達(dá)法在檢測仰拱鋼筋或鋼架時，也僅僅能定性 判斷出隧道仰拱中鋼筋或鋼架的有無或大致判斷出鋼筋鋼架的間距， 而鋼筋或鋼架的準(zhǔn)確間