隧道試驗檢測考試輔導-6.14

隧道試驗檢測考試輔導—6.14第一頁，共64頁。一、隧道設計理論的發(fā)展及存在的問題二、支護在隧道結構受力承擔的作用三、隧道工程監(jiān)控測量四、隧道建設中存在的問題及檢測技術第二頁，共64頁。一、隧道設計理論的發(fā)展及存在的問題1.1、隧道設計理論的發(fā)展（1）早期圍巖壓力理論（淺埋） 垂直應力是；而側壓系數(shù)有不同認識：Haim認為是1，Rankine認為是，金尼克認為是。（2）散體壓力理論 隨著埋置深度增加，認為作用在支護結構上的壓力是圍巖塌落拱內松動巖體重量：太沙基認為塌落拱是矩形；普氏認為是拋物線。第三頁，共64頁。（3）支護與圍巖共同作用理論 新奧法施工、支護結構的減少。（4）考慮圍巖缺陷的計算理論 節(jié)理裂隙、軟弱夾層、軟土隧道與海底隧道。（5）考慮環(huán)境影響的計算理論 地下水滲流、化學侵蝕、抗震等。第四頁，共64頁。1.2、隧道工程理論與實踐中存在的若干問題隧道圍巖缺陷的探測和描述不清楚，施工階段地質判釋技術不完善現(xiàn)有隧道理論計算結果與實際的差異較大，計算理論不完善地質巖體性質的時間和空間變異性問題地質結構與圍巖類別的識別問題隧道施工中控制超欠挖和開挖振動問題第五頁，共64頁。隧道凈空的合理布置與經濟性問題隧道內防水問題始終是薄弱環(huán)節(jié)隧道通風與污染問題隧道病害原因研究與處治問題隧道建造與運營的環(huán)保及生態(tài)問題，目前意識薄弱隧道路面的設計、施工、養(yǎng)護和維修問題（目前還沒有規(guī)范）第六頁，共64頁。1.3、隧道理論研究及對檢測、監(jiān)測的要求地層原巖應力狀態(tài)及測試技術隧道圍巖的分類及其穩(wěn)定性各種圍巖及洞形的圍巖應力、變形及破壞規(guī)律巖石和土體的力學性質及力學參數(shù)的測試與確定圍巖壓力計算理論研究支護結構應力及變形的現(xiàn)場測試、模型實驗和理論研究支護結構的設計和計算隧道圍巖破壞的防治和加固處理第七頁，共64頁。2.1錨桿的力學作用（1）懸吊作用 將不穩(wěn)定巖層懸吊在堅固巖層上，阻止圍巖移動滑落。（2）減跨作用 在隧道頂板巖層中打入錨桿，相當于在頂板上增加了支點，使隧道跨度減小，從而使頂板巖體應力減小。二、支護在隧道工程中承擔的作用第八頁，共64頁。（3）組合梁作用 在巖層中打入錨桿，將若干薄弱巖層錨固在一起，類似將疊合的板梁變成組合梁，提高巖層的承載力。（4）整體加固作用 錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū)，按照一定間距排列的錨桿在錨固力作用下構成一個均勻的壓縮帶，即承載環(huán)。第九頁，共64頁。2.2有關錨桿的計算（1）錨桿承載力計算 塊體墜落時，除使錨桿受拉外，還對錨桿產生剪切作用。（2）錨桿錨固長度確定 根據(jù)錨桿抗拉強度與砂漿粘結力相等的等強度原則，可確定錨桿的錨固深度（3）錨桿直徑的確定 抗拉強度2倍（4）錨桿間距的確定 每根錨桿所負擔的巖體重量即為所受荷載。第十頁，共64頁。2.3、噴混凝土支護結構（1）噴射砼的作用局部穩(wěn)定充填裂隙、加固圍巖、找平、封閉圍巖防止圍巖風化；整體穩(wěn)定與巖體表面粘結，使表面巖體形成平順的整體；噴砼與圍巖組成共同承載結構；依靠結合面的抗拉、壓、剪能力，與巖體密貼，組成“組合結構”或“整體結構物”。第十一頁，共64頁。（2）有關噴射砼的計算厚度的計算抗沖切；抗撕裂。厚度確定按照抗沖切和抗撕裂分別計算，取其最大值；還必須滿足構造要求：不小于5cm，不大于20cm。第十二頁，共64頁。第十三頁，共64頁。第十四頁，共64頁。第十五頁，共64頁。3.1、監(jiān)測在隧道工程中的地位地面結構工程： “調查－設計－施工”流程，設計途徑是“荷載－結構物”模型出發(fā)而進行力學計算。隧道設計：

(1).理論計算法；(2)工程類比法；(3)現(xiàn)場監(jiān)測。 單獨使用力學方法或經驗法都不能取得較好的效果。隧道工程設計一方面使經驗法科學化；另一方面要使設計中的力學計算具有實際背景。為了做到這一點，現(xiàn)場監(jiān)測就不能不起到特別重要的作用。三、隧道工程監(jiān)控量測第十六頁，共64頁。3.2、現(xiàn)場監(jiān)控量測的目的和意義通過現(xiàn)場監(jiān)控量測可達到以下目的：（1）確保安全：掌握圍巖支護動態(tài),管理量測斷面的信息，確定施工對策和措施，防患于未然；（2）指導施工：預測、確認隧道圍巖最終穩(wěn)定時間，優(yōu)化結構設計、支護參數(shù)和施工工藝、指導施工順序和施作二次襯砌時間；（3）修正設計：結合圍巖力學狀態(tài)，修正圍巖預留變形量、變更圍巖級別以及調整相應圍巖設計參數(shù)，反饋給設計、施工單位，優(yōu)化支護、襯砌結構設計，保障隧道運營階段安全；（4）積累資料：已有的測量結果，可以直接應用到后續(xù)同類地質條件工程中，也可為其他類似工程積累資料。第十七頁，共64頁。3.3、依據(jù)的標準規(guī)范公路隧道設計規(guī)范（JTGD70-2004）公路隧道施工技術規(guī)范（JTGF60-2009）公路隧道通風照明設計規(guī)范（JTJ026.1-1999）公路工程質量檢驗評定標準（JTGF80-2004）鐵路隧道襯砌質量無損檢測規(guī)程（TB10223-2004J341-2004）鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程（TB10121-2007J721-2007）隧道施工圖設計第十八頁，共64頁。序號項目名稱方法及工具布置量測間隔時間1～15d16d～1月1～3月大于3月1地質觀察巖性、結構面產狀及支護裂縫觀察或描述，地質羅盤等開挖后及初期支護后進行每次爆破后進行2周邊位移各種類型收斂計每10～50m一個斷面，每斷面2～3對測點。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月3拱頂下沉水平儀、水準尺、鋼尺或測桿每10～50m一個斷1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月4錨桿或錨索內力及抗拔力各類電測錨桿、錨桿測力計及拉撥器每l0m一個斷面，每個斷面至少做三根錨桿－－－－5地表下沉水平儀、水準尺每5～50m一個斷面，每斷面至少7個測點，每隧道至少2個斷面。中線每5～20m一個測點開挖面距量測斷面前后＜2B時，1～2次／天。開挖面距量測斷面前后<5B時，1次/2天。開挖面距量測斷面前后>5B時，1次／周。3.4、監(jiān)控量測的內容第十九頁，共64頁。6圍巖體內位移（洞內設點）洞內鉆孔中安設單點、多點桿式或綱絲式位移計每5～100m一個斷面，每斷面2～11個測點。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月7圍巖體內位移（地表設點）地面鉆孔中安設各類位移計每代表性地段一個斷面，每斷面3～5個鉆孔同地表下沉要求8圍巖壓力及兩層支護間壓力各種類型壓力盒每代表性地段一個斷面，每斷面宜為15-20個測點1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月9鋼支撐內力及外力支柱壓力計或其他測力計每10榀鋼拱支撐一對測力計1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月10支護、襯砌內應力、表面應力及裂縫量測各類混凝土內應變計、應力計、測縫計及表面應力解除法每代表性地段一個斷面，每斷面宜為11個測點。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月11滲水壓力滲壓計第二十頁，共64頁。 監(jiān)控量測可分為必測項目和選測項目。

必測項目是必須進行的常規(guī)測量： 是判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)、判斷支護結構工作狀態(tài)、指導設計施工的經常性量測，這類量測方法簡單、費用少，但對修改設計、指導施工所起的作用卻非常大。是新奧法量測的重點項目。

選測項目是對具有特殊意義的區(qū)段進行的補充量測： 是以判斷隧道圍巖松動狀態(tài)、判斷噴錨支護效果和為以后設計積累資料為目的的量測。這類量測在方法上比較麻煩，因量測項目過多而造成費用大，因此，除了有特殊量測任務的地段外，只選其中一些必不可少的項目進行量測。

第二十一頁，共64頁。3.5、現(xiàn)場監(jiān)測的主要手段方法

（1）周邊位移量測 在內壁每個斷面采用收斂尺2點對測。測點應在隧道斷面開挖或初噴后24小時內盡快安設，并進行初始讀數(shù)；測點標記，并防止爆破和初噴時擾動、損壞。第二十二頁，共64頁。（2）拱頂下沉量測 拱頂下沉采用精密水準儀量測，滿足0.1mm最小精度要求。 近年來，光學免棱鏡測量系統(tǒng)也逐漸應用于周邊位移、拱頂下沉測量。

第二十三頁，共64頁。（3）錨桿拉拔力 錨桿所能承受的最大拉力，它是錨桿材料、加工和安裝質量的綜合反映，是錨桿質量檢測的一項基本要求。安裝拉拔設備時，避免偏心受拉；加載一般以10kN/min的速率勻速增加，防止忽快忽慢；如無特殊需要，可不作破壞性試驗，拉拔到設計拉力即停止加載。 第二十四頁，共64頁。（4）錨桿軸力 目的是監(jiān)測錨桿實際工作荷載。 埋設前應記錄傳感器初始頻率，編號傳感器，并標記對應接頭，埋設時注意導線保護。 第二十五頁，共64頁。（5）地表下沉測量 此項工作主要針對隧道進出洞口、淺埋段，采用水準測量方法進行。每斷面橫向3B范圍內設置3~7個測點，并在5B范圍外設置臨時水準點；測點采用15cm×15cm混凝土澆注，埋深40cm，中心點埋置Φ10鋼筋頭，露出1cm頭。 第二十六頁，共64頁。（6）斷面尺寸測量 包括：開挖斷面、初期支護斷面、二次襯砌斷面。 一般采用激光斷面儀進行測量，近年來出現(xiàn)許多自動化段面掃描測量系統(tǒng)。

第二十七頁，共64頁。Step2.定位和處理TMSScancloud

隧道掃描的工作流程Step1.掃描過程的控制TMSOffice

Step3.斷面直接評估TMSProfitStep4.表面分析TMSScansurf

第二十八頁，共64頁。隧道描數(shù)據(jù)間隔0.5m提取的單個斷面的分析第二十九頁，共64頁。提取的斷面集合第三十頁，共64頁。（7）圍巖內部位移監(jiān)測 利用傳感器將圍巖深部位移信息傳導至表面，以獲取圍巖松動范圍信息。 埋設前應記錄初始位移值，編號測點，并標記對應接頭。 第三十一頁，共64頁。（8）鋼拱架應力監(jiān)測 目的： 了解鋼支撐應力的大?。慌袛鄧鷰r和支護結構的穩(wěn)定性；預防襯砌偏壓，保證隧道安全。 方法： 型鋼支撐：多采用表面應變計； 格柵支撐：多采用鋼筋應力計。第三十二頁，共64頁。（9）圍巖壓力、初支與襯砌間壓力量測 隧道襯砌上的圍巖壓力分布形式，大小，作用力方向以及隨時間增長的變化情況的獲得，可謂“夢寐以求”?？蔀樗淼涝O計和施工以及圍巖壓力理論研究提供實驗數(shù)據(jù)。 隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護結構要阻止這種變形，在此間埋設壓力盒可直接量測圍巖壓力。第三十三頁，共64頁。（10）混凝土應力量測 包括初噴、二襯混凝土。其目的主要為：了解砼層的變形特性以及砼的應力狀態(tài)；掌握噴層所受應力的大小，判斷噴射砼層的穩(wěn)定狀況；判斷支護結構長期使用的可靠性以及安全程度；檢驗二次襯砌設計的合理性。第三十四頁，共64頁。（1）監(jiān)控量測數(shù)據(jù)整理監(jiān)測數(shù)據(jù)管理要做到規(guī)范、統(tǒng)一。所有原始記錄表格應反映量測數(shù)據(jù)的屬性、位置、時間、單位及其當時的地質和施工情況，確保原始量測數(shù)據(jù)的真實性、可靠性、完整性、規(guī)范性，并且做到資料簽署齊全。監(jiān)測資料包括：監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測方案、監(jiān)測報告（半月報、月報、預警報告、總報告）、監(jiān)測日記、監(jiān)測工程聯(lián)系單以及監(jiān)測會議紀要。并實行文檔集中化管理。3.6、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理第三十五頁，共64頁。（2）監(jiān)測控制標準、警戒值

序號項目控制標準預警標準1拱頂下沉、周邊收斂規(guī)范規(guī)定值規(guī)范規(guī)定值的2/32錨桿軸力及抗拔力鋼材標準強度控制標準的2/33地面沉降設計控制值控制標準的2/34圍巖體內位移設計控制值控制標準的2/35鋼支撐內力鋼材標準強度控制標準的2/36混凝土襯砌應力混凝土標準強度控制標準的2/37圍巖壓力及兩層支護間壓力設計控制值控制標準的2/3第三十六頁，共64頁。（3）隧道穩(wěn)定性綜合評價標準

極值判別 實測最大值或回歸預測值最大值應不大于允許值或設計最大值。

根據(jù)位移速率判別當周邊位移速率小于0.1～0.2mm/d時或拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm/d時，則認為圍巖位移達到基本穩(wěn)定；當周邊位移或拱頂下沉速率大于1.0mm/d時，表明位移不穩(wěn)定，應加強觀測；當周邊位移或拱頂下沉速率大于5.0mm/d時，應報警，進行加固。

根據(jù)位移時態(tài)曲線的形態(tài)判別當位移速率不斷下降時（d2u/dt2＜0）表示趨于穩(wěn)定狀態(tài)；當位移速率保持不變時（d2u/dt2=0）表示不穩(wěn)定，應考慮加強措施；當位移速率不斷上升時（d2u/dt2＞0）表示進入危險狀態(tài)，應立即停止施工。

第三十七頁，共64頁。四、隧道工程建設中存在的問題及檢測技術4.1、隧道施工建設存在問題 （1）變形過大侵入限界 （2）施工塌方 （3）施工中突水、涌泥 （4）支護襯砌背部存在空洞 （5）襯砌厚度不足 （7）襯砌開裂及滲漏水 （8）照明效果差－亮度不足 （9）通風效果差－能見度低第三十八頁，共64頁。4.2、隧道工程試驗檢測的主要內容項目內容方法儀器隧道結構斷面尺寸斷面輪廓檢測隧道激光斷面儀錨桿拉拔力錨桿拉拔試驗錨桿拉拔儀支護（襯砌）背后空洞無損檢測地質雷達襯砌厚度有損或無損檢測電鉆或地質雷達隧道圍巖穩(wěn)定性及支護效果監(jiān)控量測周邊位移水平相對收斂監(jiān)測收斂計或全站儀拱頂下沉拱頂相對下沉監(jiān)測精密水準儀或全站儀錨桿軸力錨桿軸力監(jiān)測鋼筋應力計地表下沉地表下沉量監(jiān)測精密水準儀圍巖內部位移圍巖內部位移監(jiān)測多點位移計圍巖壓力及兩層支護間壓力接觸壓力監(jiān)測壓力盒鋼支撐內力鋼支撐內外側應力監(jiān)測表面應變計和鋼筋應力計隧道環(huán)境檢測照度照度檢測照度計噪聲噪聲檢測精密聲級計CO濃度CO濃度檢測CO濃度檢測儀風速風速檢測風速計煙霧濃度煙霧濃度檢測光透過率儀隧道施工超前地質預報前方地質變化情況、災害體的分布及性質超前地質預報超前地質預報儀（地震探測儀或地質雷達探測儀）第三十九頁，共64頁。4.3、探地雷達在隧道工程中的應用（1）探地雷達系統(tǒng)組成：發(fā)射機和接收機電纜天線控制臺筆記本電腦第四十頁，共64頁。型號制造商波形頻率，MHzSIR-10GSSI,USAImpulse16-1500SIR-2000GSSI,USAImpulse16-1500PulseEkko100Sensors&SoftwareInc.Impulse12.5-200PulseEkko1000Sensors&SoftwareInc.Impulse110-1200Noggin250Sensors&SoftwareInc.Impulse125-375Noggin500Sensors&SoftwareInc.Impulse250-750RamacMalaGeoScience,SwedenImpulse25-1000KSD-21Koden,JapanImpulse50-2000GZ6GeoZondasLtd,LithuanianImpulse200-4000Zond12cRadarSystems,LatviaImpulse38-2000GeoRadar1000BGeoRadar,USASFCW100-1000SPRscanERATechnology,UKImpulse500-1000目前成熟的商用雷達系統(tǒng)：第四十一頁，共64頁。 （2）基本原理介質電磁波速度和穿透深度取決于介質電磁參數(shù)；電磁參數(shù)不同導致反射；記錄反射時間，層析成像。第四十二頁，共64頁。探地雷達數(shù)據(jù)采集模式第四十三頁，共64頁。雙曲線的形成：第四十四頁，共64頁。（3）地質雷達探測有效性

1）雷達探測分辨力 垂直分辨力是指對采樣目標的垂直定位準確度，準確度在于接收波形的時間分辨力。 水平分辨力是指對兩個同等深度的地下目標的分辨程度，取決于脈沖電磁波在地下的擴散程度。2）目標體與周圍介質電性差異 目標體與周圍介質的相對介電常數(shù)和視電阻率的差異越大，界面反射系數(shù)越大，探測效果越好。第四十五頁，共64頁。3）探測深度 探測深度是指對目標體頂界面埋藏深度的探測能力。 高頻天線分辨率、精度較高，但能量衰減較快、探測深度較淺；低頻天線分辨率、精度相對較低、能量衰減較慢、探測的深度較深。

當目標體埋藏深度超過探測深度的50%時，雷達探測法不應被采用。序號天線(MHz)土壤中(m)巖石中(m)備注1252540

2502030

31001220

4200815

5250510

65003.55

780023.5

810001.53

不同天線的穿透深度第四十六頁，共64頁。隧道檢測與天線頻率選擇對照表序號探測目標及深測深度（cm）天線頻率（MHz）備注1噴混凝土（10～20）10002模筑混凝土(30～100)5003襯砌背后圍巖（200～300）200；100 選用天線時，應根據(jù)隧道混凝土厚度及檢測要求來確定天線的頻率。第四十七頁，共64頁。（4）探地雷達信號處理

信號處理方法：雜波抑制；合成孔徑成像；波速估計；目標識別。原始數(shù)據(jù)成像特征提取分類數(shù)據(jù)校正數(shù)據(jù)采集去除天線等的系統(tǒng)誤差:

天線串擾

傳遞函數(shù)不同

非線性效應

參數(shù)估計

數(shù)據(jù)插值

抑制表面雜波

去背景

合成孔徑成像（SAR）

三維成像

空間特征

時域特征

頻域特征去除虛警

目標識別

第四十八頁，共64頁。（5）地質雷達使用示例

1）管線探測

第四十九頁，共64頁。2）隧道襯砌厚度檢測第五十頁，共64頁。3）隧道襯砌空洞檢測襯砌空洞處理前襯砌空洞處理后第五十一頁，共64頁。4）隧道超前地質預報（短期20~30m）第五十二頁，共64頁。