隧道質(zhì)量病害檢測技術(shù)及案例分析

二零一三年七月

講授人：劉紅生

講授內(nèi)容1、隧道工程質(zhì)量檢測的目的和意義2、隧道施工中存在的質(zhì)量問題2.1洞身開挖

2.2工字鋼以及鋼格柵

2.3錨桿

2.4噴射混凝土

2.5仰拱2.1洞身開挖

1.暗洞開挖欠挖，導(dǎo)致斷面尺寸不足，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編織袋裝洞碴回填。

3.開挖過程中設(shè)計(jì)的預(yù)留沉降量一點(diǎn)都沒有開挖，到二次襯砌時到處是欠挖。

4.加大進(jìn)尺?？稍龃笠淮伍_挖長度，減小工序交接次數(shù)。

5.雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖變成了三臺階七步開挖,或者臺階法，變成全斷面也有。

鋼格柵

1.格柵加工制作粗糙，格柵架立的間距嚴(yán)重超標(biāo)，連接筋搭接長度不夠，降低安裝和加工時間。

2.一榀鋼架設(shè)計(jì)是拱頂拱墻7個單元，在實(shí)際施工存在由4個單元組成，還把連接板留在拱頂處，讓受力最大的地方設(shè)成了接頭，仰拱的鋼架一般都較少。

3.間距超標(biāo)，60cm的拉大成80cm，80cm的拉大成1.2m，1m的成了1.5m，還有用兩根鋼筋搭成個拱架的樣子，然后噴射混凝土把沒有做的格柵噴出來，看上去和真的一樣。

4.鋼架高度明顯低于設(shè)計(jì)要求，相臨兩榀鋼架就能差個十幾厘米，預(yù)留變形量和施工誤差成了其降低鋼架的借口了，有的鋼架為了焊接，傾斜度就能到5度，很難保證鋼架的穩(wěn)定性；

5.連接角鋼設(shè)計(jì)是10/8#的，厚度8mm，實(shí)際就用6#的，厚度5mm，連接錨筋基本就沒有，連墻角墊鋼板也是被省了，就象是穿鞋沒鞋底。2.3錨桿

1、加大間距，導(dǎo)致數(shù)量不夠，錨桿能省就全省，不注漿，不按間距施工，只要看看掌子面不出事情就可以了。

2、錨桿長度不足，3.5m的錨桿甚至用80cm-100cm的來代替，先用沖擊鉆打上洞,然后用錨固劑錨住.主要是便于檢查(設(shè)計(jì)一般是3.5米左右),更有在檢查后再抽出換短錨桿的；

3、直徑不足（小直徑替換大直徑），甚至有用跟φ6鋼筋焊上一節(jié)φ22的錨桿插進(jìn)去,檢查了一看外面,錨桿一根根的很漂亮,其實(shí)里面貓膩很大；

4、使用不合格錨桿或者中空錨桿使用普通錨桿等等；

5.用錨固劑代替水泥沙漿；

6.孔洞打的不少,人能夠到的地方深度也夠，插入鋼筋也差不多夠長，可等檢查完就給抽出來換了。

7.中空注漿錨桿不注漿，端部用水泥漿堵死，看上去像注滿了，錨桿尾部折彎，拉拔試驗(yàn)時確保拉不出。

圖2.2錨桿長度過短圖2.3該設(shè)錨桿的地方實(shí)際未布設(shè)錨桿2.4噴射混凝土圖4.4超挖地段在工字鋼內(nèi)側(cè)貼上石棉瓦2.5仰拱

1.仰拱填充與仰拱同時施工；

2.仰拱半幅施工，沒有仰拱棧橋。

3.需打仰拱的不打仰拱，即使做了仰拱，也是欠挖嚴(yán)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.監(jiān)理抽檢完了，把仰拱下的工字鋼再割掉的都有；

5.仰拱的鋼筋混凝土打成片石混凝土的或著用噴射混凝土回彈下來的混凝土填充的都有,再用砂漿抹面跟真的似的,不注意還真看不出來。

6.底板鋼筋直接不放，也有放好讓監(jiān)理檢查，過后直接撤走。3、隧道運(yùn)營過程中的土建結(jié)構(gòu)病害類型3.1隧道滲漏水

3.2襯砌裂損3.1隧道滲漏水

隧道襯砌滲漏水襯砌周圍積水隧道路面冒水3.1.1襯砌滲漏水

隧道襯砌滲漏水發(fā)生的主要原因是隧道的排水系統(tǒng)遭到了阻塞且隧道襯砌出現(xiàn)了裂縫。按滲漏發(fā)生的部位分為：拱部有滲水、滴水、漏水成線和成股射流四種，邊墻有滲水、淌水兩種，少數(shù)有涌水災(zāi)害。其主要危害：隧道滲水對隧道穩(wěn)定、洞內(nèi)設(shè)施、行車安全、地面建筑和隧道周圍水環(huán)境產(chǎn)生諸多不利影響甚至威脅。

圖3.1某隧道內(nèi)發(fā)生透水事現(xiàn)場

圖3.2隧道在運(yùn)營過程中拱頂?shù)叵滤蕠娚錉?.1.2襯砌周圍積水

隧道施工過程中發(fā)生了塌方或超挖現(xiàn)象嚴(yán)重，然而回填不密實(shí)，同時隧道開挖影響了原來地下水的排泄途徑，這些不密實(shí)的地方就成為了地下水的貯存空間。其主要危害：水壓過大時會導(dǎo)致襯砌破裂；軟化圍巖，從而加大襯砌壓力，導(dǎo)致襯砌破裂；膨脹性圍巖體積膨脹，導(dǎo)致襯砌破裂；寒冷地區(qū)引發(fā)凍脹病害圖3.3某隧道左線拱頂積水雷達(dá)圖3.1.3隧道路面冒水

對于路面行車道冒水，一方面隧底圍巖含水量大、水壓較高，另一方面是路面以下隧底結(jié)構(gòu)（仰拱填充和仰拱結(jié)構(gòu)）松散，透水性強(qiáng)，排水能力差，導(dǎo)致地下水容易滲入而無法排出。路面冒水會沖毀路面，同時對隧道路面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不良影響，產(chǎn)生不均勻沉降，從而影響行車安全；圖3.4某運(yùn)營隧道路面滲漏水

圖3.5某隧道道路面滲水引起的交通事故3.2襯砌裂損

造成襯砌裂損的主要原因?yàn)椋河捎谝r砌混凝土施工質(zhì)量不佳，出現(xiàn)離析、氣泡、麻面、不密實(shí)等缺陷，導(dǎo)致承載能力不滿足要求，引起襯砌開裂；由于隧道施工質(zhì)量不佳，導(dǎo)致襯砌厚度不足、初期支護(hù)與二次襯砌不密貼等問題，引起襯砌結(jié)構(gòu)受力特性不良，最終引起襯砌開裂。受地下水影響，隧道基底軟化，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉陷、底鼓或收斂等變形現(xiàn)象，由于混凝土結(jié)構(gòu)變形而導(dǎo)致襯砌裂損。圖3.6某隧道左拱腰裂縫4.1隧道襯砌質(zhì)量檢測序號檢測項(xiàng)目檢測設(shè)備1噴射砼厚度、初襯與圍巖的接觸情況探地雷達(dá)2初期支護(hù)鋼支撐的數(shù)量及分布探地雷達(dá)3錨桿的長度、砂漿飽滿度錨桿質(zhì)量檢測儀4錨桿拉拔力錨桿拉拔計(jì)5初期支護(hù)輪廓線激光斷面儀6噴射混凝土抗壓強(qiáng)度鉆孔取芯機(jī)、萬能試驗(yàn)機(jī)7二襯厚度、二襯及與初襯接觸的情況探地雷達(dá)8二襯混凝土抗壓強(qiáng)度回彈儀9二襯鋼筋保護(hù)層厚度探地雷達(dá)、鋼筋位置測定儀表4.1隧道襯砌質(zhì)量檢測項(xiàng)目及檢測設(shè)備一覽表4.1.1隧道襯砌質(zhì)量檢測

利用探地雷達(dá)對初襯和二襯的厚度、圍巖與初襯、初襯與圍巖的膠結(jié)情況以及初襯鋼拱架數(shù)量及間距、Ⅳ、Ⅴ級圍巖鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測。（1）儀器設(shè)備現(xiàn)場測試采可以用美國SIR型探地雷達(dá)、瑞典的MALA探地雷達(dá)、意大利RIS探地雷達(dá)以及中國的LTD雷達(dá)，天線采用900MHz、500MHz、400MHz的屏蔽天線。檢測時，天線緊貼隧道襯砌表面，沿測線滑動，由雷達(dá)主機(jī)高速發(fā)射電磁脈沖，快速連續(xù)采集。圖4.1SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)

圖4.2MALA探地雷達(dá)

（3）測線布置分離式隧道單洞在隧道的拱頂、左右拱腰及左右邊墻各布置1條測線，共布置5條測線，即1?！?＃測線（見圖4.3）。由于隧道內(nèi)進(jìn)行施工、局部存在障礙物，實(shí)際測線存在一定誤差。圖4.3探地雷達(dá)法檢測測線布置圖

（4）資料解譯圖4.4探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及解釋流程圖

（5）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)⒈噴射混凝土①噴層厚度：平均厚度≥設(shè)計(jì)厚度；檢查點(diǎn)的60%≥設(shè)計(jì)厚度；最小厚度≥0.5設(shè)計(jì)厚度，且≥50mm；②空洞檢測：無空洞，無雜物；⒉二襯混凝土①襯砌厚度:不少于設(shè)計(jì)值。②拱墻背后的空隙必須回填密實(shí)。⒊鋼支撐安裝間距：50mm。4.二襯混凝土鋼筋間距主筋間距：±10mm。錨桿質(zhì)量檢測

（1）原理

采用錨桿質(zhì)量檢測儀（圖4.5）對錨桿的長度、砂漿飽滿度進(jìn)行檢測。錨桿質(zhì)量檢測儀由采集儀、發(fā)射震源、檢波器和分析處理軟件組成。發(fā)射震源產(chǎn)生的彈性波，沿著錨桿傳播并向錨桿周圍輻射能量，檢波器檢測到反射回波，并由檢測儀對信號進(jìn)行分析與存儲。反射信號的能量強(qiáng)度和到達(dá)時間取決于錨桿周圍或端部的灌漿狀況。檢測資料依據(jù)波的反射信號、頻率、振幅等進(jìn)行處理和分析，計(jì)算出錨桿長度、砂漿密實(shí)度及缺陷位置。對比分析端發(fā)端收或側(cè)發(fā)側(cè)收的波形，避免將地層結(jié)構(gòu)的反射信號與錨桿底端或不密實(shí)砂漿段的反射信號相混淆。對比分析實(shí)測錨桿和試驗(yàn)錨桿的波形信號、頻率特征，判斷錨桿的錨固質(zhì)量。根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求確定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，凡錨桿長度或砂漿密實(shí)度不滿足要求的均屬不合格。圖4.5錨桿質(zhì)量檢測儀

（2）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)①錨桿插入孔內(nèi)的長度不得短于設(shè)計(jì)長度的95%。②砂漿錨桿和注漿錨桿的灌漿強(qiáng)度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，錨桿孔內(nèi)灌漿密實(shí)飽滿，飽滿度不少于75%。4.1.3錨桿拉拔力檢測

（1）原理錨桿拉拔力測試是為了解錨桿錨固圍巖的作用和施工安裝質(zhì)量的檢測。錨桿拉拔力指錨桿能夠承受的最大拉力，它是錨桿材料﹑加工和施工安裝質(zhì)量的綜合反映，是錨桿質(zhì)量檢測的一項(xiàng)基本內(nèi)容。錨桿拉拔試驗(yàn)的常用設(shè)備為中空千斤頂﹑手動油壓泵﹑油壓表﹑千分表。圖4.6錨桿拉拔儀器

（2）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

①28d拔力平均值≥設(shè)計(jì)值，最小拔力≥0.9設(shè)計(jì)值。

②按錨桿數(shù)1％做拔力試驗(yàn)，且不小于3根做拔力試驗(yàn)初期支護(hù)輪廓線檢測

（1）原理利用激光斷面儀（圖4.7）對隧道斷面的尺寸進(jìn)行測量，有效控制隧道的斷面尺寸。激光斷面儀法的測量原理為極坐標(biāo)法，是以某物理方向（如水平方向）為起算方向，按一定的間距（角度或距離）依次測定儀器旋轉(zhuǎn)中心與實(shí)際開挖輪廓線的交點(diǎn)之間的矢徑（距離）及該矢徑與水平方向的夾角，將這些矢徑端點(diǎn)依次相連即可獲得實(shí)際開挖輪廓線。通過隧道洞內(nèi)的施工控制導(dǎo)線可以獲得斷面儀的定點(diǎn)定向數(shù)據(jù)，在計(jì)算軟件的幫助下自動完成實(shí)際開挖輪廓線與設(shè)計(jì)輪廓線的空間三維匹配，最后可以輸出包括各測點(diǎn)與相應(yīng)設(shè)計(jì)開挖輪廓線之間的超欠挖值（距離、面積）的圖形。圖4.7BJSD型激光斷面儀

（2）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格控制欠挖。當(dāng)石質(zhì)堅(jiān)硬完整且?guī)r石抗壓強(qiáng)度大于30MPa并確認(rèn)不影響襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度時，允許巖石個別凸出部分(每1m2不大于0.1m2)凸入襯砌斷面，錨噴支護(hù)時凸入不大于30mm，襯砌時不大于50mm，拱腳、墻腳以上lm內(nèi)嚴(yán)禁欠挖。

表4.1

洞身開控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)初襯噴射混凝土強(qiáng)度檢測

（1）原理噴射混凝土強(qiáng)度測試是采用萬能試驗(yàn)機(jī)對從混凝土中鉆孔取出來的芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，從而確定芯樣的抗壓強(qiáng)度。鉆孔取芯是利用鉆機(jī)和人造金剛石空心薄壁鉆頭，從結(jié)構(gòu)混凝土中鉆取芯樣以檢測混凝土的強(qiáng)度。該方法是一種直觀、可靠和準(zhǔn)確的方法，但對結(jié)構(gòu)造成一定的損傷。（2）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)噴射混凝土強(qiáng)度(MPa)：在合格標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)圖4.8萬能試驗(yàn)機(jī)二襯混凝土強(qiáng)度檢測

（1）原理襯砌混凝土強(qiáng)度采用回彈法進(jìn)行檢測，回彈法的原理是：由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與其表面硬度之間存在某種相關(guān)關(guān)系，而回彈儀的彈擊錘被一定的彈力打擊在混凝土表面上，其回彈高度（通過回彈儀讀得回彈值）與混凝土表面硬度成一定的比例關(guān)系。因此以回彈值反映混凝土表面硬度，根據(jù)表面硬度則可推求混凝土的抗壓強(qiáng)度。（2）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度(MPa)：在合格標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)

圖4.9回彈儀4.1.7鋼筋保護(hù)層厚度檢測

(1)原理鋼筋保護(hù)層厚度可以采用探地雷達(dá)也可以采用鋼筋位置測定儀，探地雷達(dá)原理前面已經(jīng)介紹了，這里不做介紹。鋼筋位置測定儀屬于工程檢測儀器，該儀器可用于現(xiàn)有鋼筋混凝土工程及新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，可測定鋼筋的位置、走向及布筋情況，已知鋼筋直徑檢測混凝土保護(hù)層的厚度，未知直徑時同時估測鋼筋的直徑和保護(hù)層厚度。此外,也可對非磁性和非導(dǎo)電介質(zhì)中的磁性體及導(dǎo)電體進(jìn)行探測，如墻體內(nèi)的電纜、水暖管道的檢測，更高級的還能圖像顯示混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的平面分布圖和剖面分布圖。

圖4.10DJGW--2A鋼筋位置測定儀（2）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)①二襯鋼筋保護(hù)層厚度：滿足設(shè)計(jì)要求；②鋼支撐保護(hù)層厚度：≥20mm；③仰拱鋼筋保護(hù)層厚度：≥50mm；④鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度：≥10mm。表4.2隧道土建結(jié)病害監(jiān)測類型檢測項(xiàng)目及檢測設(shè)備一覽表序號檢測項(xiàng)目檢測設(shè)備1二襯混凝土抗壓強(qiáng)度回彈儀、非金屬超聲波測試儀2二襯混凝土裂縫裂縫觀測儀、非金屬超聲波測試儀，卷尺、地質(zhì)羅盤、量角器3二襯厚度、二襯及與初襯接觸的情況

探地雷達(dá)4蜂窩、麻面等混凝土外部缺陷刻度放大鏡、照相機(jī)、直尺5滲漏水水杯、水壓測試系統(tǒng)、秒表、PH試紙4.2.1二襯混凝土抗壓強(qiáng)度檢測

可以采用回彈法、超聲波法、超聲——回彈法，本節(jié)對后兩種方法的原理進(jìn)行介紹。

(1)超聲波法原理超聲波在混凝土中傳播時，縱波波速的平方與混凝土的彈性模量成正比，與混凝土的密實(shí)度成反比，而混凝土的強(qiáng)度又與其密度相關(guān)，一般來說混凝土強(qiáng)度越高，超聲波的速度和頻率也越高。因此，根據(jù)超聲波在混凝土中傳播速度可推定混凝土的強(qiáng)度。圖4.11超聲波測試儀4.2.2隧道混凝土裂縫檢測

（1）用皮卷尺測量裂縫的位置（距洞口、或所在的里程樁號）（2）用量角器或羅盤測量在裂縫起始端處裂縫起始端和終端的連線與起拱線或墻底線的夾角。（3）用鋼卷尺測量裂縫的長度。（4）用裂縫觀測儀或游標(biāo)卡尺觀測裂縫的寬度。（5）用超聲波測試儀器測試裂縫的深度。

具體來說裂縫的檢查分為兩種方法即裂縫簡易檢查和裂縫變化檢查：①裂縫簡易檢查：使用簡易的測量器具或方法，查明裂縫形狀有無發(fā)展變化。圖4.12所示為四種簡易檢查方法。圖4.12裂縫觀測儀器圖4.13裂縫簡易檢查方法a)砂漿扁餅；b)標(biāo)記；C)裂縫測量計(jì)；d)標(biāo)點(diǎn)

②裂縫變化檢測：:主要針對裂縫的發(fā)展變化進(jìn)行連續(xù)觀測，可采用電阻絲應(yīng)變型的裂縫變形計(jì)進(jìn)行測量，圖4.14為裂縫變化檢測示例。由于季節(jié)的變化，裂縫寬度會隨著混凝土的熱脹冷縮而變化，因此宜連續(xù)測量1年以上的時間，將檢查結(jié)果按時間順序記錄整理，掌握裂縫發(fā)展速度及其規(guī)律等。檢查時間和周期可參考以下:

周期:1次/月—設(shè)置后3個月內(nèi)；1次/3個月—3個月后；當(dāng)確認(rèn)裂縫處于變化中時，可根據(jù)其發(fā)展變化程度適當(dāng)增加檢查次數(shù)；地震(4度以上震級)、暴雨后宜增加檢查次數(shù)。