隧道工程檢測技術.ppt

1、隧道工程檢測技術,中鐵四局試驗檢測中心 章國輝,1 概述,隧道工程屬重要的混凝土結構工程，隨著對隧道工程質量的重視，隧道工程的檢測手段不斷提高，從隧道各個施工工序進行監(jiān)控和檢測，以前認為是隱蔽工程的隧道現(xiàn)在已經不再是隱蔽，比如有的工程要求在施作二襯前對噴射混凝土進行雷達檢測、對錨桿長度和砂漿密實度進行檢測等，確保了工程質量內實外美。 隧道工程檢測包含很多方面，涉及面很廣，包含原材料、混凝土配合比、新拌混凝土性能、硬化后混凝土強度厚度、注漿檢測、現(xiàn)場控制檢測、及工程監(jiān)測等，這些檢測分別包含在各個工序中，隧道現(xiàn)場檢測一覽表見表1。,1 概述,表1隧道現(xiàn)場檢測一覽表（TB10751-2010）,1

2、概述,表1隧道現(xiàn)場檢測一覽表（續(xù)）,1 概述,表1隧道現(xiàn)場檢測一覽表（續(xù)）,1 概述,接下來將著重從明洞、洞身開挖、支護、防排水、襯砌等施工過程中包含的重要場檢測加以講解，主要引用的標準： 高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB10753-2010） 鐵路隧道工程施工技術指南（TZ204-2008） 鐵路隧道防排水施工技術指南（TZ331-2009） 鐵路工程結構混凝土強度檢測規(guī)程（TB10426-2004） 鐵路原位測試規(guī)程（TB10018-2003） 貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規(guī)程（JGJ/T136-2001） 公路隧道工程設計規(guī)范(JTG D70-2004) 公路工程質量檢驗評定標準

3、（JTG F80/1-2004） 公路隧道施工技術規(guī)范（JTG F60-2009）,2明洞,2.1明洞開挖 明洞基礎地質情況和地基承載力檢測方法和頻率在鐵路標準中有明確規(guī)定，而公路標準未明確檢測方法和頻率。 標準規(guī)定 高鐵驗標TB10753-2010、 公路驗標JTG F80/1-2004 均要求明洞基礎地質情況和地基承載力應滿足設計規(guī)范要求； 檢測頻率 高鐵驗標TB10753-2010： 每施工段檢測一次，不少于5處； 檢測方法 高鐵驗標TB10753-2010： 靜力觸探或作標準貫入檢測。,2明洞,檢測方法簡介 靜力觸探 （CPT） 基本原理就是用準靜力將一個內部裝有傳感器的觸探頭以勻速壓

4、入土中，由于地層中各種土的軟硬不同，探頭所受的阻力自然也不一樣，傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過電信號輸入到記錄儀表中記錄下來，再通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的定性關系和統(tǒng)計相關關系，來實現(xiàn)取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預估單樁承載力等工程地質勘察目的 設備組成有貫入裝置、傳動系統(tǒng)及測量系統(tǒng)三部分組成，測量系統(tǒng)包括探頭(單橋、雙橋)、電纜和電阻應變儀等。 適用范圍粘性土、粉性土、砂性土。地面以下50m內的各種土層，特別是對于地層情況變化較大的復雜場地及不易取得原狀土的飽和砂土和高靈敏度的軟粘土地層的勘察，更適合采用靜力觸探進行勘察,2明洞,2明洞,標準貫入檢測 （SPT

5、） 基本原理是用63.5kg的錘,自76cm的高度自由落下,將長度51cm、外徑5.1cm、內徑3.49cm的對標準貫入器擊入土中30cm所需的錘擊數(shù),稱為標準貫入擊數(shù)N。是一種動力觸探。 設備組成主要由貫入器、觸探桿和穿心錘三部分組成。 適用范圍一般適用于一般性粘土、粉土和砂類土，可用來判斷砂土密實程度、黏性土塑性狀態(tài)和地基承載力，評定砂類土粉土的地震液化，確定土層剖面。已被列入國家工業(yè)與民用建筑地基基礎設計規(guī)范中 。,2明洞,2明洞,2.2明洞回填 標準規(guī)定 TB10753-2010：回填密實度符合設計要求，回填土壓實度不低于0.8。 JTG F80/1-2004：回填密實度符合設計要求。

6、 檢測頻率 TB10753-2010： 每一作業(yè)循環(huán)檢查一次。 檢測指標 TB10753-2010： 壓實度 JTG F80/1-2004： 控制層厚及碾壓遍數(shù)。,3開挖,洞身開挖前及開挖過程中必須進行地質超前預報，高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB10753-2010），把超前地質預報作為一道工序納入施工組織設計和施工管理中。 超前地質預報采用的方法、預報范圍和頻次應符合設計要求，超前地質預報的施作里程、位置、搭接長度必須符合設計要求。要求超前地質預發(fā)應無縫連接。 采用超前地質鉆和物探法相結合。2009年我局也下了相應的文件（中鐵四技200921號）作了明確規(guī)定，強制要求地質預報。,3開

7、挖,超前地質鉆 優(yōu)點：探測直觀、有效、真實,施工時間短； 缺點：是探測距離有限，一般25m40m，探測面小，因為探測的孔不多，往往存在一孔之見。,3開挖,物探法 物探法常用的主要有地質雷達法、紅外探測法及TSP法、TRT法等。 地質雷達法測的探測距離比較近； 紅外探測法主要探測水； TSP和TRT 是一種比較常用先進的超前地質預報法，它可以探測斷層分部、圍巖變化、溶洞情況等。一般情況，在隧道進洞前50米內采用地質雷達法，50米后采用TSP法或TRT法進行超前地質預報。,TSP原理示意圖,TSP超前地質預報儀,3開挖,TSP和TRT法屬于多波多分量高分辨率地震反射波法。地震波在設計的震源點（通常

8、在隧道的左或右邊墻，大約24個炮點）用小量炸藥激發(fā)產生。當?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性變化等)時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收（圖1）。數(shù)據(jù)通過TSPwin軟件處理，便可了解隧道工作面前方不良地質體的性質（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等）和位置及規(guī)模。,3開挖,根據(jù)以下原則進行： 振幅分析：反射波振幅越高，反射系數(shù)和波阻抗的差別越大，說明存在斷面的可能性較大。 相位分析：正反射振幅表明正的反射系數(shù)，也就是剛性巖層；負反射振幅指向軟弱巖層。 能量分析：若S波反射比P波強，則表明巖層可能飽含水。 波速分析：Vp/

9、Vs較大的增加或泊松比突然增大，常常因流體的存在而引起。 若Vp下降，則表明裂隙密度或孔隙度增加。,4初期支護檢測,初支是隧道工程中重要的施工環(huán)節(jié)，主要的現(xiàn)場檢測有噴射混凝土（早期強度、厚度等）及錨桿的檢測： 4.1噴射混凝土早期強度 標準規(guī)定 TB10753-2010：早期強度應符合設計要求，24h強度不小于10MPa。（指南里還規(guī)定噴射混凝土3h強度應達到1.5MPa） JTG F80/1-2004：早期強度未作明確要求，需根據(jù)設計文件。 檢測頻率 TB10753-2010： 每級連續(xù)圍巖進行一次工藝性試驗。 檢測方法 TB10753-2010： 貫入法、拔出法或無底試模。,4初期支護檢測

10、,檢測方法簡介 所謂工藝性試驗是為考查工藝方法、工藝參數(shù)的可行性或材料的可加工性等而進行的試驗，高鐵驗標要求每級圍巖進行一次工藝性試驗。 貫入法(射釘法)：根據(jù)射釘貫入砂漿的深度和砂漿抗壓強度間的相關關系，采用壓縮工作彈簧加荷，把一測釘貫入砂漿中，由測釘?shù)呢炄肷疃韧ㄟ^現(xiàn)場建立的測強曲線來換算抗壓強度的檢測方法。設備由發(fā)射槍、子彈、鋼釘和測量卡尺組成。 貫入法優(yōu)點快捷、時效性比較強，可操作性強且對噴射混凝土無損傷；缺點是檢測強度的準確性受回歸方程的精度、噴射混凝土的骨料及所選點的位置等因素的影響較大。（引用標準貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規(guī)程JGJ/T136-2001）,4初期支護檢測,拔出法

11、：分為預埋拔出法和后裝拔出法。通過測定拔出力的大小來確定混凝土強度，目前國內以后裝拔出法為主，是在硬化混凝土上鉆孔、磨槽、安裝錨固件后用拔出儀做拔出試驗，具有測試結果可靠、適用范圍廣，操作簡單、成本低等特點。該技術被中國標準化協(xié)會批準為協(xié)會標準后裝拔出家常呢混凝土強度技術規(guī)程(CECS69:2001)。 無底試模法：使用無底試模成型，砂漿容易失水，所測得的強度更接近工程實際值,無底試模的邊長為150cm，成型起來比較方便，抗壓試驗加載方向應與試塊噴射成型方向垂直，抗壓強度換算系數(shù)應通過試驗確定。,4初期支護檢測,4.2噴射混凝土強度 標準規(guī)定 TB10753-2010： 噴射混凝土強度必須符合

12、設計要求。 JTG F80/1-2004：噴射混凝土強度在合格標準內。 檢測頻率 TB10753-2010 每一作業(yè)循環(huán)檢驗一次，每個循環(huán)至少在拱部和邊墻各留置一組檢驗時間。 JTG F80/1-2004 雙車道隧道每10延米，至少在拱腳和邊墻各取1組（3個）試件。其它工程，每噴射50方100方混合料的獨立工程，不少于1組。,4初期支護檢測,檢測方法 采用噴大板切割法。必要時采用鑿方切割法或鉆孔取芯法。 檢測方法簡介 TB10753-2010 附錄K對試件的制作方法進行規(guī)定如下： 噴大板切割法應在施工同時，將混凝土噴射在45*35*12cm（可切割6塊）或45*20*12cm（可切割3塊）的模

13、型內，當達到一定強度后加工成10*10*10cm的立方體試件，在標準條件下養(yǎng)護至28d進行試驗（精確至0.1MPa）。,4初期支護檢測,當采用噴大板切割法對強度有懷疑時，可用鑿方切割法。鑿方切割法應在具有一定強度的支護上，用鑿巖機打密排鉆孔，取出長35cm，寬15cm的混凝土塊，加工成10*10*10cm立方體試件，在標準條件下養(yǎng)護至28d進行試驗（精確至0.1MPa）。 當采用噴大板切割法對強度有懷疑時，也可采用鉆孔取芯法。 鉆孔取芯法應在具有28d強度的支護上，用鉆孔取芯機鉆取并加工成長10cm、直徑10cm的圓柱體進行試驗（精確至0.1MPa）。,4初期支護檢測,4.3噴射混凝土厚度 標

14、準規(guī)定 TB10753-2010 噴射混凝土厚度的檢查點數(shù)90%及以上應大于設計厚度。 JTG F80/1-2004 a平均厚度大于設計厚度； b檢查點數(shù)的60%及以上應大于設計厚度； c最小厚度不得小于設計厚度的1/2,且不得小于5cm。,4初期支護檢測,檢測頻率 TB10753-2010：全斷面開挖時，施工單位每一作業(yè)循環(huán)檢查一次；分部開挖時，施工單位每35m檢查一次，每個斷面應從拱頂起，每間隔2m布設一個檢查點。 JTG F80/1-2004：每10m檢查一個斷面，每個斷面從拱頂中線起每3米檢查1點。 檢測方法 TB10753-2010：埋釘法、鑿孔法或無損檢測法。 JTG F80/1-

15、2004：鑿孔法或雷達檢測法。,4初期支護檢測, 檢測方法簡介 埋釘法：該方法比較好理解，既根據(jù)噴射混凝土設計厚度，先在圍巖上埋設和設計厚度值一樣長度的鋼筋，然后開始施作，直到噴射混凝土將所埋的釘覆蓋。 鑿孔法：除了埋釘法外，可在噴射混凝土8h后用鋼釬鑿孔，若混凝土與圍巖的顏色相近不易區(qū)分時，可采用酚酞試液涂抹孔壁上，呈現(xiàn)紅色的未混凝土厚度。 無損檢測法：目前主要采用地質雷達法對初支厚度及背后缺陷進行檢測，地質雷達原理如下：,SIR-3000型雷達檢測儀,4初期支護檢測,地質雷達發(fā)射天線在待測物表面向其內部發(fā)射頻率為數(shù)百兆赫茲的高頻電磁波，當電磁波遇到不同界面時會發(fā)生反射及透射，反射波返回襯砌

16、表面，又被接收天線所接收（所用的天線為收發(fā)合一的屏蔽天線）。因為噴混中的混凝土、鋼筋、空氣、水和圍巖，其物性差異比較大，電磁波的反射系數(shù)取決于界面兩邊媒質的相對介電常數(shù)的差異，差異越大，反射系數(shù)也越大，所以可得出能反映不同界面的雷達波形，由此可判斷出噴混的厚度及背后缺陷等。 可快速的查出缺陷的位置，以便可有針對性的采取補救措施。 地質雷達儀已經廣泛用于隧道施工過程的監(jiān)控，有的鐵路線已經作為一項工序納入到管理中，它能快速、準確的檢測混凝土厚度、缺陷、及預埋物情況。,4初期支護檢測,4.4與圍巖結合情況 標準規(guī)定 TB10753-2010：噴射混凝土應與圍巖、拱架、鋼筋網結合緊密，背后無空洞、無雜

17、物； JTG F80/1-2004：噴射混凝土支護應與圍巖緊密粘結，結合牢固，不能有空洞，必要時進行粘結力測試。 檢測頻率 TB10753-2010：每10m檢查一個斷面，每個斷面從拱頂中線起每3m檢查1個點； JTG F80/1-2004：每板檢測。 檢測方法 鑿孔法或地質雷達法，一般要求在初支完成之后二襯施作之前進行檢測。,4初期支護檢測,4.5錨桿 4.5.1錨桿材質試驗 包括物理性能和力學性能試驗。 標準規(guī)定 TB10753-2010：錨桿類型必須滿足設計要求，物理性能（公稱直徑、公稱壁厚、公稱質量）指標滿足設計要求，并要符合表2的規(guī)定。 力學性能指標，包括屈服強度或屈服力 、抗拉強度

18、或最大力、斷后伸長率等力學指標應符合表3的規(guī)定。 JTG F80/1-2004：材質、類型、質量、規(guī)格和性能必須符合設計規(guī)范要求。,表2 錨桿的規(guī)格和物理性能指標(表7.4.6,TB10753-2010),表3 錨桿的力學性能指標(表7.4.7，TB10753-2010),4初期支護檢測,檢測頻率 TB10753-2010 物理性能（公稱直徑及質量、壁厚）指標隨機抽樣3%檢驗 力學性能：每批次抽樣2套 檢測方法 物理性能：尺量， 力學性能：主要通過材料試驗機比照鋼筋規(guī)范進行。,4初期支護檢測,4.5.2錨桿安裝尺寸 標準規(guī)定 TB10753-2010 孔徑應符合設計要求?？椎纳疃葢笥阱^桿長度

19、10cm。 孔距允許偏差為15cm。插入長度不得小于設計長度的95%，且應位于孔的中心。 JTG F80/1-2004 孔徑：砂漿錨桿大于直徑+15mm，其它符合設計要求。 錨桿孔的深度允許偏差50mm。 錨桿孔位允許偏差15mm。,4初期支護檢測,檢測頻率 TB10753-2010： 全部檢查。 JTG F80/1-2004： 檢查錨桿數(shù)量的10%。 檢測方法 TB10753-2010：現(xiàn)場尺量或采用聲波反射法（方法簡介見4.5.3）。 JTG F80/1-2004：尺量。,4初期支護檢測,4.5.3砂漿錨桿的灌注砂漿飽滿度 鐵路標準中對砂漿灌注飽滿度有明確規(guī)定，公路標準中對此沒有規(guī)定。 標

20、準規(guī)定 TB10753-2010：砂漿錨桿的灌注砂漿飽滿度大于80%。 檢測頻率 TB10753-2010：測抽樣率不應低于總錨桿數(shù)的10%，且每批不宜少于20根。 檢測方法 TB10753-2010：采用聲波反射法,4初期支護檢測,檢測方法簡介 聲波反射法 是一種無損檢測錨桿長度和砂漿飽滿度（密實度）的方法。 由采集儀及檢測器組成。檢測時先將錨桿裸露端端面處理干凈和平整，檢測器吸在裸露錨桿的端面上，通過擊震錨桿的端面產生擊震波，擊震波沿著錨桿傳播并向錨桿周圍輻射能量，反射回來的時間和能量取決于錨桿周圍或端部的錨固密實情況，這時檢波器檢測到反射波，并有檢測儀對反射波進行記錄，通過對記錄的反射波

21、進行分析，可得出錨桿長度和錨固密實度。然后對錨桿進行綜合性評價，根據(jù)波形特征和密實度將錨桿質量分為ABCD四個等級，下表為錨桿評判標準表：,錨桿無損檢測儀,時域、頻域圖,4初期支護檢測,錨固密實度的確定： 錨桿的密實度根據(jù)公式按長度比例估算：, 除孔口段末端部分外，錨固密實度可依據(jù)反射能量法按公式估算，主要原理是通過反射波能量和入射波能量的比值判定錨固密實度，錨桿檢測儀上也有自動計算值：,4初期支護檢測,4初期支護檢測,4.5.4錨桿抗拔力 錨桿抗拔力試驗是檢驗錨桿質量的一個參數(shù)，通過測定錨桿的抗拔力對錨桿的錨固性能進行大致評價，但鐵路和公路行業(yè)標準對錨桿抗拔力的規(guī)定不同，TB10753-20

22、10中主要強調錨桿的安裝和錨桿長度及灌注砂漿飽滿度； JTG F80/1-2004中明確了錨桿抗拔力的檢測，沒有對錨桿長度和灌注砂漿飽滿度作規(guī)定。 但是有些新建鐵路線設計圖中對抗拔力有具體要求，比如寶蘭11標隧道工程圖紙中便對錨桿拉拔力作了明確規(guī)定（150kN）,4初期支護檢測,標準規(guī)定 JTG F80/1-2004 28d抗拔力平均值設計值，最小抗拔力0.9倍設計值。 檢測頻率 JTG F80/1-2004 按錨桿總數(shù)的1%且不小于3根。 試驗方法：錨桿拉拔儀 錨桿拉拔儀是利用噴射混凝土為支撐面，通過油壓千斤頂加壓，測試出錨桿的抗拔力，見下圖。,試驗過程中需特別注意： 千斤頂應與錨桿同心，切

23、忌偏心受拉，要求被測錨桿周圍噴射混凝土面平整。 加載應勻速，一般以10kN/min的速率增加。 如無特殊需要，一般可不做破壞性試驗，拉拔到設計拉力即停止加載。 千斤頂應固定牢靠，操作人員不能站在錨桿的軸線延長線方向（正后方）。,5防排水,防水板對隧道的防滲漏水起到關鍵作用，沒有牢靠的隧道防水板，地下水會侵，嚴重時會影響隧道的使用壽命。鐵路規(guī)范中對防水板的鋪設和防水板焊縫作為主控項目進行控制。 5.1防水板的鋪設 標準規(guī)定TB10753-2010 鋪設范圍應符合設計要求。 與基面固定牢固，松緊應適度，不得有繃緊和破損現(xiàn)象。 實鋪長度與初期支護基面弧長比值為10:8，掛吊點設置的數(shù)量應合理。 搭接

24、寬度15cm，分段鋪設的防水板的邊緣部位應預留至少60cm的搭接余量，允許偏差為10mm；全包式防水應在防水板搭接寬度15cm左右兩側各留不小于10cm鋪設雙面自粘式防水板。 防水板搭接縫與施工縫錯開距離不應小于100cm，允許偏差為 5mm，環(huán)向鋪設時先拱后墻，下部防水板應壓住上部的防水板。,5防排水,JTG F80/1-2004 搭接寬度10cm?？p寬，兩側焊縫寬25mm，粘縫寬50mm。每個搭接檢查5處。固定點間距符合設計要求，檢查總數(shù)的10%。 檢查頻率： TB10753-2010：每澆筑一段檢查一次。 JTG F80/1-2004：搭接寬度，全部搭接均要檢查，每個搭接檢查3處；縫寬，

25、每個搭接檢查5處；固定點間距，檢查總數(shù)的10%。 檢查方法：觀察和尺量。,5防排水,5.2防水板接縫質量檢測 鐵路規(guī)范對焊縫作了明確規(guī)定，而且在鐵路防排水施工技術指南中明確了檢測方法(高鐵驗標條文里進行了規(guī)定)，公路規(guī)范作了一般性規(guī)定。 標準規(guī)定 TB10753-2010：防水板按設計要求進行雙焊縫焊接時，每一單焊縫的寬度不應小于15mm。焊縫應無、焊焦、焊穿等現(xiàn)象。若有漏焊、假焊，應補焊，若有焊焦、焊穿處，以及外露的固定點，應采用同質材料覆蓋焊接。 JTG F80/1-2004：接縫、補眼黏貼密實飽滿，不得有氣泡孔隙。 檢驗頻次 公路規(guī)范作為外觀鑒定一般檢查項目，TB10753-2010，要

26、求如下：每一澆筑段環(huán)向檢查1條焊縫，縱向檢查2條焊縫。 檢驗方法 焊縫質量采用雙焊縫間充氣檢查。對防水板的補焊采用負壓檢測法（即真空罩）進行檢驗，下面簡要敘述一下充氣檢查焊縫的過程：,5防排水,檢驗方法簡介 充氣檢查方法是將5號注射針與壓力表相連接，用打氣筒進行充氣，當壓力表達到0.25MPa時停止充氣，保持15min，壓力下降在10%以內，焊縫合格。如果壓力下降過快說明有滲漏，用肥皂水涂抹在焊縫上，找到有氣泡的地方予以重新補焊，充氣檢測的長度不宜大于40m。,充氣檢測儀,5防排水,6二襯混凝土質量檢測,6.1新拌混凝土強度檢測 混凝土強度等級必須符合設計要求。施工過程中混凝土強度的檢測主要以標養(yǎng)的混凝土試件為準，隧道襯砌、仰拱、底板混凝土尚應采用同條件試件檢測結構實體強度。鐵路隧道工程試件標養(yǎng)時間56天； 公路隧道工程試件標養(yǎng)試件28天， 均以150*150*150mm為標準。不同強度等級及不同配比的混凝土應在澆筑點隨機制作試件。,6二襯混凝土質量檢測,6.2二襯混凝土強度檢測 二襯混凝土硬化后需對其強度進行檢測，檢測方法主要有回彈法、超聲回彈綜合法和取芯法，前兩種為無損檢測方法，取芯法比較準確。 1、回彈法 由于混凝土的抗壓強度與其表面硬度存在相關關系，彈