隧道工程质量检测经典讲义.ppt

s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y高高 速速 铁铁 路路 隧隧 道道 质质 量量 检检 测测 一一二、锚杆质量二、锚杆质量三、钢架三、钢架四、隧道衬砌四、隧道衬砌五、五、厚度及缺陷厚度及缺陷六六隧道断面隧道断面 七、衬砌裂缝及渗漏水七、衬砌裂缝及渗漏水汇汇报报提提要要 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y一、一、概述概述一、概述 改革开放以来，国民经济持续稳定向前发展，国家对基础改革开放以来，国民经济持续稳定向前发展，国家对基础设施建设力度日渐加强，随着国家交通的不断发展，高速（客运设施建设力度日渐加强，随着国家交通的不断发展，高速（客运专线）专线）/重载铁路和高速公路分别是铁路、公路陆路交通发展的重载铁路和高速公路分别是铁路、公路陆路交通发展的主方向，使得新建铁路、公路隧道的主方向，使得新建铁路、公路隧道的等级、规模、数量等级、规模、数量逐年递增。逐年递增。从而对从而对隧道检测技术隧道检测技术提出了更高要求：采用提出了更高要求：采用高效高效且对隧道工程质且对隧道工程质量能进行量能进行全面快速全面快速评价的评价的无损检测无损检测方法。方法。无损检测无损检测方法即是无破损性的检测方法，是针对钻芯取样方法即是无破损性的检测方法，是针对钻芯取样等等有破损性有破损性检测提出的。检测提出的。1 1、隧道衬砌质量无损检测、隧道衬砌质量无损检测一、概述 保证工程质量是建设者们的基本要求，因此检测技术作为质量保证工程质量是建设者们的基本要求，因此检测技术作为质量管理的重要手段越来越为人们所重视。隧道工程是一项隐蔽性很强的管理的重要手段越来越为人们所重视。隧道工程是一项隐蔽性很强的工程，其施工也是一个动态的过程，因此在工程检测中，也按施工的工程，其施工也是一个动态的过程，因此在工程检测中，也按施工的先后顺序分成三个阶段进行：即先后顺序分成三个阶段进行：即施工前、施工中施工前、施工中以及以及施工后施工后检测。检测。（1 1）施工前检测）施工前检测 施工前检测主要是与现场中心试验室配合，对结构的施工前检测主要是与现场中心试验室配合，对结构的原材料、原材料、混凝土配合比、外加剂混凝土配合比、外加剂等进行检测，防止不合格的材料进入施工现场，等进行检测，防止不合格的材料进入施工现场，只有用只有用合格合格的的材料材料才能修建出才能修建出合格合格的的工程工程。1 1、隧道衬砌质量无损检测、隧道衬砌质量无损检测一、概述 （2 2）施工中检测）施工中检测 目前的质量控制大多是目前的质量控制大多是“重二衬，轻初支重二衬，轻初支”，实际上隧道，实际上隧道初期初期支护支护是隧道的主要承力结构，对整个隧道结构的耐久性起着很重要的是隧道的主要承力结构，对整个隧道结构的耐久性起着很重要的作用，故在隧道施工质量过程控制中，对初期支护各结构的施工质量作用，故在隧道施工质量过程控制中，对初期支护各结构的施工质量均需进行必要的检测。施工中检测主要包括：均需进行必要的检测。施工中检测主要包括：开挖断面、锚杆质量开挖断面、锚杆质量（长度、砂浆饱和度及抗拔力）、钢拱架或格栅钢架、喷混凝土强度、（长度、砂浆饱和度及抗拔力）、钢拱架或格栅钢架、喷混凝土强度、厚度厚度等，主体等，主体为初期支护为初期支护。（3 3）施工后检测）施工后检测 隧道施工完成后，检测的主要项目为隧道施工完成后，检测的主要项目为隧道净空、二次衬砌强度、隧道净空、二次衬砌强度、厚度、密实度以及衬砌背后的空洞厚度、密实度以及衬砌背后的空洞等，主体为等，主体为二次衬砌二次衬砌。1 1、隧道衬砌质量无损检测、隧道衬砌质量无损检测一、概述2 2、无损检测内容及其方法、无损检测内容及其方法施工过程及检测项目施工过程及检测项目检测方法检测方法采用仪器采用仪器备注备注施工中锚杆长度、注浆饱和度；锚杆抗拔力应力反射波拉拔试验锚杆质量检测仪锚杆拉拔仪喷混凝土强度射钉枪气压射钉枪系统喷混凝土厚度、背后缺陷地质雷达RAMAC/GPR格栅/型钢榀数地质雷达RAMAC/GPR开挖断面净空激光断面仪或全站仪激光断面仪施工后衬砌混凝土强度超声回弹综合法超声波检测仪混凝土回弹仪钻芯取样衬砌混凝土厚度及背后缺陷地质雷达RAMAC/GPR衬砌背后围岩状况地质雷达RAMAC/GPR衬砌裂缝及渗漏水人工目测分格素描游标卡尺、数码像机隧道净尺寸激光断面仪或全站仪激光断面仪（1）按施工过程一、概述2 2、无损检测内容及其方法、无损检测内容及其方法（2）按检测项目检测项目检测项目方法方法仪器仪器备注备注锚杆质量应力反射波拉拔试验锚杆质量检测仪锚杆拉拔仪锚杆长度、注浆饱和度；抗拔力钢架地质雷达RAMAC/GPR格栅/型钢数量混凝土强度射钉枪超声回弹综合法气压射钉枪系统超声波检测仪和混凝土回弹仪钻芯取样衬砌厚度及缺陷地质雷达RAMAC/GPR隧道断面激光断面仪激光断面仪开挖断面、隧道净空尺寸衬砌裂缝及渗漏水人工目测分格素描游标卡尺、数码像机 s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y二、锚杆质量二、锚杆质量二、锚杆质量 锚杆锚杆是将破碎或不稳定岩体是将破碎或不稳定岩体(块块)与牢固稳定的岩体连结在一起以与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整体稳定性提高整体稳定性的一种的一种支护措施支护措施。当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相同。锚杆当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相同。锚杆内端内端处处于牢固稳定岩体的部段，其锚固力主要起着于牢固稳定岩体的部段，其锚固力主要起着固定锚杆的作用固定锚杆的作用；而锚杆；而锚杆外外端端处于破碎或不稳定岩体的部段，其锚固力主要起着将该段处于破碎或不稳定岩体的部段，其锚固力主要起着将该段岩体岩体(块块)与与锚杆连结在一起的作用锚杆连结在一起的作用（图（图1 1）。要让锚杆能发挥设计的效果，除保证）。要让锚杆能发挥设计的效果，除保证锚杆的锚杆的长度长度满足设计要求满足设计要求外，还要使各段都能外，还要使各段都能均匀而有效地均匀而有效地与岩体锚固与岩体锚固在一起（保证注浆饱和度）。在一起（保证注浆饱和度）。图图1 理想锚杆受力示意图理想锚杆受力示意图距岩面距离(m)x轴力(kN)P二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 锚杆锚杆长度长度及及注浆饱和度注浆饱和度均采用均采用应力反射波法应力反射波法检测。检测仪器为检测。检测仪器为锚锚杆质量检测仪杆质量检测仪，见下图。，见下图。锚杆质量检测仪锚杆质量检测仪 二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 1 1）锚杆长度）锚杆长度 应力反射波法是一种无损检测方法应力反射波法是一种无损检测方法,该该方法的基本理论依据为一维杆件的弹性应力方法的基本理论依据为一维杆件的弹性应力波反射理论。波反射理论。在锚杆顶部激发弹性应力波在锚杆顶部激发弹性应力波,当弹性应当弹性应力波传播到锚杆底部时由于锚杆和锚杆底部力波传播到锚杆底部时由于锚杆和锚杆底部的岩石存在波阻抗差异的岩石存在波阻抗差异,将产生反射波回到将产生反射波回到锚杆顶。根据锚杆顶。根据反射波的走时反射波的走时和锚杆中的和锚杆中的应力应力波传播速度波传播速度就可以用就可以用(1)(1)式求出锚杆长度式求出锚杆长度L L，锚杆中的应力波传播速度可在现场已知长度锚杆中的应力波传播速度可在现场已知长度的锚杆上进行标定。的锚杆上进行标定。2tvLc式中式中:v vc c锚杆中应力波传播速度锚杆中应力波传播速度;t t应力反射波的双程走时。应力反射波的双程走时。（1)应力波在锚固界面上的反射应力波在锚固界面上的反射二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 2 2）注浆饱和度）注浆饱和度 注浆饱和度检测注浆饱和度检测通过测定锚杆通过测定锚杆不同方位不同方位、不同距离不同距离应力波应力波的的阻尼阻尼情情况，即锚杆与围岩的耦合情况来判断注浆饱和度。由应力波在介质中的况，即锚杆与围岩的耦合情况来判断注浆饱和度。由应力波在介质中的传播特性可知：应力波在传播特性可知：应力波在坚硬完整坚硬完整的介质中的介质中传播速度大，衰减速度快传播速度大，衰减速度快，而在而在松散及不完整松散及不完整介质中应力波的介质中应力波的传播速度小，衰减速度慢传播速度小，衰减速度慢。全锚锚杆实测波形与锚固质量结果全锚锚杆实测波形与锚固质量结果二、锚杆质量2.1 2.1 锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度 2 2）注浆饱和度）注浆饱和度 利用应力波这一传播特性来判断注浆饱和度情况，对于利用应力波这一传播特性来判断注浆饱和度情况，对于注浆饱满注浆饱满的，砂浆和岩石的耦合性好，可看成完整的介质，因此应力波的的，砂浆和岩石的耦合性好，可看成完整的介质，因此应力波的波形规波形规则衰减快则衰减快，近于指数衰减；对于，近于指数衰减；对于注浆饱满程度差注浆饱满程度差的，则砂浆和岩石间的的，则砂浆和岩石间的耦合性差，可看成松散不完整的介质，应力波的耦合性差，可看成松散不完整的介质，应力波的波形杂乱，衰减慢波形杂乱，衰减慢。根据不同方向、不同部位击震的应力波衰减曲线就可以对注浆饱根据不同方向、不同部位击震的应力波衰减曲线就可以对注浆饱和度作出判断。和度作出判断。部分锚固状态实测波形及锚固状态分析结果部分锚固状态实测波形及锚固状态分析结果二、锚杆质量2.2 2.2 锚杆抗拔力锚杆抗拔力 锚杆抗拔力通过锚杆抗拔力通过拉拔试验拉拔试验进行检测。拉拔试验检测方法是一种进行检测。拉拔试验检测方法是一种传统的传统的锚锚杆锚固质量检测方法。杆锚固质量检测方法。进行拉拔试验时，将液压千斤顶放在托板和螺母之间，进行拉拔试验时，将液压千斤顶放在托板和螺母之间，拧紧螺母，施加一定的预应力，然后用手动液压泵加压，同时记录液压表和拧紧螺母，施加一定的预应力，然后用手动液压泵加压，同时记录液压表和位移计上的对应读数，当压力或者位移读数达到预定值时，或者当压力计读位移计上的对应读数，当压力或者位移读数达到预定值时，或者当压力计读数下降而位移计读数迅速增大时，停止加压。测试后，整理出锚杆的位移数下降而位移计读数迅速增大时，停止加压。测试后，整理出锚杆的位移-荷载曲线，进而分析出试验锚杆的抗拔力大小。试验时锚杆的受力状态见图荷载曲线，进而分析出试验锚杆的抗拔力大小。试验时锚杆的受力状态见图2 2。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图图2 2 抗拔试验时锚杆的受力示意图抗拔试验时锚杆的受力示意图二、锚杆质量2.2 2.2 锚杆检测方法评述锚杆检测方法评述 试验证明：对于高强螺纹锚杆，当试验证明：对于高强螺纹锚杆，当锚固长度锚固长度达到锚杆直径的达到锚杆直径的4242倍倍时，时，握裹力握裹力不再随不再随锚杆长度锚杆长度的增加而增加。高速铁路隧道锚杆的长与的增加而增加。高速铁路隧道锚杆的长与直径比达到几百倍，而且从图直径比达到几百倍，而且从图1 1、2 2可知，锚杆拔抗试验与实际锚杆的可知，锚杆拔抗试验与实际锚杆的受力状态有很大不同，得出锚杆抗拔力与锚杆质量没有必然的相关性，受力状态有很大不同，得出锚杆抗拔力与锚杆质量没有必然的相关性，若仅采用抗拔试验，可能导致将不合格锚杆依其抗拔力评定成合格锚若仅采用抗拔试验，可能导致将不合格锚杆依其抗拔力评定成合格锚杆。杆。所以，对锚杆进行检测时，要采用声频应力波法对锚杆的锚固质所以，对锚杆进行检测时，要采用声频应力波法对锚杆的锚固质量进行量进行无损检测无损检测，再，再配合配合抗拔力试验抗拔力试验进行综合分析，可对锚杆的进行综合分析，可对锚杆的锚固锚固质量质量作出作出较全面的评价较全面的评价。s o u t h w e s t j I a o t o n g w n I v e r s I t y三、钢架三、钢架三、钢架三、钢架 在隧道中所使用格栅或型钢拱架支撑数量，也是隧道在隧道中所使用格栅或型钢拱架支撑数量，也是隧道