隧道質(zhì)量控制技術(shù)二

southwestjIaotongunIversIty西南交通大學(xué)SouthwestJiaotongUniversity隧道質(zhì)量控制技術(shù)仇文革教授2010年07月隧道施工質(zhì)量控制技術(shù)三階段質(zhì)量控制隧道施工質(zhì)量控制是一個過程，即從隧道結(jié)構(gòu)“孕育”、“成長”的各個階段都要進行控制，通過試驗、檢測等技術(shù)，提出相應(yīng)的控制指標、方法以及檢測技術(shù)。施工質(zhì)量控制包括事前控制、事中控制和事后控制三個階段，三階段控制構(gòu)成了質(zhì)量控制的系統(tǒng)控制過程。事前控制事前控制要求預(yù)先進行編制周密的質(zhì)量計劃。尤其是工程項目施工階段，制訂質(zhì)量計劃或編制施工組織設(shè)計或施工項目管理實施規(guī)劃，都必須建立在切實可行、有效實現(xiàn)預(yù)斯質(zhì)量目標的基礎(chǔ)上，作為一種行動方案施工部署。事前控制主要包括強調(diào)質(zhì)量目標的計劃預(yù)控和按質(zhì)量計劃進行質(zhì)量活動前的準備工作狀態(tài)的控制。事中控制事中控制首先是對質(zhì)量活動的行為約束，即對質(zhì)量產(chǎn)生過程各薦技術(shù)作業(yè)活動操作者在相關(guān)制度管理下的自我行為約束的同時，充分發(fā)揮其技術(shù)能力，去完成預(yù)定質(zhì)量目標的作業(yè)任務(wù)；其次是參建各方對質(zhì)量活動過程和結(jié)果的監(jiān)督控制，這里包括來自企業(yè)內(nèi)部管理者的檢查檢驗和來自企業(yè)外部的工程監(jiān)理和政府質(zhì)量監(jiān)督部門等的監(jiān)控。事后控制事后控制包括對質(zhì)量活動結(jié)果的評價認定和對質(zhì)量偏差的糾正。人理論上分析，如果計劃控制過程所制訂的行動方案考慮得越周密，事中約束監(jiān)控的能力越強、越嚴格，實現(xiàn)質(zhì)量預(yù)期目標的可能性就越大。理想的狀況就是希望做到各項作業(yè)活動“一次成功”、“一次交驗合格率100%”。由于系統(tǒng)因素和偶然因素的存在，因此當出現(xiàn)質(zhì)量實際值與目標值之間超出允許偏差時，必須分析原因，采取措施糾正偏差，保持項目質(zhì)量始終處于受控狀態(tài)。

施工質(zhì)量過程控制（也稱工后控制）。目前的質(zhì)量控制大多是“重二襯，輕初支”，實際上隧道初期支護是隧道的主要承力結(jié)構(gòu)，對整個隧道結(jié)構(gòu)的耐久性起著很重要的作用，故在隧道施工質(zhì)量過程控制中，對初期支護各結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量均需進行必要的控制。施工質(zhì)量過程控制主要包括開挖斷面、錨桿質(zhì)量（長度及砂漿飽和度）、鋼拱架或格柵鋼架、噴混凝土質(zhì)量（強度、厚度及背后缺陷）、防水層施工質(zhì)量、二次襯砌混凝土質(zhì)量（強度、厚度及背后缺陷）、隧道襯砌裂紋等的實時控制。1原材料對于隧道工程中所要用到的所有材料（水泥、砂、石、鋼材、防水板、外加劑等），在施工前均需按要求進行試驗，確保合格之后才能使用。對施工過程中將要用到的噴混凝土配合比、二次襯砌混凝土配合比及砂漿的配合比等，均要以工程中將要采用的各種材料為基礎(chǔ)進行各種配合比設(shè)計，以確保混凝土及砂漿的強度滿足要求。2隧道開挖斷面（1）控制超欠挖表12-1隧道允許超挖值（cm）圍巖級別開挖部位ⅠⅡ～ⅣⅤ、Ⅵ拱部線性超挖101510最大超挖152515邊墻線性超挖101010仰拱、隧底線性超挖10最大超挖25《客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》TZ214——2005規(guī)定：隧道開挖不應(yīng)欠挖，當圍巖完整、石質(zhì)堅硬時，允許巖石個別突出部分侵入襯砌（每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm）。拱腳和墻腳以上1m范圍內(nèi)嚴禁欠挖。在控制超欠挖技術(shù)的研究中，首先應(yīng)改變觀念，即必需改變“寧超勿欠”的傳統(tǒng)觀點，樹立“少欠少超”的觀點。也就是說，應(yīng)容許一定程度的欠挖，例如，日本在隧道施工中，基本上容許概率為16％的欠挖。即在開挖斷面上取100個點，有不超過16個點的超挖就可以了。這樣就可以避免開挖輪廓線的無謂擴大，而使超挖得以減少。例如，鐵路隧道施工規(guī)范（TB10204—2002）規(guī)定：當圍巖完整、石質(zhì)堅硬時，容許巖石個別突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入襯砌，侵入值應(yīng)小于襯砌厚度的1/3，并小于10cm。對噴錨襯砌應(yīng)不大于5cm。實際施工中，周邊孔開口位置e有三種情況，其出現(xiàn)機率和差值大小則主要決定于鉆孔水平。第1種情況（a）不影響超欠挖；在（b）的情況時，將使超挖增加一個e值，而第3種情況，將使超挖減小一個e值，但出現(xiàn)欠挖。因而，鉆孔時先定位，后鉆進，并在掌子面上完整醒目地標出周邊孔位線，把e控制在較小范圍內(nèi)（約在3cm）是可能的。對隧道道在各各施工工階段段的凈凈空尺尺寸（（橫斷斷面凈凈空及及超欠欠挖））采用用激光光斷面面儀（（如國國產(chǎn)BJSD-2型隧道道限界界檢測測儀，，見圖圖）或或全站站儀進進行檢檢測。。通過過激光光斷面面儀對對隧道道各施施工階階段凈凈空尺尺寸的的檢測測、數(shù)數(shù)據(jù)處處理，，可以以評價價隧道道開挖挖質(zhì)量量、取取代收收斂量量測以以及對對地質(zhì)質(zhì)雷達達檢測測噴混混凝土土厚度度時進進行波波速標標定和和厚度度修正正等。。（2）激光光斷面面儀檢檢測①開挖挖質(zhì)量量在隧道道開挖挖后，，將激激光斷斷面儀儀架設(shè)設(shè)在檢檢測橫橫斷面面上對對開挖挖輪廓廓進行行檢測測，對對實測測數(shù)據(jù)據(jù)進行行分析析處理理，得得出隧隧道開開挖輪輪廓斷斷面，，與設(shè)設(shè)計的的開挖挖線相相比較較，可可評價價隧道道開挖挖的超超欠挖挖情況況，對對隧道道的開開挖質(zhì)質(zhì)量進進行評評價，，詳見見圖。。③混凝凝土厚厚度檢檢測在隧道道開挖挖后，，用激激光斷斷面儀儀或全全站儀儀對開開挖斷斷面進進行測測量，，待初初期支支護噴噴混凝凝土完完成后后在相相同斷斷面作作初期期支護護施作作后的的凈空空斷面面進行行測量量，利利用兩兩次測測量結(jié)結(jié)果的的差值值，可可得出出該斷斷面初初期支支護噴噴混凝凝土厚厚度的的準確確值（（見圖圖）。。若在在二次次襯砌砌前后后對相相同斷斷面進進行檢檢測，，即可可得檢檢測斷斷面二二次襯襯砌厚厚度準準確值值。⑤隧道凈空空狀況檢測測檢測中以隧隧道控制網(wǎng)網(wǎng)坐標系統(tǒng)統(tǒng)（中線及及高程）為為斷面輪廓廓檢測的坐坐標系統(tǒng)，，隧道內(nèi)每每間隔一定定距離（如如20m）設(shè)置一個個檢測斷面面，每個檢檢測斷面上上設(shè)置一定定數(shù)量的測測點進行檢檢測，對隧隧道凈空狀狀況采用激激光斷面儀儀（BJSD-2型）方法進進行檢測。。利用專用處處理軟件（（軟件界面面見圖4-25）對實測數(shù)數(shù)據(jù)進行分分析處理，，得出隧道道橫斷面數(shù)數(shù)據(jù)（詳見見圖4-23）。同時，，以設(shè)計斷斷面為標準準曲線，通通過與實測測斷面輪廓廓數(shù)據(jù)的比比較，確定定隧道襯砌砌凈空斷面面是否滿足足設(shè)計要求求（見圖4-26）。圖4-25BJSD-2型隧道限界界檢測儀專用軟件界界面圖4-26二襯后斷面面檢測結(jié)果果圖（2）錨桿質(zhì)量量錨桿是將破破碎或不穩(wěn)穩(wěn)定巖體(塊)與牢固穩(wěn)定定的巖體連連結(jié)在一起起以提高整整體穩(wěn)定性性的一種支支護措施。。當錨桿發(fā)發(fā)揮作用時時，錨桿不不同部段的的功能各不不相同。錨錨桿內(nèi)端處處于牢固穩(wěn)穩(wěn)定巖體的的部段，其其錨固力主主要起著固固定錨桿的的作用；而而錨桿外端端處于破碎碎或不穩(wěn)定定巖體的部部段，其錨錨固力主要要起著將該該段巖體(塊)與錨桿連結(jié)結(jié)在一起的的作用（見見圖4-27）。要讓錨錨桿能發(fā)揮揮設(shè)計的效效果，除保保證錨桿的的長度滿足足設(shè)計要求求外，還要要使各段都都能均勻而而有效地與與巖體錨固固在一起。。除此之外外，對錨桿桿質(zhì)量影響響較大的因因素還有砂砂漿的強度度，得有足足夠的裹握握力才能保保證錨桿的的質(zhì)量。距巖面距離(m)x軸力(kN)P圖4-27理想錨桿受受力示意圖圖錨桿長度及及注漿飽和和度均采用用應(yīng)力反射射波法檢測測，現(xiàn)已有有專用的錨錨桿質(zhì)量檢檢測儀，見見圖4-28。圖4-28JL－MG錨桿質(zhì)量檢檢測儀②錨桿長度應(yīng)力反射波波法是一種種無損檢測測方法，該該方法的基基本理論依依據(jù)為一維維桿件的彈彈性應(yīng)力波波反射理論論。在錨桿桿頂部激發(fā)發(fā)彈性應(yīng)力力波，當彈彈性應(yīng)力波波傳播到錨錨桿底部時時由于錨桿桿和錨桿底底部的巖石石存在波阻阻抗差異，，將產(chǎn)生反反射波回到到錨桿頂。。根據(jù)反射射波的走時時和錨桿中中的應(yīng)力波波傳播速度度就可以用用(3)式求出錨桿桿長度L，錨桿中中的應(yīng)力波波傳播速度度可在現(xiàn)場場已知長度度的錨桿上上進行標定定。③注漿飽和和度注漿飽和度度檢測通過過測定錨桿桿不同方位位，不同距距離應(yīng)力波波的阻尼情情況，即錨錨桿與圍巖巖的耦合情情況來判斷斷注漿飽和和度。由應(yīng)應(yīng)力波在介介質(zhì)中的傳傳播特性可可知：應(yīng)力力波在堅硬硬完整的介介質(zhì)中傳播播速度大，，衰減速度度快，而在在松散及不不完整介質(zhì)質(zhì)中應(yīng)力波波的傳播速速度小，衰衰減速度慢慢。利用應(yīng)力波波這一傳播播特性來判判斷注漿飽飽和度情況況，對于注注漿飽滿的的，砂漿和和巖石的耦耦合性好，，可看成完完整的介質(zhì)質(zhì)，因此應(yīng)應(yīng)力波的波波形規(guī)則衰衰減快，近近于指數(shù)衰衰減；對于于注漿飽滿滿程度差的的則砂漿和和巖石間的的耦合性差差，可看看成松散不不完整的介介質(zhì)，應(yīng)力力波的波形形雜亂、衰衰減慢。根根據(jù)不同方方向、不同同部位擊震震的應(yīng)力波波衰減曲線線就可以對對注漿飽和和度作出判判斷。(a)全長樹脂錨錨桿錨固段段長度為0.77m實測波形圖圖(b)樹脂端錨錨錨桿的實測測波形圖圖12-34錨桿長度及及注漿飽和和度檢測波波形圖④砂漿強度度在砂漿錨桿桿的長度及及灌漿飽和和度均達到到要求后，，并不能說說明錨桿的的質(zhì)量完全全達到了要要求。從錨錨桿的支護護性能可知知，它是受受砂漿的裹裹握并通過過砂漿與圍圍巖這間發(fā)發(fā)生作用的的，若砂漿漿的強度達達不到要求求。為了全全面評價錨錨桿的質(zhì)量量，有必要要對砂漿（（抗壓、抗抗剪）強度度進行檢測測。A、抗壓強度度采用傳統(tǒng)的的試驗方法法，在施作作錨桿時同同期制作試試件，對試試件進行抗抗壓試驗，，得出砂漿漿的抗壓強強度。B、剪切強度度由錨桿的支支護機理可可知，在聯(lián)聯(lián)結(jié)錨桿與與巖體中砂砂漿主要受受剪力的作作用。從而而，砂漿的的剪切直接接影響到錨錨桿的質(zhì)量量。由于圍巖存存在差異，，在不同的的聯(lián)結(jié)體上上，砂漿與與圍巖間的的剪切力有有所不同。。為了真實實反映錨桿桿實際工作作時砂漿與與圍巖（錨錨桿洞壁））間的剪切切力，可進進行原位試試驗。將施施作好的錨錨桿與周圍圍的圍巖一一同取出，，采用特制制的試驗設(shè)設(shè)備對其進進行抗剪試試驗，得出出砂漿與圍圍巖間的剪剪切力，并并對其進行行評價。⑤錨桿抗拔拔試驗錨桿抗拔力力通過拉拔拔試驗進行行檢測。拉拉拔試驗檢檢測方法是是一種傳統(tǒng)統(tǒng)的錨桿錨錨固質(zhì)量檢檢測方法。。進行拉拔拔試驗時,將液壓千斤斤頂放在托托板和螺母母之間,擰緊螺母,施加一定的的預(yù)應(yīng)力,然后用手動動液壓泵加加壓,同時記錄液液壓表和位位移計上的的對應(yīng)讀數(shù)數(shù),當壓力或者者位移讀數(shù)數(shù)達到預(yù)定定值時,或者當壓力力計讀數(shù)下下降而位移移計讀數(shù)迅迅速增大時時,停止加壓。。測試后,整理出錨桿桿的位移-荷載曲線,進而分析出出試驗錨桿桿的抗拔力力大小。試試驗時錨桿桿的受力狀狀態(tài)見圖12-35。距巖面距離(m)x軸力(kN)P圖12-35抗拔試驗時時錨桿的受受力示意圖圖⑥錨桿檢測測結(jié)果評定定試驗證明：：對于高強強螺紋錨桿桿，當錨固固長度達到到錨桿直徑徑的42倍時，握裹裹力不再隨隨錨桿長度度的增加而而增加。高速鐵路隧隧道錨桿的的長與直徑徑比達到幾幾百倍，而而且從圖1、2可知，錨桿桿拔抗試驗驗與實際錨錨桿的受力力狀態(tài)有很很大不同，，得出錨桿桿抗拔力與與錨桿質(zhì)量量沒有必然然的相關(guān)性性，若僅采采用抗拔試試驗，可能能導(dǎo)致將不不合格錨桿桿依其抗拔拔力評定成成合格錨桿桿。所以，，對錨桿進進行檢測時時，要采用用聲頻應(yīng)力力波法對錨錨桿的錨固固質(zhì)量進行行無損檢測測，再配合合抗拔力試試驗進行綜綜合分析，，可對錨桿桿的錨固質(zhì)質(zhì)量作出較較全面的評評價。4噴混凝土質(zhì)質(zhì)量檢測噴射混凝土土能及時封封閉圍巖暴暴露面，有有效地隔絕絕水和空氣氣；部分混混凝土漿液液滲入張開開的裂隙或或節(jié)理中起起膠結(jié)和加加固圍巖的的作用；能能向圍巖提提供支護抗抗力(徑向力)，使圍巖由由二向受力力變?yōu)槿蛳蚴芰顟B(tài)態(tài)，從而提提高了圍巖巖強度。評價噴混凝凝土的質(zhì)量量，主要是是指標：噴噴混凝土強強度（包括括早期強度度和晚期強強度）、厚厚度、密實實度及背后后缺陷。噴射混凝土土強度在一一定范圍內(nèi)內(nèi)離散分布布，正常情情況其分布布規(guī)律符合合正態(tài)分布布曲線，噴噴射混凝土土強度檢驗驗準則是根根據(jù)平均強強度和變異異系數(shù)綜合合控制。因因此對噴射射混凝土的的質(zhì)量控制制不但要控控制平均強強度，同時時還必須控控制變異系系數(shù)。由于于濕噴工藝藝能夠?qū)λ冶冗M行行準確控制制，因此強強度變異系系數(shù)小，噴噴層結(jié)構(gòu)可可靠性高。。而干噴工工藝據(jù)歐洲洲規(guī)范（EFNARC）7.3表述：“對對于干噴工工藝難于預(yù)預(yù)設(shè)水灰比比。實際水水灰比一般般在0.35~0.5的范圍內(nèi)波波動。經(jīng)估估算，相應(yīng)應(yīng)強度波動動可達15MPa以上”。根根據(jù)中鐵西西南院大量量試驗數(shù)據(jù)據(jù)表明：濕濕噴混凝土土強度變異異系數(shù)可控控制在10%左右，達到到國標優(yōu)質(zhì)質(zhì)標準?；炷翉姸榷确植家?guī)律律①噴混凝土土強度根據(jù)噴混凝凝土強度表表面特征，，宜采用氣氣壓射釘槍槍（見圖4-30、31）無損檢測測方法進行行檢測。氣氣壓射釘槍槍檢測噴混混凝土強度度是在恒定定空氣壓力力下將經(jīng)過過特殊標定定的射釘打打入噴混凝凝土內(nèi)，由由其射入深深度推算其其強度(深度與強度度的關(guān)系由由實驗標定定)。圖4-30氣壓射釘槍槍圖4-31氣壓射釘槍槍強度測試試系統(tǒng)②噴混凝土土厚度、密密實度及背背后缺陷噴混凝土厚厚度、密實實度及背后后襯砌缺陷陷均可采用用地質(zhì)雷達達（見圖4-34、35）進行檢測測。根據(jù)噴噴混凝土厚厚度，采用用地質(zhì)雷達達對噴混凝凝土進行檢檢測前要解解決的問題題：天線頻頻率的選擇擇、雷達波波在噴混凝凝土中的波波速標定。。根據(jù)噴混混凝土厚度度，選用1000MHz或更大頻率率的天線可可以得到效效果較好的的檢測結(jié)果果；對于波波速標定，，采用激光光斷面儀通通過斷面檢檢測得出噴噴混凝土厚厚度來得到到。圖4-34圖4-35噴混凝土強強度與射釘釘貫入深度度的關(guān)系曲曲線強度差值d頻數(shù)直方圖圖5格柵或型鋼鋼拱架數(shù)量量檢測在隧道中所所使用格柵柵或型鋼拱拱架數(shù)量，，也是隧道道初期支護護質(zhì)量控制制中所關(guān)心心的問題。。噴混凝土土中存在格格柵或型鋼鋼拱架支撐撐時，地質(zhì)質(zhì)雷達剖面面圖中信號號會有變化化，可通過過這些信號號的變化讀讀出隧道施施工時所使使用的格柵柵或型鋼拱拱架支撐數(shù)數(shù)量。鋼材材質(zhì)量（包包括錨桿））及加工質(zhì)質(zhì)量可于施施作前抽檢檢來進行控控制。呈倒W形的格柵拱架格柵拱架檢檢測圖型鋼拱架檢檢測圖（6）二次襯砌砌檢測①二次襯砌砌混凝土強強度檢測對二次襯砌砌混凝土強強度檢測采采用超聲回回彈綜合法法結(jié)合少量量的鉆芯取取樣進行檢檢測。A、超聲回彈彈檢測圖4-38αα-5000型混凝土數(shù)數(shù)顯回彈儀儀圖4-39樂陵機械回回彈儀圖4-40NM—4A型超聲波檢檢測儀圖4-41瑞士產(chǎn)TICO型超聲波檢檢測儀B、鉆取芯樣樣檢測鉆芯取樣為為局部檢測測，主要用用于修正超超聲回彈所所得混凝土土的強度。。芯樣鉆取取位置必須須在超聲回回彈檢測的的內(nèi)，在現(xiàn)現(xiàn)場采用鉆鉆機（如：：ZKJ—200型金剛石鉆鉆機，見圖圖4-42）鉆取芯樣樣（芯樣直直徑：φ100或φ150）后，在室室內(nèi)進行芯芯樣試件制制作并養(yǎng)護護后采用壓壓力試驗機機（NYL—60型，見圖4-43）對芯樣試試件進行抗抗壓強度試試驗，得出出襯砌混凝凝土芯樣強強度值。圖4-42圖4-43②二次襯襯砌混凝凝土厚度度、背后后空洞及及圍巖狀狀況檢測測對隧道二二次襯砌砌混凝土土厚度、、背后空空洞及襯