高速铁路隧道质量检测（PPT100页)

southwestjIaotongunIversIty西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity2010年07月高速铁路隧道质量检测仇文革教授一、概述二、锚杆质量三、钢架四、隧道衬砌强度五、隧道衬砌厚度及缺陷六、隧道断面七、衬砌裂缝及渗漏水汇报提要southwestjIaotongwnIversIty一、概述西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity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）/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、公路隧道的等级、规模、数量逐年递增。从而对隧道检测技术提出了更高要求：采用高效且对隧道工程质量能进行全面快速评价的无损检测方法。无损检测方法即是无破损性的检测方法，是针对钻芯取样等有破损性检测提出的。1、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，也按施工的先后顺序分成三个阶段进行：即施工前、施工中以及施工后检测。（1）施工前检测施工前检测主要是与现场中心试验室配合，对结构的原材料、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，只有用合格的材料才能修建出合格的工程。1、隧道衬砌质量无损检测一、概述（2）施工中检测目前的质量控制大多是“重二衬，轻初支”，实际上隧道初期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：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、厚度等，主体为初期支护。（3）施工后检测隧道施工完成后，检测的主要项目为隧道净空、二次衬砌强度、厚度、密实度以及衬砌背后的空洞等，主体为二次衬砌。1、隧道衬砌质量无损检测一、概述2、无损检测内容及其方法施工过程及检测项目检测方法采用仪器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、无损检测内容及其方法（2）按检测项目检测项目方法仪器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southwestjIaotongwnIversIty二、锚杆质量西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity二、锚杆质量锚杆是将破碎或不稳定岩体(块)与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整体稳定性的一种支护措施。当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相同。锚杆内端处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；而锚杆外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岩体(块)与锚杆连结在一起的作用（图1）。要让锚杆能发挥设计的效果，除保证锚杆的长度满足设计要求外，还要使各段都能均匀而有效地与岩体锚固在一起（保证注浆饱和度）。图1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锚杆长度及注浆饱和度锚杆长度及注浆饱和度均采用应力反射波法检测。检测仪器为锚杆质量检测仪，见下图。锚杆质量检测仪二、锚杆质量2.1锚杆长度及注浆饱和度1）锚杆长度应力反射波法是一种无损检测方法,该方法的基本理论依据为一维杆件的弹性应力波反射理论。在锚杆顶部激发弹性应力波,当弹性应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,将产生反射波回到锚杆顶。根据反射波的走时和锚杆中的应力波传播速度就可以用(1)式求出锚杆长度L，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。2tvLc式中:vc——锚杆中应力波传播速度;t——应力反射波的双程走时。（1)应力波在锚固界面上的反射二、锚杆质量2.1锚杆长度及注浆饱和度2）注浆饱和度注浆饱和度检测通过测定锚杆不同方位、不同距离应力波的阻尼情况，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传播特性可知：应力波在坚硬完整的介质中传播速度大，衰减速度快，而在松散及不完整介质中应力波的传播速度小，衰减速度慢。全锚锚杆实测波形与锚固质量结果二、锚杆质量2.1锚杆长度及注浆饱和度2）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，因此应力波的波形规则衰减快，近于指数衰减；对于注浆饱满程度差的，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二、锚杆质量2.2锚杆抗拔力锚杆抗拔力通过拉拔试验进行检测。拉拔试验检测方法是一种传统的锚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，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2。距岩面距离(m)x轴力(kN)P图2抗拔试验时锚杆的受力示意图二、锚杆质量2.2锚杆检测方法评述试验证明：对于高强螺纹锚杆，当锚固长度达到锚杆直径的42倍时，握裹力不再随锚杆长度的增加而增加。高速铁路隧道锚杆的长与直径比达到几百倍，而且从图1、2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，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。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无损检测，再配合抗拔力试验进行综合分析，可对锚杆的锚固质量作出较全面的评价。southwestjIaotongwnIversIty三、钢架西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity三、钢架在隧道中所使用格栅或型钢拱架支撑数量，也是隧道初期支护质量控制中所关心的问题。由于喷混凝土中存在格栅或型钢拱架支撑时，地质雷达剖面图中信号会有变化，可通过这些信号的变化读出隧道施工时所使用的格栅或型钢拱架支撑数量。检测仪器是地质雷达，见下图。三、钢架图1RAMACⅡ型主机图21000MHz天线图3500MHz天线三、钢架1）格栅当混凝土中存在钢筋时，雷达剖面图中将产生连续点状强反射信号，当混凝土中有格栅拱架支撑时，靠得较近的两主筋将形成两个点状强反射信号，则两个点状信号形成类似于字母M形状的反射信号，每一个这样的雷达波信号就对应着一榀格栅拱架支撑，由此信号总数即可统计出整个隧道纵向的格栅拱架支撑数量。存在格栅拱架的雷达波检测图呈M形的格栅支撑存在钢筋的雷达波检测图三、钢架1000MHz天线检测出的衬砌内存在钢筋的地质雷达图像500MHz天线检测出的衬砌内存在钢筋的地质雷达图像（标点间距2m）三、钢架1.6GHz天线采集的数据，钢筋更加清晰上图为在隧道拱腰处检测的钢筋网图像，用1000兆天线三、钢架2）型钢当混凝土中有型钢支撑时，雷达剖面图中将出现特别强的月牙形反射信号，每一个这样的信号表示有一榀型钢拱架支撑，由此信号总数即可统计出整个隧道纵向的型钢拱架支撑数量。存在型钢拱架的雷达波检测图三、钢架2）型钢衬砌内有钢架的地质雷达图像southwestjIaotongwnIversIty四、混凝土强度西南交通大学SouthwestJiaotongUniversity四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护)根据喷混凝土表面特征，宜采用气压射钉枪无损检测方法对其强度进行检测。整个系统由射钉枪、空压计、空压管、空压机、变压器、数显深度游标卡尺等组成。其中变压器为国产多功能变压器，由于气压射钉枪系统额定工作电压为100伏，故通过变压器将国内220伏转换成100伏。气压射钉枪检测系统及射钉枪照片详见下图。气压射钉枪强度测试系统示意图四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护)气压射钉枪的工作原理是射钉枪在恒定高压气体推力作用下推动经过特殊标定的射钉高速进入混凝土中，一部分能量消耗于钢钉与混凝土之间的摩擦，另一部分能量由于混凝土受挤压破碎而被消耗，发射枪引发的子弹初始动能是恒定的，则其贯入深度取决于混凝土的力学性质，通过射钉的贯入度可推定混凝土强度（深度与强度的关系由实验标定公式确定）。四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统(针对初期支护)气压射钉枪检测方法具有检测结果客观可靠、操作方便、省工省时等优点,在隧道初期支护喷混凝土的强度检测中发挥了重要作用,取得了令人满意的结果。喷混凝土强度与射钉贯入深度关系曲线四、混凝土强度4.1气压射钉枪强度检测系统在检测中，对喷混凝土的早期强度及晚期强度进行检测，通过大量的试验建立起强度龄期成长曲线后，即可通过检测早期强度预测晚期强度，用以及时调整施工方法及配合比参数，以确保隧道初期支护喷混凝土的晚期强度是否满足要求。这是其他方法不便实现的。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法(针对二次衬砌)1）根据要求布置强度测区，隧道强度检测时测区一般布置在左边墙、右边墙、拱顶等位置；2）在确定的测区内，用超声回弹模子标出回弹的弹击点及超声声速值测点，用混凝土回弹仪测试回弹值（16个测点），用超声波检测仪测试3个超声波声时值（取其平均值）；3）在检测的同时，由专人对回弹值、超声波声时值作好记录。4）将现场测试的回弹值、超声值按规范要求进行修正后，利用经验公式计算测区混凝土强度的推算值（若有钻芯取样，还要结合抗压强度进行修正），从而对整个隧道衬砌混凝土强度进行评定。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法(针对二次衬砌)回弹测点示意超声测点示意四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法对二次衬砌混凝土强度检测采用超声回弹综合法结合少量的钻芯取样进行检测。超声波测试仪及回弹仪见图:NM—4B超声波测试仪TICO超声波测试仪四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法α—2000数显回弹仪机械混凝土回弹仪四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法（1）超声回弹检测在隧道内沿纵向每隔一定距离、在不同部位设置测区，采用混凝土回弹仪在测区内测得隧道衬砌混凝土的回弹值，并用超声波测试仪在相同测区内测得超声波在隧道衬砌混凝土中传播的波速，再根据“回弹—超声”综合法的以下公式求出隧道衬砌混凝土推定强度值。四、混凝土强度4.2超声回弹综合检测方法（2）钻取芯样检测钻芯取样为局部检测，主要用于修正超声回弹所得混凝土的强度。芯样钻取位置必须在超声回弹检测范围以内，在现场采用钻机（如：ZKJ—200型金刚石钻机）钻取芯样（芯样直径：φ100或φ150）后，在室内进行芯样试件制作并养护后采用压力试验机（NYL—60型）对芯样试件进行抗压强度试验，得出衬砌混凝土芯样强度值。通过超声回弹综合法无损检测结合少量钻芯取样进行修正的方法（见下式）得出隧道衬砌混凝土的强度，并将其结果与设计强度进行比较分析，得出隧道衬砌混凝土强度是否满足要求。四、混凝