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中交路桥(河北)工程检测有限公司2009.02.04第一章概述公路隧道建造是百年大计。目前,我国公路隧道发展已进入全盛时期。可以预见,21世纪,我国公路隧道建设技术必将有一个新的更大的发展。公路隧道工程数量的增加和建设速度的加快,由于设计、施工等方面的原因,国内已建和再建的部分公路隧道都不同程度的出现了质量问题,有些甚至出现了严重的质量问题。因此,加强公路隧道工程质量的控制和检测检测技术,显得尤为重要。第一章概述1.1公路隧道常见的质量问题(1)隧道渗漏(2)衬砌开裂(3)界限受侵(4)衬砌结构同围岩结合不密实(5)通风、照明不良第一章概述1.2公路隧道检测的内容(1)材料检测:防排水材料检测、支护材料检测和衬砌材料检测。(2)施工检测:施工质量检测和施工监控质量。(3)环境检测:施工环境检测和运营环境检测。第二章地质超前预报由于隧道工程特点的不可预见性,地质超前预报技术引起了工程界的广泛关注。现就相关内容和方法做一简略概述。第二章地质超前预报2.1地质超前预报的目的意义隧道工程是一项复杂的地质工程。特别是在复杂地质构造地区的长大隧道建设中,隧道前方的地质情况千变万化,如果不能准确了解隧道前方的地质条件,可能造成塌方冒顶、突水涌泥等地质灾害,甚至酿成机毁人亡的惨剧。因此,在隧道开挖过程中,采用先进的地质超前探测技术,实现长距离的探测和比较准确的早期预报,以便有充裕的时间采取有效措施,避免工程事故的发生,保证安全施工。同时也可加快工程进度,减少工程造价,从而产生显著的经济效益和社会效益。第二章地质超前预报2.2地质超前预报内容(1)预报施工前方(含一定范围内的隧道周围)的地质断层、岩石破碎带、软弱夹层和地质不整合面的位置、规模和含水特征。(2)溶洞位置、尺寸及含水特征的预报。(3)开挖段前方可能的突水涌泥预报。(4)开挖段前方可能的塌方冒顶预报。(5)提供掌子面前方围岩的弹性波速度。第二章地质超前预报2.3地质超前预报的方法坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探相结合、地质方法与物探方法相结合、多种物探方法相结合、地球物理方法与超前水平钻探相结合,辅助导坑与主洞探测相结合,开展多层次、多手段的综合超前地质预报,并贯穿于施工全过程。分级预报方式为:第二章地质超前预报•A级预报:采用地质素描、隧道地震超前预报仪(TSP)、单点声波反射仪(HSP)、地质雷达、红外探水、超前水平钻探等手段综合预测。首先以长距离TSP和一种或几种短距离物探方法相结合进行预测,同时进行多孔超前钻探探查。局部复杂地段,开展多种短距离物探探测等多种方法综合预测。第二章地质超前预报•B级预报:采用地质素描,TSP,辅以红外探水、地质雷达,进行必要的单孔超前水平钻。当发现局部地段较复杂时,则按A级要求实施。•C级预报:以地质素描为主。对重要的地质(层)界面、断层或物探异常可采用TSP进行探明,必要时红外探水和单孔超前钻探。•D级预报:采用地质素描。第二章地质超前预报2.4地质超前预报方法的原理和技术要求2.4.1现场复查开工前进行施工现场地质复查,按照设计图提供的地质纵、平断面图与说明书,在隧道轴线两侧做地质复检工作。第二章地质超前预报2.4.2地质素描法此方法预报操作简单,结果直观,是进行隧道超前地质预报的必要手段。掌子面地质素描应在隧道开挖后立即进行。根据掌子面暴露岩层的层理、节理、裂隙结构状况,岩体软硬程度,出水量大小分析、判断开挖前方的地质情况。地质素描采用连续跟踪的方式开展预报工作。在每茬炮后,对影响岩体稳定性的主要因素,如断层、软弱夹层、贯穿性强的大节理等,作为地质素描的重点,同时对地层产状、岩石特征进行记录,并用数码相机拍照。通过素描和作图,作出掌子面前方短距离内岩体预测和稳定性分析。第二章地质超前预报2.4.3隧道地震波反射法地震波反射探测的方法很早就已经在土木工程和采矿作业等许多方面得到利用。这种技术的原理在于当地震波遇到声学阻抗差异(密度和波速的乘积)界面时,一部分信号被反射回来,一部分信号透射进入前方介质.声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收,通过分析,被用来了解隧道工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等),位置及规模。国内外主要采用TSP和TRT。分别介绍如下:TSP隧道地质超前预报TSP隧道地质超前预报方法可以检测出掌子面前方岩性的变化,如:不规则体、不连续面、断层和破碎带。作为一种预报方法,它不仅可以在以钻爆开挖方式的隧道中使用,也可以使用在以TBM开挖的隧道中,而且不必接近掌子面。在隧道中进行数据采集的时间约为60分钟。24个炮孔布置在隧道的一边墙,在隧道两侧壁钻制两传感器孔,把环氧树脂放置其中,之后将套管推进,并使之与围岩紧密耦合。传感器置入套管中,依次激发各炮,从掌子面前方任一波阻抗差异界面反射回来的信号及直达波信号将被这高灵敏的三轴传感器接受下来。TRT6000型仪器组成及现场操作硬件由三大部分组成:加速度计及信号电缆;中心控制系统(地震仪(主机)、加速度放大器/电源、震源控制单元);扫频震源(如右图所示)。第二章地质超前预报2.4.4地质雷达探测采用电磁波反射原理探测浅层地层的划分、岩溶、空洞、不均匀体。仪器发射天线和接收天线集于一体,具有快速、无损、连续检测、实时显示等特点。雷达信号数据采样方法见图2-3。图2-3雷达信号数据采样方法第二章地质超前预报2.4.5红外线地下水探测系统用红外测温原理探测局部地温异常现象.判断地下脉状流、脉状含水带、隐伏含水体等所在的位置。第二章地质超前预报2.4.6超前水平地质钻探超前水平地质钻探法作为TSP203隧道地质超前预报系统的补充,在其预报的基础上进一步取得可靠的资料。第三章施工监控量测隧道与地下工程是一种特殊的工程结构体系。从岩体力学的角度看,它是处于与围岩相互作用的体系之中的结构物;从地质力学的角度看,它是处于千变万化的地质之中的工程单元体。从隧道与地下工程的这种复杂的力学发展过程,我们可以认识到以下两点:第一,隧道与地下工程如果作为一种工程结构物看待,它的受力特点和地面工程有很大的差别。第二,隧道与地下工程的成形过程,自始至终都存在着受力状态变化这一特性。从上面两点可以看出,试验性研究,特别是隧道现场监控量测,是从个体到群体解决隧道与地下工程力学、设计、施工问题的一种重要手段和主要途径。可以断言,如果没有这种手段和途径,要最终解决复杂围岩中的隧道与地下工程问题是不可想象的。因此,国内外的许多隧道与地下工程都应用了并正在不断应用着现场监控量测方法来对付工程中出现的复杂力学问题。第三章施工监控量测3.1概论3.1.1量测项目与方法序号项目名称1地质和支护状况观测2周边位移3拱顶下沉4锚杆及锚索内力及抗拔力5表面下沉6围岩体内位移(洞内设点)7围岩体内位移(地表设点)8围岩压力及两层支护间压力9刚支撑内力及外力10支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测11围岩弹性波测试第三章施工监控量测3.2围岩周边位移量测3.2.1置测设计保证沿隧道轴线每类围岩至少有一个量测断面。对于地质条件好且收敛值稳定的隧道,可加大量测断面的间距;对于围岩较差,收敛值长期不稳定,开挖进度快或采用分部开挖法施工的隧道,可缩小量测断面的间距。第三章施工监控量测机械式收敛计收敛测点3.2.2量测仪器目前我国公路隧道施工中常用的收敛计为机械式的收敛计。第三章施工监控量测3.3拱顶下沉量测3.3.1置测方法对于浅埋隧道,可由地面钻孔,使用挠度计或其它仪表测定拱顶相对地面不动点的位移值。对于深埋隧道,可用拱顶变位计,将钢尺或收敛计挂在顶点作为标尺,后视点可设在稳定衬砌上,用水平仪进行观测。第三章施工监控量测3.3.2量测仪器拱顶下沉量测主要用隧道拱部变位观测计。第三章施工监控量测3.4地表下沉量测3.4.1量测方法一般用水平仪量测,量测精度±1mm。第三章施工监控量测3.5围岩内部位移量测量测仪器杆式多点位移计。第三章施工监控量测3.6锚杆轴力量测一般采用钢弦式电测锚杆。组装好的测力锚杆测力锚杆的安装第三章施工监控量测3.7围岩压力及两层支护间压力量测测围岩压力的压力盒测层间压力的钢弦式压力计3.8衬砌应力量测1、量测仪器测试系统一般由钢弦式传感器(或调频弦式传感器)和钢弦频率测定仪组成。2、压力盒的类型钢弦式传感器根据它的用途、结构形式和材料不同,一般有多种类型,可根据用途选择。3、压力盒的布置与埋设埋设压力盒总的要求是:接触紧密和平稳,防止滑移,不损伤压力盒及引线,并且需在上面盖一块厚6~8mm、直径与压力盒直径大小相等的铁板。4、压力盒的观测方法观测时,根据具体情况及要求,定期进行测量;每次每个压力盒的测量应不少于3次,力求测量数值可靠、稳定,并作好原始记录。组装好的混凝土应力计混凝土应力计的安装3.9围岩弹性波速测试声波测试的主要测试仪器是声波仪及换能器(亦称声测探头)。声波仪是进行声波测试的主要仪器设备,它的主要部件是发射机与接收机。发射机根据使用要求,能向声波测试探头输出一定频率的电脉冲,向探头输出能量。接收机将探头接受到的微量讯号,经过放大,并在示波管上反映出来。接收机不仅要求能够正确显示声波波形,而且要求在测得声波时能直接测得声波探头发射后到达接受探头的时间间隔,以便计算波速。纵波与横波主要根据起始波到达的时间及其波形特性辨别目前国内应用的声波仪主要有SYC-Z岩石参数测定仪及YB4-1四线岩体波速仪等。3.10钢支撑应力量测如果隧道围岩类别低于Ⅳ类,尤其在浅埋、偏压隧道中,早期围岩压力增长较快,需要提高初期支护的强度和刚度时,隧道开挖后常需要采用各种钢支撑进行支护。一般在Ⅰ、Ⅱ类围岩中常采用型钢支撑;Ⅲ类围岩中常采用格栅支撑。通过对钢支撑的应力量测,可知钢支撑的实际工作状态,从钢支撑的性能曲线上可以确定在此压力作用下钢支撑所具有的安全系数,视具体情况确定是否需要采用加固措施。测钢拱架的钢弦式应变仪测钢格栅内力的钢筋计第四章质量检测4.1开挖质量检测开挖是控制隧道施工工期和造价的关键工序。超挖过多,不仅因出渣量和衬砌量增多而提高工程造价,而且由于局部超挖会产生应力集中问题,影响围岩稳定性;而欠挖则直接影响到衬砌厚度,对工程质量和安全产生隐患,处理起来费时、费力、费物。所以必须保证开挖质量,为围岩的稳定和安全支护创造条件。BJSD-4型激光隧道断面监测仪激光断面仪测量原理及输出图形激光断面仪现场显示超欠挖值4.2初期支护施工质量检测•1.锚杆加工质量与安装尺寸检查•2.锚杆拉拔力测试•3.砂浆锚杆砂浆注满度检测•4.端锚式锚杆施工质量无损检测•5.喷射混凝土质量检验•6.钢支撑施工质量检测•7.地质雷达探测初期支护背部空洞1锚杆加工质量与安装尺寸检查1、加工质量2、安装尺寸检查(1)锚杆位置(2)锚杆方向(3)钻孔深度(4)孔径与孔形2锚杆拉拔力测试1、拉拨设备锚杆拉拔试验的常用设备为中空千斤顶、手动油压泵、油压表、千分表。2、测试方法(1)根据试验目的,在隧道围岩指定部位钻锚杆孔。(2)按照正常的安装工艺安装待测锚杆。(3)根据锚杆的种类和试验目的确定拉拔时间。(4)在锚杆尾部加上垫板,套上中空千斤顶,将锚杆外端与千斤顶内缸固定在一起,并装设位移量测设备与仪器.。(5)通过手动油压泵加压,从油压表读取油压,根据活塞面积换算锚杆承受的拉拔力。锚杆拉拔力测试系统3砂浆锚杆砂浆注满度检测1、检测仪器锚杆检测仪2、测量方法在施工现场按设计参数,对不同类型的围岩,各设3~4组标准锚杆;每组1~2根。在这些标准锚杆上测定反射波振幅值(若每组有一根以上锚杆则取平均值),这些值即作为检测其它锚杆的标准。这些标准值在进行其它锚杆的检测前储人仪器,在检测其它锚杆时可由测量仪器自动显示被测锚杆的长度与砂浆密实度的级别。4端锚式锚杆施工质量无损检测1、检测工具锚杆螺母扭力矩的量测工具为扭力扳手。2、检测方法(1)将套筒套在待检测锚杆的螺母上,并将扭力扳手主体与套筒联接。(2)左手轻按扭力扳手套筒端,右手扳动手柄,同时读取扭力矩的最大读数,并作记录。(
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