隧道施工质量控制技术.docx

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隧道施工质量控制技术

隧道施工质量控制技术

　　【摘要】隧道施工质量控制是一个过程，即从质量活动前直至质量活动结束对工程质量的全部监控，质量活动过程中监控能力越强、越严格，实现工程质量预期目标的可能性越大。

　　【关键词】隧道；质量控制技术

　　1.各阶段质量控制

　　质量活动前编制切实可行的质量计划，为现场施工质量控制做好准备。

施工过程中，有现场施工管理人员、技术管理人员的指导、严格要求以及其他参建各方对质量活动过程的监督控制，确保施工质量处于受控状态，各工序“一次成功”。

　　2.隧道施工质量控制技术

　　施工质量过程控制。

提到隧道质量控，大多是重视二次衬砌的施工，轻视初期支护施工，实际上隧道初期支护是隧道的主要承力结构，对整个隧道的耐久性起着相当重要的作用，所以说隧道施工质量控制中，对初期支护各工序的施工质量都需进行必要控制。

主要包括开挖断面、锚杆质量（长度及砂浆饱和度）、钢架或格栅钢架、喷射混凝土质量（强度、厚度及背后缺陷）、防水层施工、二次衬砌混凝土质量（强度、厚度及背后缺陷）、隧道衬砌裂纹等的实时控制。

　　2.1原材料

　　隧道施工过程中所有材料，如水泥、砂、石、钢材、防水板、外加剂等，施工前均需按设计及验标要求进行试验，试验合格后才允许进场使用。

　　对于施工过程中喷射混凝土的配合比、二次衬砌混凝土的配合比及砂浆配合比，均要以工程中将要使用的各种材料为基础进行各种配合比设计，以确保各类混凝土及砂浆强度满足设计要求。

　　2.2隧道开挖超欠

　　2.2.1一般规定

　　《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）规定：

隧道开挖不应欠挖，当围岩完整石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入衬砌（每1?

O不大于0.2?

O，高度最大不超过5cm）。

拱脚及墙脚以上1m范围内严禁欠挖，（如下表1隧道允许超欠挖）。

　　表1隧道允许超挖值（cm）

　　围岩级别开挖部位ⅠⅡ～ⅣⅤ～Ⅵ

　　拱部线性超挖101510

　　最大超挖152515

　　边墙线性超挖101010

　　仰拱、隧底线性超挖10

　　最大超挖25

　　在控制隧道超欠挖技术的改进中，首先必须改变长期以来“宁超勿欠”的不理想观念，树立“少欠少超”的观念。

即可以允许一定程度的欠挖，但要符合《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）规定：

隧道开挖不应欠挖，当围岩完整石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入衬砌（每1?

O不大于0.2?

O，高度最大不超过5cm）。

拱脚及墙脚以上1m范围内严禁欠挖的要求。

　　现场施工中根据围岩情况、监控量测数据及时调整预留量，避免开挖轮廓线无谓扩大，尽量减少了超挖。

　　2.2.2合理爆破控制超欠挖

　　在实际施工中，尤其是软弱围岩隧道钻爆开挖时，极易造成超挖大使得混凝土回填量增大。

如下图所示周边周边眼开孔位置有（A）、（B）、（C）三种情况，其出现的几率和差值主要决定于钻孔水平。

A种情况不影响超前挖；B种情况是会出现超挖；而C种情况会出现欠挖。

因而先定位后钻孔，并在掌子面醒目的标出周边眼位置，把超欠挖控制在最小范围内（约3cm）。

　　图1周边眼开孔位置

　　1）起爆顺序

　　光面爆破时，从掏槽眼开始，一层一层地从截面中心往外进行，最后是周边眼爆破。

预裂爆破时，先周边预裂后掏槽，然后依次为扩槽眼、辅助眼、二层眼、底眼，布置雷管段号时应注意：

必须具有合理的段间隔时间，并且同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量，同时前一段的起爆要尽量为后段爆破创造良好的临面。

　　2）炮眼深L

　　以循环进尺为眼深，掏槽眼加深10%―20%。

　　3）周边眼间距E、抵抗线W、装药集中度r

　　依据围岩情况并参照文献[2]，合理相对距离：

Ⅴ级围岩E/W=0.6―0.8，Ⅳ级围岩E/W=0.72―0.83。

选取参数见表2。

　　表2Ⅳ、Ⅴ级围岩周边眼爆破参数表

　　围岩类别周边眼间距（E/cm）周边眼抵抗距（W/cm）相对距离

　　（E?

W-1）装药集中度（r/kgm-1）

　　Ⅳ围岩45600.750.15

　　Ⅴ围岩50650.770.21

　　4）炮眼布置及单眼装药量

　　先布置掏槽眼、周边眼，然后是底板眼、扩槽眼、二层眼，最后布置辅助眼，二层眼比辅助眼密一些，比周边眼稀一些，其间距为周边眼间距的1.5倍左右，抵抗线为间距的0.7倍左右，考虑到扩槽眼、底板眼爆破时负荷较大，其布置稀密应与二层眼相似，辅助眼间距为抵抗线1―1.25倍。

　　周边眼单眼装药量可参照表2进行计算，其它各部炮眼装药量：

q=kαWLλ

　　式中：

k―单位炸药消耗量，kg/m；（取值参见文献[3]）

　　a―炮眼间距，m；

　　W―炮眼爆破方向的抵抗线，m；

　　λ―炮眼所在部位系

　　5）断面炮眼布置

　　断面炮眼布置根据开挖断面大小、设计及验标要求合理布置。

周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求；辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴的需要；周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深20cm。

　　图2双线Ⅳ级围岩上台阶光面爆破炮眼布置图

　　图3双线Ⅴ级围岩上台阶光面爆破炮眼布置图

　　6）装药结构

　　周边眼装药结构一般采用2种形式：

比较破碎软弱的Ⅴ级围岩采用双导爆线、小直径药卷连续装药；Ⅳ级软岩类岩层，采用导爆索、小直径药卷空气间隔装药。

为克服眼底岩石的夹制力，可在眼底放置半卷标准药卷，以适当加强底部药量，其它炮眼一般均采用连续装药结构，炮眼均采用黄泥填塞封堵炮眼。

　　2.3锚杆

　　2.3.1锚杆质量

　　图4理想锚杆受力示意图

　　锚杆是将破碎或不稳定岩体与牢固的岩体连接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与锚杆连结在一起的作用。

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的与岩体锚固在一起。

除此之外，对锚杆质量影响较大的因素还有砂浆强度，得有足够的握力才能保证锚杆的质量。

图4为锚杆受力示意图。

　　2.3.2锚杆长度

　　锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚段的长度之和，并应满足下列要求：

　　1）锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算；预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面；

　　2）锚杆锚固段长度应按规定进行计算，并取其中大值。

同时，土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于45D和6.5m，或55D和8m（对预应力锚索）；位于软质岩中的预应力锚索，可根据地区经验确定最大锚固长度。

当计算锚固段长度超过上述数值时，应采取改善锚固段岩体质量、改变锚头构造或扩大锚固段直径等技术措施，提高锚固力。

　　锚杆长度及注浆饱和度均采用应力反射波法检测，现已有专用的锚杆质量检测仪。

　　2.3.3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。

　　2.3.4砂浆强度

　　在砂浆锚杆的长度及灌浆饱和度均达到要求后，并不能说明锚杆的质量完全达到了要求。

从锚杆的支护性能可知，它是受砂浆的裹握并通过砂浆与围岩这发生作用的，若砂浆的强度达不到要求，为了全面评价锚杆的质量，有必要对砂浆（抗压、抗剪）强度进行检测。

　　1）抗压强度。

采用传统的试验方法，在施作锚杆时同期制作试件，对试件进行抗压试验，得出砂浆的抗压强度。

　　2）剪切强度。

由锚杆的支护机理可知，在联结锚杆与岩体中砂浆主要受剪力的作用。

从而，砂浆的剪切直接影响到锚杆的质量。

由于围岩存在差异，在不同的联结体上，砂浆与围岩间的剪切力有所不同。

为了真实反映锚杆实际工作时砂浆与围岩（锚杆洞壁）间的剪切力，可进行原位试验。

将施作好的锚杆与周围的围岩一同取出，采用特制的试验设备对其进行抗剪试验，得出砂浆与围岩间的剪切力，并对其进行评价。

　　2.3.5锚杆抗拔试验

　　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5。

　　图5抗拔试验时锚杆受力示意图

　　2.3.6锚杆检测结果评定

　　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4、5可知，锚杆抗拔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。

　　2.4喷射混凝土质量检测

　　喷射混凝土能及时封闭围岩暴露面，有效地隔绝水和空气；部分混凝土浆液渗入张开的裂隙或节理中起胶结和加固围岩的作用；能向围岩提供支护抗力，使围岩由二向受力变为三向受力状态，从而提高了围岩强度。

　　评价喷射混凝土的质量指标：

喷混凝土强度、厚度、密实度及背后缺陷。

　　喷射混凝土强度

　　喷射混凝土强度在一定范围内离散分部，正常情况其分部规律符合正态分布曲线，喷射混凝土强度检测准则是根据平均强度和异变系数综合控制，大量实验证明湿喷混凝土异变系数可控制在10%左右，达国标优质标准。

根据混凝土表面特征，宜采用气压射钉枪无损检测方法进行检测。

　　混凝土厚度、密实度及背后缺陷

　　混凝土厚度、密实度及背后缺陷均可采用地质雷达进行检测。

根据喷射混凝土厚度，采用地质雷达对混凝土进行检测。

　　2.5格栅或型钢拱架数量检测

　　在隧道中使用格栅或型钢拱架数量，是隧道初期支护质量控制中所关心的问题。

喷射混凝土中存在钢格栅或型钢拱架支撑时，地质雷达剖面图中信号会有变化，可通过信号变化读出所用拱架数量。

关于钢材质量可于施工前进行抽检控制。

　　2.6二次衬砌检测

　　二次衬砌混凝土强度检测

　　对二次衬砌混凝土强度检测采用超声综合法结合少量的钻芯取样进行检测

　　二次衬砌混凝土厚度、背后空洞及围岩状况检测

　　对隧道二次衬砌混凝土厚度、背后空洞及衬砌背后围岩状况等检测，采用地质雷达检测方法进行。

测线布置位置：

拱顶、左右边墙、左右拱脚共五条测线。

对于背后空洞及衬砌背后围岩状况的检测，由二次衬砌混凝土厚度决定，选用500Hz的雷达天线，在现场利用工程检测车以小于5Km/h的速度对隧道二次衬砌进行检测。

　　二次衬砌混凝土裂缝及渗漏水检测

　　在隧道施工完成后，对隧道纵向全长范围内的二次衬砌表面存在的裂缝、渗漏水位置沿隧道洞身里程采用人工目测分格素描的方法进行检测。

　　检测时按每100m进行分段，分段进行目测裂纹工作，将所测到的裂纹在隧道衬砌表面的位置情况标在预先作好的的隧道纵向分格图上。

然后对隧道裂纹用游标卡尺、超声检测仪对裂缝宽度及深度进行检测，并将其标在分格图上相应的裂纹处，最终形成隧道病害分格检测展示图。

　　参考文献：

　　[1]中铁一局集团有限公司.《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）.中国铁道出版社，2011.

　　[2]蔡福广.光面爆破新技术[M].北京：

中国铁道出版社，1994.

　　[3]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京：

冶金工业出版社，1999.

　　作者简介：

　　赵瑞平，（1986-），男，中铁十二局集团第一工程有限公司，大学本科毕业，助理工程师，主要从事隧道施工技术与现场管理。