southwestjIaotongunIversIty隧道質量控制技術xx教授xx博士xx隧道施工質量控制技術三階段質量控制隧道施工質量控制是一個過程，即從隧道結構“孕育”、“成長”的各個階段都要進行控制，通過試驗、檢測等技術，提出相應的控制指標、方法以及檢測技術。施工質量控制包括事前控制、事中控制和事后控制三個階段，三階段控制構成了質量控制的系統控制過程。事前控制事前控制要求預先進行編制周密的質量計劃。尤其是工程項目施工階段，制訂質量計劃或編制施工組織設計或施工項目管理實施規劃，都必須建立在切實可行、有效實現預斯質量目標的基礎上，作為一種行動方案施工部署。事前控制主要包括強調質量目標的計劃預控和按質量計劃進行質量活動前的準備工作狀態的控制。事中控制事中控制首先是對質量活動的行為約束，即對質量產生過程各薦技術作業活動操作者在相關制度管理下的自我行為約束的同時，充分發揮其技術能力，去完成預定質量目標的作業任務；其次是參建各方對質量活動過程和結果的監督控制，這里包括來自企業內部管理者的檢查檢驗和來自企業外部的工程監理和政府質量監督部門等的監控。事后控制事后控制包括對質量活動結果的評價認定和對質量偏差的糾正。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，事中約束監控的能力越強、越嚴格，實現質量預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活動“一次成功”、“一次交驗合格率100%”。由于系統因素和偶然因素的存在，因此當出現質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，保持項目質量始終處于受控狀態。

施工質量過程控制（也稱工后控制）。目前的質量控制大多是“重二襯，輕初支”，實際上隧道初期支護是隧道的主要承力結構，對整個隧道結構的耐久性起著很重要的作用，故在隧道施工質量過程控制中，對初期支護各結構的施工質量均需進行必要的控制。施工質量過程控制主要包括開挖斷面、錨桿質量（長度及砂漿飽和度）、鋼拱架或格柵鋼架、噴混凝土質量（強度、厚度及背后缺陷）、防水層施工質量、二次襯砌混凝土質量（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進行各種配合比設計，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指南》TZ214——2005規定：隧道開挖不應欠挖，當圍巖完整、石質堅硬時，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范圍內嚴禁欠挖。在控制超欠挖技術的研究中，首先應改變觀念，即必需改變“寧超勿欠”的傳統觀點，樹立“少欠少超”的觀點。也就是說，應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，鐵路隧道施工規范（TB10204—2002）規定：當圍巖完整、石質堅硬時，容許巖石個別突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入襯砌，侵入值應小于襯砌厚度的1/3，并小于10cm。對噴錨襯砌應不大于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（約在3cm）是可能的。對隧道在各施工階階段的凈空尺寸（（橫斷面凈空及超超欠挖）采用激光光斷面儀（如國產產BJSD-2型型隧道限界檢測儀儀，見圖）或全站站儀進行檢測。通通過激光斷面儀對對隧道各施工階段段凈空尺寸的檢測測、數據處理，可可以評價隧道開挖挖質量、取代收斂斂量測以及對地質質雷達檢測噴混凝凝土厚度時進行波波速標定和厚度修修正等。（2）激光斷面儀儀檢測①開挖質量在隧道開挖后，將將激光斷面儀架設設在檢測橫斷面上上對開挖輪廓進行行檢測，對實測數數據進行分析處理理，得出隧道開挖挖輪廓斷面，與設設計的開挖線相比比較，可評價隧道道開挖的超欠挖情情況，對隧道的開開挖質量進行評價價，詳見圖。③混凝土厚度檢測測在隧道開挖后，用用激光斷面儀或全全站儀對開挖斷面面進行測量，待初初期支護噴混凝土土完成后在相同斷斷面作初期支護施施作后的凈空斷面面進行測量，利用用兩次測量結果的的差值，可得出該該斷面初期支護噴噴混凝土厚度的準準確值（見圖）。。若在二次襯砌前前后對相同斷面進進行檢測，即可得得檢測斷面二次襯襯砌厚度準確值。。⑤隧道凈空狀況檢檢測檢測中以隧道控制制網坐標系統（中中線及高程）為斷斷面輪廓檢測的坐坐標系統，隧道內內每間隔一定距離離（如20m）設設置一個檢測斷面面，每個檢測斷面面上設置一定數量量的測點進行檢測測，對隧道凈空狀狀況采用激光斷面面儀（BJSD-2型）方法進行行檢測。利用專用處處理軟件（（軟件界面面見圖4-25）對對實測數據據進行分析析處理，得得出隧道橫橫斷面數據據（詳見圖圖4-23）。同時時，以設計計斷面為標標準曲線，，通過與實實測斷面輪輪廓數據的的比較，確確定隧道襯襯砌凈空斷斷面是否滿滿足設計要要求（見圖圖4-26）。圖4-25BJSD-2型隧道限限界檢測儀儀專用軟件界界面圖4-26二襯襯后斷面檢檢測結果圖圖（2）錨桿桿質量錨桿是將破破碎或不穩穩定巖體(塊)與牢牢固穩定的的巖體連結結在一起以以提高整體體穩定性的的一種支護護措施。當當錨桿發揮揮作用時，，錨桿不同同部段的功功能各不相相同。錨桿桿內端處于于牢固穩定定巖體的部部段，其錨錨固力主要要起著固定定錨桿的作作用；而錨錨桿外端處處于破碎或或不穩定巖巖體的部段段，其錨固固力主要起起著將該段段巖體(塊塊)與錨錨桿連結在在一起的作作用（見圖圖4-27）。要讓讓錨桿能發發揮設計的的效果，除除保證錨桿桿的長度滿滿足設計要要求外，還還要使各段段都能均勻勻而有效地地與巖體錨錨固在一起起。除此之之外，對錨錨桿質量影影響較大的的因素還有有砂漿的強強度，得有有足夠的裹裹握力才能能保證錨桿桿的質量。。距巖面距離(m)x軸力(kN)P圖4-27理想錨錨桿受力示示意圖錨桿長度及及注漿飽和和度均采用用應力反射射波法檢測測，現已有有專用的錨錨桿質量檢檢測儀，見見圖4-28。圖4-28JL－MG錨錨桿質量檢檢測儀②錨桿長度度應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為一維維桿件的彈彈性應力波波反射理論論。在錨桿桿頂部激發發彈性應力力波，當彈彈性應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，，將產生反反射波回到到錨桿頂。。根據反射射波的走時時和錨桿中中的應力波波傳播速度度就可以用用(3)式式求出錨桿桿長度L，，錨桿桿中的應力力波傳播速速度可在現現場已知長長度的錨桿桿上進行標標定。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。由應應力波在介介質中的傳傳播特性可可知：應力力波在堅硬硬完整的介介質中傳播播速度大，，衰減速度度快，而在在松散及不不完整介質質中應力波波的傳播速速度小，衰衰減速度慢慢。利用應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質，因此應應力波的波波形規則衰衰減快，近近于指數衰衰減；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，應力力波的波形形雜亂、衰衰減慢。根根據不同方方向、不同同部位擊震震的應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)全長長樹脂錨桿桿錨固段長長度為0.77m實實測波形圖圖(b)樹脂脂端錨錨桿桿的實測波波形圖圖12-34錨桿桿長度及注注漿飽和度度檢測波形形圖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發生作用的的，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、抗壓強強度采用傳統的的試驗方法法，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、剪切強強度由錨桿的支支護機理可可知，在聯聯結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量量。由于圍巖存存在差異，，在不同的的聯結體上上，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設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統的錨桿錨錨固質量檢檢測方法。。進行拉拔拔試驗時,將液壓千千斤頂放在在托板和螺螺母之間,擰緊螺母母,施加一一定的預應應力,然后后用手動液液壓泵加壓壓,同時記記錄液壓表表和位移計計上的對應應讀數,當當壓力或者者位移讀數數達到預定定值時,或或者當壓力力計讀數下下降而位移移計讀數迅迅速增大時時,停止加加壓。測試試后,整理理出錨桿的的位移-荷荷載曲線,進而分析析出試驗錨錨桿的抗拔拔力大小。。試驗時錨錨桿的受力力狀態見圖圖12-35。距巖面距離(m)x軸力(kN)P圖12-35抗抗拔試驗時時錨桿的受受力示意圖圖⑥錨桿檢測測結果評定定試驗證明：：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可知知，錨桿拔拔抗試驗與與實際錨桿桿的受力狀狀態有很大大不同，得得出錨桿抗抗拔力與錨錨桿質量沒沒有必然的的相關性，，若僅采用用抗拔試驗驗，可能導導致將不合合格錨桿依依其抗拔力力評定成合合格錨桿。。所以，對對錨桿進行行檢測時，，要采用聲聲頻應力波波法對錨桿桿的錨固質質量進行無無損檢測，，再配合抗抗拔力試驗驗進行綜合合分析，可可對錨桿的的錨固質量量作出較全全面的評價價。4噴混凝凝土質量檢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理中起起膠結和加加固圍巖的的作用；能能向圍巖提提供支護抗抗力(徑向向力)，使使圍巖由二二向受力變變為三向受受力狀態，，從而提高高了圍巖強強度。評價噴混凝凝土的質量量，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內離散分布布，正常情情況其分布布規律符合合正態分布布曲線，噴噴射混凝土土強度檢驗驗準則是根根據平均強強度和變異異系數綜合合控制。因因此對噴射射混凝土的的質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。由于于濕噴工藝藝能夠對水水灰比進行行準確控制制，因此強強度變異系系數小，噴噴層結構可可靠性高。。而干噴工工藝據歐洲洲規范（EFNARC）7.3表述：：“對于干干噴工藝難難于預設水水灰比。實實際水灰比比一般在0.35~0.5的的范圍內波波動。經估估算，相應應強度波動動可達15MPa以以上”。根根據中鐵西西南院大量量試驗數據據表明：濕濕噴混凝土土強度變異異系數可控控制在10%左右，，達到國標標優質標準準。混凝土強度度分布規律律①噴混凝土土強度根據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）無無損檢測方方法進行檢檢測。氣壓壓射釘槍檢檢測噴混凝凝土強度是是在恒定空空氣壓力下下將經過特特殊標定的的射釘打入入噴混凝土土內，由其其射入深度度推算其強強度(深度度與強度的的關系由實實驗標定)。圖4-30氣壓壓射釘槍圖4-31氣壓壓射釘槍強強度測試系系統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雷達達（見圖4-34、、35）進進行檢測。。根據噴混混凝土厚度度，采用地地質雷達對對噴混凝土土進行檢測測前要解決決的問題：：天線頻率率的選擇、、雷達波在在噴混凝土土中的波速速標定。根根據噴混凝凝土厚度，，選用1000MHz或更大大頻率的天天線可以得得到效果較較好的檢測測結果；對對于波速標標定，采用用激光斷面面儀通過斷斷面檢測得得出噴混凝凝土厚度來來得到。圖4-34圖4-35噴混凝土強強度與射釘釘貫入深度度的關系曲曲線強度差值d頻數直方方圖5格柵或或型鋼拱架架數量檢測測在隧道中所所使用格柵柵或型鋼拱拱架數量，，也是隧道道初期支護護質量控制制中所關心心的問題。。噴混凝土土中存在格格柵或型鋼鋼拱架支撐撐時，地質質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數量。鋼材材質量（包包括錨桿））及加工質質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）二次次襯砌檢測測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合少量量的鉆芯取取樣進行檢檢測。A、超聲回回彈檢測圖4-38α-5000型混凝土土數顯回彈彈儀圖4-39樂陵陵機械回彈彈儀圖4-40NM——4A型超超聲波檢測測儀圖4-41瑞士士產TICO型超聲聲波檢測儀儀B、鉆取芯芯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，在現現場采用鉆鉆機（如：：ZKJ—200型型金剛石鉆鉆機，見圖圖4-42）鉆取芯芯樣（芯樣樣直徑：φ100或φ150）后后，在室內內進行芯樣樣試件制作作并養護后后采用壓力力試驗機（（NYL—60型，，見圖4-43）對對芯樣試件件進行抗壓壓強度試驗驗，得出襯襯砌混凝土土芯樣強度度值。圖4-42圖4-43②二次襯砌砌混凝土厚