公路工程隧道检测基础知识

第一节公路隧道建筑

　　一、公路隧道的分类

　　1、按隧道所处地理位置分：山岭隧道——越岭隧道和傍山隧道;城市隧道——立体交叉和快速通道;水下隧道——江底隧道和海底隧道。

　　2、按隧道所处地层介质分：岩石隧道——硬岩隧道和软岩隧道;土质隧道——软土隧道和老黄土隧道。

　　3、按隧道施工方法分：明挖隧道——挖筑法、沉管法、盖挖法;暗挖隧道——矿山法、新奥法、盾构法、顶进法。

　　4、按隧道埋置深度分：浅埋隧道和深埋隧道。

　　5、按隧道开挖断面面积分：特断面隧道(>100m2);大断面隧道(>50m2 <100m2);中断面隧道(>20m2 <50m2);小断面隧道(<20m2)。

　　6、按隧道内车流方向分：单向交通隧道;双向交通隧道。

　　7、按隧道内行车道数分：双车道、三车道、四车道隧道。

　　二、公路隧道的建筑组成

　　1、公路隧道建筑物包括：

　　主体建筑物——为提供稳定的、满足交通需求的地下空间而修筑的建筑物。包括洞身结构和洞门结构。

　　附属建筑物——为改善洞内交通条件和交通安全而设置的地下通道与设备间。如车行人行横洞、通风斜竖井、水泵房和风机房等。

　　2、洞身结构类型

　　裸洞结构——围岩不需支护就能获得稳定的地下空间。

　　整体式衬砌——现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌承担围岩压力。

　　预制管片段——将预制的管段或管片拼接成衬砌承担围岩压力。

　　锚喷支护——用锚杆、喷射混凝土、钢架等件，对围岩进行加固。

　　复合衬砌——锚喷构件作为初期支护、浇筑混凝土作为二次衬砌，两者之间铺设防水层。

　　3、洞门结构类型

　　墙式洞门——为稳定洞口边仰坡而修筑端墙、翼墙所构成的隧道洞门。端墙、翼墙可采用圬工砌筑，也可采用现浇混凝土修筑。

　　拱式洞门——利用拱形明洞回填土构成缓坡反压仰坡使之稳定的隧道洞门。明洞端面可为不同的仰俯角，所谓削竹式洞门即为仰角45°的拱式洞门。

　　棚式洞门——利用棚洞稳定洞口一侧边坡、防止坡面落石的隧道洞门。多用于洞口斜交的隧道。

　　4、隧道拱形断面各部的名称

　　拱部——起拱线以上的部分，包括拱顶、拱腰、拱脚;

　　边墙——起拱线以下到墙脚的部分，包括墙顶、墙脚;

　　仰拱——墙脚以下修筑的反拱，能与拱部、边墙结构构成闭合的结构环。

　　第二节公路隧道围岩

　　一、相关隧道理论

　　1、围岩的定义——开挖坑道其周围被扰动的地层介质。与原始状态相比，其内部应力应变均发生变化。

　　2、松弛荷载理论——稳定的岩体不产生荷载;不稳定岩体需要支护结构予以支承。视围岩为散体介质，采用土力学计算不稳定岩体作用在结构上的荷载大小和分布。

　　3、岩承理论——围岩稳定是岩体自身具有承载自稳能力;不稳定围岩丧失稳定是有一个过程，如在此期间提供帮助仍能进入稳定状态。视围岩为应力岩体，分析应力—应变状态的变化过程和支护作用。建立围岩—支护力学体系。

　　4、隧道特性曲线解释

　　稳定的围岩承担主要地层压力;不稳定的围岩压力由结构承担。如整体式衬砌承担松动压力，锚喷支护承担变形压力。

　　5、空间效应——随掌子面的推进，地层荷载逐渐释放，导致观察断面的围岩自稳能力发生改变。

　　6、时间效应——随时间的推移，地层荷载逐渐释放，导致观察断面的围岩自稳能力发生改变。

　　二、围岩分级和工程特性

　　1、围岩分级属间接工程类比法。是在总结大量隧道工程经验和教训的基础上，编制符合工程设计施工需要的围岩工程地质级别，定量地给出各级围岩的支护型式和衬砌厚度以及施工方法。

　　2、影响围岩稳定的人为因素包括设计和施工两个方面。如：

　　隧道设计的尺寸和形状、结构类型;采用的开挖方法、支护时机等。在公路隧道设计中，隧道尺寸和形状、结构类型变化不显著，通常对应围岩分级给出相应的支护参数;

　　实施开挖、支护工序的水平各施工单位差异较大，除在施工规范中列有相应的要求外，很难在围岩分级中明确。

　　3、影响围岩稳定的自然因素主要指隧道所处地层的工程地质条件和水文地质条件。

　　前者从岩石强度、岩体完整性考察围岩的工程特性，如岩石的单轴饱和极限抗压强度Rb和风化程度;岩体受地质构造影响程度、节理发育程度等。

　　后者从地下水对岩石和岩体结构面填充物的软化作用考虑划分。所以对软岩有遇水降级之说。

　　4、影响围岩稳定的工程特性主要指岩体的变形性质、强度特性、开挖性、透水性以及所处的应力环境等;也包括岩体软弱结构面的组合方式及填充物的力学性质，在地下水的软化作用和动、静推力作用下，可使岩体稳定性进一步降低。

　　换句话说，主要指围岩的自承能力和自稳时间及开挖性。

　　第三节公路隧道常见质量问题

　　一、结构质量问题

　　1、侵限问题：

　　开挖支护期间，因预留变形量不足，或施工放样误差，或支护刚度不够，或施工方法有误等导致初期支护侵入二衬空间;

　　施工二衬期间，因模板刚度不足，或台车就位不牢靠导致走模而建筑限界受侵。

　　2、衬砌开裂：

　　施工因素主要有：

　　衬砌厚度不足、混凝土强度不够、墙脚浮渣未清除、衬砌背后有空洞、二衬施做时机不当、塌方段处治欠妥等。

　　设计因素主要有：

　　围岩分级有误、结构形式与围岩压力不协调、对后期荷载估计不足等。

　　3、隧道渗漏：

　　主要原因为：

　　防水层防水失败(接缝漏焊、铺挂不密贴被撕裂、铺挂时被刺漏)，施工缝止水构件未起作用、排水管沟被堵塞，衬砌混凝土存在蜂窝现象。

　　4、接触面不密实：

　　支护与围岩接触面不密实主要有两种现象：

　　一为施工操作不当使型钢拱和钢筋网背后喷射混凝土未将其填满;

　　二为有意填塞石块或异物造成支护背后空洞，达到偷工省料的目的 。

　　二衬与支护接触面不密实的主要原因：

　　一为防水板铺挂不密贴兜存地下水，导致泵送混凝土无法填满;

　　二为泵送混凝土的压力不足、流动性不好、抽拔泵送管不当，导致拱顶混凝土不能充满。

　　二、通风照明不良

　　1、设计欠妥——因交通量、车辆组成预测或自然风压与实际情况偏差过大，致使隧道通风能力偏小、有害气体浓度超标;污染空气降低了光线透过率，使洞内照明昏暗。

　　2、器材不合要求——主要指所用风机灯具的型号规格与设计不符，或存在质量问题。

　　3、养护不及时——对风机、灯具的日常清洁和维护以及更换都不及时，使之不能发挥正常功效。

　　4、降低设备开启强度——营运管理期间不按设计要求，随意改变通风照明水平。

　　第四节公路隧道检测内容

　　一、隧道检测是施工质量管理的重要手段

　　1、隧道施工的下列特点导致检测必须及时：

　　结构隐蔽性——前道工序的质量问题为后道工序所掩盖，成为隐患时补救极为困难。

　　质量传递性——前道工序的施工质量会影响后道工序的施工难度和质量(如开挖质量影响支护施工，支护质量影响防水板铺挂等)。

　　现场加工性——不具备重复加工和批量生产的可能。

　　2、隧道施工涉及面广导致检测必须全面：

　　原材料品种多——包括高分子卷材、管材，钢制型材、线材，大宗地材和添加剂。

　　加工方式不同——如混凝土有现浇和喷射两种方式，喷射混凝土又分为干喷与湿喷;钢支撑有弯制的型钢拱和焊接的格栅拱;开挖可用爆破、机械、人工等方式;

　　施做时机影响大——支护、衬砌施做时间直接影响到结构受力和稳定。

　　施工环境复杂——施工期间洞内的易爆、易燃、有毒气体对施工安全危害极大;粉尘、高地温、缺氧对施工人员健康影响不容忽视。

　　二、隧道检测是保证营运安全前提

　　1、影响隧道内车流正常行驶的现象：

　　路面缺陷——坑槽、断板、隆起、结冰等。

　　衬砌破损——裂缝、错台、龟裂导致掉块等。

　　衬砌漏水——导致路面湿滑、电器短路、挂冰堆冰等。

　　通风照明不良——导致司机视觉信息不足，产生误操作。

　　2、定期进行隧道检测，将事故消灭在萌芽状态。

　　三、隧道检测内容的分类

　　1、材料检测——属土建工程的通用原材料，其检测方法可查阅有关规定;属隧道工程特有的材料需专项检测，主要对锚喷的最终材质强度、防排水材料各项指标进行检测。

　　2、施工检测——包括施工质量检测和施工监控量测。施工质量检测内容按施工顺序分为：

　　超前支护及预加固质量检测——支护构件的材质、规格、尺寸及安装尺度要求;注浆效果。

　　开挖质量检测——开挖面的尺寸、形状、平整圆顺程度。

　　初期支护质量检测——锚杆的间距、排距、长度、浆液注满度、抗拔力;喷射混凝土的强度、厚度、平整度;钢支撑的间距、节间连接、榀间连接;支护背后密实度。

　　防排水系统质量检测——防排水材质、规格;加工安设质量。

　　衬砌质量检测——衬砌的几何尺寸、混凝土强度、背后密实程度。

　　3、环境检测——分施工环境检测和营运环境检测。