公路隧道常见质量问题

招商局重庆交通科研设计院有限公司院副总工程师程崇国教授级高级工程师联系电话:13708358305023-62653151传真[phone].03.02公路隧道常见质量问题程崇国1959年9月生重庆市人1982年毕业于重庆建筑工程学院地下建筑专业学士中国公路学会隧道分科学会理事；交通部公路勘察设计典型示范工程咨询专家；重庆市授予：“重庆市优秀专业技术人才”。享受国务院“特殊政府津贴”专家参与《隧道设计规范》和《隧道施工技术规范》的编写专业方向：地下工程结构、隧道勘察设计，科研，施工控制主要成就:主持或参与了勘察设计项目30多项；科研项目10多项；工程咨询、隧道施工控制12项，获各类科研成果9项，发表论文16篇。招商局重庆交通科研设计院有限公司过去单位名称“交通部重庆科学研究所”，成立於1965年5月，系直属交通部管理的正厅级科研事业单位。2000年转制为科技企业，整建制进入招商局集团。是中央在渝科研单位和甲级勘察设计院，是国家山区公路工程技术研究中心和隧道建设与养护技术交通行业重点实验室的依托单位。我院主要从事公路行业与市政行业的道路工程、桥梁工程、隧道工程、交通工程、轨道交通、等领域的科研开发、勘察设计、试验检测等公路隧道施工常见的质量问题1、概述2、隧道施工技术特点3、新奥法基本概念4、常见病例介绍概述第一部分从上个世纪80年代我国修建高速公路以来，高速公路迅速发展，公路隧道也孕育而生，在我国大陆，截至2007年底，全国公路总里程达358.37万公里，同比增长3.67%；高速公路5.39万公里，同比增长18.06%；等级公路253.54万公里，同比增长11.06%。2007年底全国公路隧道数量达4673座，较上一年增长了23.36%；里程达2555.5km，增长了38.75%。其中，特长隧道83处、361.0km；长隧道607处、1001.1km；中隧道758处、536.8km；短隧道3225处、656.6km。1、我国公路隧道现有规模1、我国公路隧道现有规模1、我国公路隧道现有规模1、我国公路隧道现有规模2008年全国公路隧道为5426处、3186.4km，(比上年增加753处、630.9km)。其中：特长隧道203处、886.7km(比上年增加120处、525.7km)，长隧道1450处、2227.3km，(比上年增加743处、1226.2km)。1、我国公路隧道现有规模公路正持续不断地向山区延伸、平原和沿海地区的水下隧道也方兴未艾，公路隧道建设这几年的增长量每年达1000多公里。隧道长度由过去的3公里发展到现在的7、8公里甚至18公里的超特长隧道。从隧道的形式上看，从过去的2车道隧道到今天的3车道隧道、4车道隧道；型式有连拱隧道、小间距隧道、分岔隧道。公路隧道的改建工程也逐年增加。公路隧道的建设技术、管理技术、防灾、监控、养护等技术已取得丰硕成果。公路隧道建设还将持续高速发展。公路隧道标准断面1、我国公路隧道现有规模2车道A=63m2高宽比=0.673车道A=96m2高宽比=0.544车道A=136m2高宽比=0.48连拱隧道小净距隧道2车道隧道3车道隧道4车道隧道（深圳雅宝）1我国公路隧道建设基本情况连拱隧道小净距道隧道我国地域自然条件差异较大,隧道穿越山体的工程地质及水文地质条件复杂多变，隧道受设计和施工技术条件的限制，从已建成的公路隧道看，渗漏水、衬砌开裂、拱背空洞、衬砌厚度不够、混凝土强度劣化、路面开裂、路面冒水等现象较为严重。我国目前有些公路隧道处于病害发育的亚健康状态，很多隧道已经进入到养护维修期，2、我国公路隧道病害现状衬砌开裂衬砌开裂衬砌开裂渗漏水开裂、渗漏水渗漏水渗漏水混凝土劣化衬砌背后空洞衬砌厚度不够衬砌背后空洞衬砌掉块路面开裂路面隆起路面隆起路面冒水隧道施工技术特点第二部分1、隧道施工技术特点1)隧道施工是在有原始应力场的介质内构筑结构，即:“先有荷载，后有结构”。2)隧道工程结构的受力是不确定的。3)隧道开挖方法、支护时间、支护刚度对结构受力影响很大。4)设计是以工程类比为主、计算为辅，实行动态设计。5)隧道施工环境恶劣，能见度差、空气质量差、噪音大。影响工人的工作情绪和技能发挥。6)施工水排水困难、泥浆难以清除，影响结构质量1、隧道施工技术特点7）隧道不可预见的因素较多。8)施工作业空间小，各工序干扰大。9)施工工人技术水平普遍低。10)隧道工程大部分是隐密工程，各工序过程检查力度不够、手段落后，有些还没有有效的检测手段，工程隐患难以发现。；11)工程质量难以通过表面观察进行评价，表面显示出来的问题，不易判断问题的实质。第三部分新奥法三、新奥法1、新奥法的基本概念2、新奥法的力学特征3、新奥法的设计原则4、新奥法及其技术特点5、新奥法与喷锚支护的关系6、喷射混凝土的作用机理7、锚杆的作用机理8、隧道施工顺序和要求1、新奥法的基本概念新奥法是由奥地利的一位地质专家在50年代总结了前人的经验，提出来的一套隧道设计、施工技术。是新奥地利隧道施工方法的简称,它的英文名字是(NewAustrianTunnelingMethod),简写（NATM）新奥法不是能用一句话能回答的，他是一种设计施工思想、一套方法。1、新奥法的基本概念新奥法的核心是：最大限度地利用和发挥围岩的自承能力，围岩不仅仅是荷载，也是结构的一部分,而且是结构的主要部分。在整个工程的设计、施工过程中，以利用和发挥围岩的自承能力为基本出发点，采取各种工程措施，使围岩成为隧道承载体系的一部分。1、新奥法的基本概念新奥法，是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自稳能力为基本出发点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工的方法。2、新奥法的力学特征圆形洞室计算简图2、新奥法的力学特征围岩位移及支护抗力特征曲线2、新奥法的力学特征通过上面分析我们可以认识到：1）围岩所需的支护抗力是变化的,他与岩体本身性质、结构刚度和支护时间有关；2）隧道围岩变形是岩体内能量的释放过程。要允许围岩产生一定变形，释放一定能量。3）隧道围岩壁面的变形速度是判断（内空变位量的大小、变化速率）洞室能否稳定重要指标。2、新奥法的力学特征实际施工中，很多时要分几次施作初期支护，是因为洞室开挖后，要及时进行初期支护，封闭围岩，但刚度不能太大，要让围岩在有控制的条件下变形。通过对围岩变形的监测，掌握洞室周边位移、支护变形情况，观察位移和变形是趋于稳定还是在发展来决定下一步的处理措施，进行第二次、第三次初期支护、决定二次衬砌施作时间。若围岩变形没有趋于稳定的迹象，应加强初期支护，或提早施作二次衬砌。3、新奥法的原则1）最大限度地利用和发挥围岩的自承能力2）隧道的支护结构，是要解决如何有效地控制变形问题。3）要允许围岩有一定的变形（也包括结构的变形），不要试图阻止围变形，使支护承受过大压力；要限制围岩变形，防止围岩过大变形，发生垮塌。3、新奥法的原则4）应在适宜的时机，构筑适宜的支护结构，避免在围岩中出现不利的应力状态。5）要早支护、柔支护，不能顶着干！6）要求支护结构与围岩尽早地密贴，共同工作。3、新奥法的设计原则7）通过现场监控量测，掌握围岩应力状态和围岩、支护变形发展趋势，及时调整支护参数，力求获得最适宜的支护结构。8）根据隧道围岩力学概念和原则，进行隧道的设计和施工，要有效地、充分地利用围岩天然的自承能力，保证隧道结构安全、节省工程费用。4、新奥法技术要求1）要求采用光面爆破（开挖面平顺）断面轮廓尽量圆顺，避免应力集中，减少对围岩的扰动2）初期支护要及时施作、紧贴围岩、及早封闭合，与围岩共同工作；3）开展现场监控量测工作，掌握围岩动态；4）根据现场量测结果，确认和修改支护参数，调整施工方法。4、新奥法技术特点5）动态设计与施工6）考虑预留变形量7）强调施工方法与施工顺序8）“理论导向、测试定量、经验判断”。5、新奥法与喷锚支护的关系1）喷锚支护不是新奥法。2）喷锚支护是目前最简便、最经济、最有效的快速柔性支护结构、是利用和发挥围岩的自承能力最主要的、最有效的支护手段；3）喷锚支护是一种加固围岩、抑制围岩变形、利用和发挥围岩自承能力的衬砌形式，具有支护及时、柔性、紧贴围岩、与围岩共同变形等特点。6、喷射混凝土6.1喷射混凝土的作用机理1）特点：a)喷射混凝土支护、施作速度快、早期强度高、密实度好、与隧道围岩紧密粘结的突出优点。b)隧道开挖后及时施作喷混凝土支护，可以起到封闭岩面、填充坑凹及缝隙、防止围岩风化松动、维护和提高围岩的整体性、帮助围岩发挥自身的结构作用、调整围岩应力分布，防止应力集中，控制围岩变形，防止掉块、坍塌作用。6、喷射混凝土2）喷锚支护的作用增加了围岩切向方向的约束力，使围岩与喷层共同作用。a.粘接作用粘结力模型6、喷射混凝土b.弯曲压缩作用由于向内产生径向变位受到弯曲压缩，对围岩施加了径向约束力。轴力模型2）喷锚支护的作用6、喷射混凝土2）喷锚支护的作用c.抗剪切作用以喷射混凝土的剪切力保持岩体稳定6、喷射混凝土d.楔效应，嵌入岩缝。e.减少局部集中应力。f.防止发生风化。喷混凝土围岩2）喷锚支护的作用6、喷射混凝土6.2喷射混凝土的质量检查1）喷射混凝土强度；2）喷射混凝土厚度；3）喷射混凝土背后空洞、与围岩的密贴情况。4）喷射混凝土与围岩的粘结力；7、锚杆锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体，是通过锚入岩体内部的锚杆，与岩体融为一体，利用锚杆的悬吊作用、组合拱作用、缝缀作用、挤压作用，将围岩中的节理、裂隙窜为一体，约束围岩内部和周边变位，达到改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维护隧道稳定的作用。在软弱围岩中起到改善其物理力学性能的作用。7、锚杆7.1锚杆的作用机理1）悬吊作用—把可能掉下来的岩块固定起来7、锚杆7.1锚杆的作用机理2）组合梁作用—把岩体叠合组成组合梁（锚杆群）产生轴力锁住岩块控制岩块的位移7、锚杆7.1锚杆的作用机理3）缝缀作用—增加整体性（即增加缝隙之间的摩擦力）内压7、锚杆7.1锚杆的作用机理4）内压作用—向围岩施加经向的约束压应力7、锚杆7.2锚杆的质量检查1）锚杆有效锚固深度；（锚杆杆体材料、锚杆杆体长度、锚固砂浆强度、锚固砂浆饱满度）2）锚杆间距，锚杆打设方向。8、钢筋网支护钢筋网是被包裹在喷混凝土内，与喷混凝土一起工作，钢筋网的作用，是提高喷混凝土抗裂性能、提高喷混凝土抗剪强度和韧性。帮助喷混凝土更好地发挥柔性支护特性。9、钢筋网支护检查9.1钢筋网支护检查1）钢筋直径（符合设计要求）；2）钢筋网间距（符合设计要求）；3）钢筋网钢筋的搭接长度（是30倍钢筋直径或一个网格尺寸）；4）钢筋网距岩面的距离（不大于3cm）。10、钢架支护钢架支护能快速发挥较强的支护能力，在喷混凝土、锚杆强度出现强度之前，约束围岩的位移，承受大部分的荷载。控制围岩变形和松弛的发展。钢架支护被喷混凝土包裹后发挥整体受力效果。10、钢架支护10.1钢架支护检查1）钢架截面高度或型钢型号2）钢架主钢筋和腹筋直径3）钢架几何尺寸4）钢架焊接5）钢架连接板6）安装间距7）垂直度（小于2o）11、二次模注混凝土衬砌1）二次模注混凝土衬砌是刚性衬砌，具有较高的承载能力，是主要的永久支护结构和维护结构。2）二次模注混凝土衬砌包括拱、墙和仰拱。一般情况下是等截面、特殊情况下采用变截面初期支护锚杆二次衬砌仰拱衬砌仰拱填充11、二次模注混凝土衬砌3）二次模注混凝土衬砌施作时间a围岩及初期支护变形基本稳定以后施作，是很理想的情况。这时二次衬砌基本不受力。b浅埋段、塌方段、土层围岩及软弱围岩段等，初期支护及围岩变形不能稳定或稳定时间较长（15～30天），除加强初期支护外，应提前施作二次衬砌；11、二次模注混凝土衬砌d膨胀性围岩、高地应力地段:不能过早施作二次衬砌；应让地应力充分释放。e多数情况下，二次衬砌距掌子面的距离不超过150m为好。11、二次模注混凝土衬砌4）二次模注混凝土衬砌检查：a事前检查（影响混凝土的厚