公路隧道施工质量检测与控制

  1.前言

  我国70％的国土为山岭和丘陵地区，以往山区公路建设中较多采用的是大填大挖和盘山绕行的方案，近年来，随着公路交通事业的发展，隧道的应用越来越广泛，建设规模越来越大。采用隧道方案能够较大地提高路线线形标准，缩短行车里程，还可避开山区公路滑坡、崩塌、碎落等常见病害，改善行车条件，并且可以避免大面积开挖扰动山体，减少对植被的破坏，避免产生大量弃方土石填充山谷河滩，能够有效地保护生态环境。

  今年来，国家对工程建设质量的要求也越来越严格。与铁路、水工隧道相比，公路隧道具有断面大，附属设施多，运营环境要求高等特点，因此对公路隧道建设的技术水平要求也相对较高。公路隧道工程施工质量管理水平的高低直接影响到工程的质量、使用性能与造价。

  2.隧道施工质量检验评定

  工程质量检验评定是施工质量控制的重要手段。隧道的质量检验评定工作要结合隧道施工的特点来进行。近年来，公路隧道的设计、施工在理沦和技术上都有了较大的发展，目前广泛采用新奥法进行设计施工。其特点是在结构上以柔性的喷锚体系作为施工支护和初次衬砌，及时稳定围岩的变形，充分利用围岩的自承能力。隧道施工开挖断面大，多采用钻爆及大中型机械掘进。隧道二次衬砌采用刚性的模筑混凝土，并根据公路隧道安全运营和结构防水抗冻的要求加强防排水系统的设计。防水多采用夹在两次衬砌间的韧性好、不透水的聚氯乙烯等高分子防水卷材，接缝密封，形成防水层；排水系统是在隧道地下水发育部位沿隧道壁环向、纵向、横向设置遗水的排水盲管，作用类似于盲沟，埋于防水层以外，将渗水引排至纵向的排水管、边沟或中央排水管集中排除。在严寒地区肪排水系统还有防冻要求。隧道内路面以防潮、抗冻、反光好的水泥混凝土路面为主。

  隧道工程项目的施工质量的梭验和评定是建立在对项目进行单位、分部、分项工程划分基础之上的，以各分项工程作为质量检验控制的单元，逐级加权平均、汇总评定，为提交竣工质量验收评定提供依据。在施工准备阶段，应按照建设任务、施工管理的特点将隧道建设项目进行逐级划分。隧道项目逐级划分的合理与否直接影响到对隧道施工质量的控制力度。合理的划分可以明确隧道质量控制的层次、控制的重点，使质量控制工作有明确的目标和指导；而不合理的工程划分将使质量控制工作缺乏系统性，没有工作重点。因此，工程项目的划分要结合公路隧道设计理论和结构特点，切合施工工艺、技术要求进行，并且注意要符合运营、养护管理对施工质量的要求。特长隧道可按照标段的划分分为若干单位工程；长隧道每座可作为一个单位工程；同一标段的若干中、短隧道可合并为一个单位工程，然后加权平均进行汇总。隧道的分部工程按照结构部位、施工的特点及任务划分，一般包括隧道总体、洞身开挖、支护、防排水系统、二次衬砌、明洞、洞口、路基路面、以及通风、照明附属设施等。其中锚喷初次衬砌、模筑混凝~次衬砌的施工相对独立，工序不搭接，因此宜分开作为独立的分部工程。由于隧道透水对安全运营和隧道结构都具有较大的危害，隧道的防排水问题受到越来越多的关注，故为保证工程质量，宜单独列为分部工程进行质量检验控制。洞口以外的排水工程可列入洞口工程，也可以归人整个隧道的防排水系统中。高等级公路的长大隧道常设有通风、照明、供配电、监控报警系统等附属设施，应按照其安装施工及功能等特点划分为独立的分部工程，参照相关专业的技术规范制定质量检验控制标准，进行质量控制。洞口工程包括洞口的开挖、洞门翼墙的砌筑等分项工程，可按照路基土石方、挡土墙工程的标准进行质量控制。明洞现浇混凝土工程可按照桥梁工程中混凝土浇筑的标准进行质控。

  根据公路隧道的结构特点和运营、养护的要求，隧道的各分部工程中，洞身开挖、支护、防排水、衬砌宜列为主要工程，对其质量应严格控制，以确保隧道的运营安全与结构性能和使用寿命。在质量评定评分时，对这部分应赋予较高的权值。

  3.隧道开挖质量控制

  与水工、铁路隧道相比，公路隧道的断面较大，对围岩的扰动大，其轮廓对围岩块体的不利切割多；且为了满足公路建筑界限的要求，公路隧道多采用扁平的断面型式，使得拱顶围岩处于不利的应力状态。因此，公路隧道的开挖施工不利因素多，难度大，应加强质量控制。开挖施工的质量好坏直接影响着隧道的稳定和工程造价：如果开挖表面不平整将导致局部围岩应力集中，并且影响防水层和衬砌施工，形成存水的空洞；如发生较多的超挖，则会增加出渣量和回填工程数量；如发生欠挖，则会影响隧道净空或减小衬砌厚度造成隐患。

  对于隧道开挖质量的控制，一般包括开挖断面规整程度和断面尺寸及超欠挖控制两个方面。隧道开挖断面的尺寸要符合设计的要求，在围岩松软且地压力较大的情况下，围岩变形较大，应根据计算及实测施工数据留足预留变形量及支撑沉落量，防止出现净空不够的现象。根据围岩类型选择合适的断面开挖方法和施IT_艺，一般常用的施工方法为钻爆法。对于硬岩宜采用光面爆破，软岩采用预裂爆破。采用半断面开挖方法时，下半断面开挖厚度及用药量要严格控制，减小扰动，防止拱部围岩失稳。对于开挖轮廓面的规整度采用目测方法进行检验：岩面上不应存在明显的爆破裂缝，周边炮眼痕迹分布均匀、保存率应满足：硬岩≥80%；中硬岩≥70%；软岩≥50%；两茬炮的衔接台阶形误差不大于15cm；爆破石渣的破碎程度与装渣机械相适应。超欠挖的控制通过实测施行，《公路工程质量检验评定标准》根据围岩的情况和部位确定了不同的规定值及允许偏差。超欠挖的测定除用尺量外，还可通过比较实际出渣量与设计出渣量、实际衬砌混凝土量与设计衬砌量的方法测定。隧道激光断面仪可快速精确地测定隧道开挖的实际断面，并与设计断面放在同一极坐标下进行比较，从而得出隧道超欠挖的详细资料，及时指导施工。这一方法近年来已经在公路隧道施工中开始应用。此外，还可利用二次衬砌的模板为参照量测开挖断面，或用坐标法及三维近景摄影法进行量测，但操作计算复杂，实用性差。需要指出的是，隧道的开挖质量检测不是仅对某一断面进行检测评价，而是在一个长度段内连续测量若干等距的断面，对所有实测数据综合计算分析，最后得出该段的开挖质量检测结果。

  4.隧道支护质量控制

  按照新奥法理论，隧道开挖后要及时支护，限制围岩的变形，似减小荷载并发挥其自承能力。目前公路隧道施工多采用锚喷支护，在围岩较差的地段可采用钢支撑，包括钢格栅及型钢支撑。

  对于钢支撑的施工质量要检测其加工质量和安装质量。加工质量检测包括加工尺寸、钢支撑的强度和刚度以及焊接质量。钢筋格栅可按照钢筋骨架加工的标准进行检测。安装质量的检测包括安装尺寸，包括标高和间距；安装倾斜度，包括平面和纵面，平面检测可用直角尺，纵面检测可用坡度规；还有钢架的连接与固定质量检测，钢架应有牢固的基础，并与围岩密贴，与锚杆通过焊接有效连接，形成一个承载整体。

  对于锚喷支护，应检测锚杆的加工质量、安装质量及喷射混凝土的原材料质量和喷射施工质量。锚杆加工质量的检验包括锚杆材料质量检验，如抗拉强度和延展性与弹性等指标的检测；锚杆规格如直径的检验；以及各类锚杆车丝、热煅、焊接加工质量的检验。锚杆安装的检验有间距、排距、锚杆方向、锚杆长度、钻孔深度、直径、孔形的检测等项目，以及锚杆拉拔力测试、砂浆饱满程度测试等内容。其中，锚杆安装间排距、拉拔力测试及砂浆饱满程度测试应是锚杆施工质量控制的要点。锚杆拉拔力测试通过千斤顶加载测试，注浆饱满程度及杆长可通过超声波检测仪器测定，但目前应用还不广泛。

  喷射混凝土的质量检验包括水泥、砂等原材料的检验及喷射混凝土强度、厚度的检验，喷射混凝土与围岩粘结强度检验及施工粉尘、回弹率的检验。喷射混凝土强度检验试块的制取可用喷大板法，即将混凝土喷人模具，或用凿除方法，直接在支护上凿取混凝土块，加工成10cm见方的立方体试件，进行抗压试验。厚度检查可在围岩上预埋高于设计厚度的小钉，或凿孔检查。如凿孔后混凝土与围岩不好区分，可用酚酞试液测试，红色的为混凝土。喷射混凝土与围岩粘结强度检验可在模具内放置一定尺寸，粗糙度与围岩相当的石块，加工成试件进行劈裂法测试，或直接在围岩岩面预埋装有拉杆的加力板，进行拉拔试验。

  5.隧道防排水系统质量控制

  如前所述，公路隧道的防排水要求高，目前的公路隧道防排水系统多为采用夹在两层衬砌之间的高分子防水卷材防水层，和沿隧道壁环向、纵向、横向设置的排水盲管，将渗水引排至纵向排水管集中排除。防排水系统的质量检测评定尚无统一的行业标准规定。

  防水层的质量检验也应分材料检验与施工安装检验两部分进行。对于高分子防水卷材的质量要求主要是抵抗施工破坏能力强，耐老化、耐酸碱、低温柔性好、寿命长等。其材料检测的内容包括长度、宽度和厚度检测，并且还需按照规定的尺寸和形状裁出试件，进行拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度检测、耐老化检测、低温柔性实验等。防水层的安装应检查防水层的接头：质量与吊挂施工。接头宽度应满足要求，采用粘接或焊接，接头应牢固，强度不小于同质材料，不得有气泡、折皱及空隙。焊缝一般采用双焊缝，中间留空腔以便充气检查。防水板的吊挂固定点间距在拱部为0.5～0.7m，在墙部为1.0～1.2m.点间防水层不得绷紧，以使防水层在混凝土灌注后与喷射混凝土支护面密贴。检查时主要采用目测观察，用手托起防水层，看是否与喷射混凝土密贴，在拱顶，呈水平状或下垂的范围不得超过1m2，防水板应无划破现象。

  排水系统的质量检验首先保证排水管的材料质量与规格满足设计要求。环向排水管多采用弹簧软管，应检查其直径、规格、外部所包裹的滤布是否套紧、弹簧在横向压力下是否能够保持管径不变等。环向排水管的安装质量检查包括安装间距、排水管与围岩的密贴程度、排水管安装的顺直程度、以及与纵向排水管的衔接。纵向、横向排水管多采用硬质的PVC管，应检查其管径、透水孔等规格，并检查材料是否老化变脆。纵向水管的安装应检查安装的坡度、顺直度及防水卷材与管道的包裹衔接是否满足设计要求。各类排水管之间应顺直衔接。对于隧道的集中排水管，可按照管涵的施工质量标准对其管节预制、基础、管节安装进行检验。

  6.隧道衬砌质量控制

  隧道的初次衬砌即为锚喷支护层。二次模筑混凝土的质量检测除了包括混凝土强度检测、厚度检测、墙面平整度的检测，以及混凝土表面质量、轮廓线顺直程度等外观检测外，还应检测衬砌的基础，保证地基尺寸及承载力满足要求。以上检测与桥梁工程中相应的部分类似，不再详述。

  施工中由于围岩松动或其他原因会导致二次衬砌产生裂缝。对于裂缝的检查可采用塞尺或刻度放大镜观测其深度及宽度，并根据情况采取处理措施。另外，在施工中，还可能出现衬砌背后填塞不密实，或衬砌内部存在空洞、蜂窝等情况。对于此类情况，可采用超声波或雷达探测技术进行检测。用雷达进行检测时，高频波的穿透深度小，但分辨率高，低频时穿透力大，但分辨率低。根据检测的目的选择合适的频率，然后沿隧道断面布置测线。由于施工的原因，拱顶部位的空洞、衬砌厚度不足等问题较多，应加强检测。雷达探测还可以检测衬砌厚度、裂缝、钢拱架埋设等情况，但往往受仪器技术水平所限，精度稍差，需要实际钻孔验证。

  7.结语

  我国公路隧道工程建设起步较晚，但是近年来，由于在工程实践中研究开发并引进了许多其他行业及国外的新技术与新设备，使公路隧道建设技术水平有了很大的提高，但在隧道的工程质量检验与控制方面仍较多地沿用旧标准及方法。目前，质量检测控制技术水平相对滞后于设计、施工技术的发展，而且对于隧道建设中一些广泛应用的新工艺、新材料缺少法定的质量检验控制标准。

  目前已经有不少单位在隧道质量检验与控制技术进行了探索和研究，取得了一定的经验，但我们仍需结合公路建设自身的特点，进一步总结、研究，提出一系列适应公路隧道要求的有效的质量检测方法和工程质量检验评价指标，形成一套系统的公路隧道质量控制体系。