福州大学土木工程学院本科实验教学中心 学生实验指导书 隧道工程检测 实验指导书 隧道工程实验室编 2007年7月28日
福州大学土木工程学院本科实验教学中心 学生实验指导书 隧道工程检测 实验指导书 隧道工程实验室编 2007 年 7 月 28 日
目录 实验项目1：现代隧道施工技术（必修） 实验项目2：隧道通风检测（必修） 实验项日3：隧道照明检测（必修） 实验项目4：隧道衬砌混凝土强度和缺陷的无损试验（选修） 实验项目5：隧道施工的监控量测（选修）
2 目 录 实验项目 1：现代隧道施工技术（必修） 实验项目 2：隧道通风检测（必修） 实验项目 3：隧道照明检测（必修） 实验项目 4：隧道衬砌混凝土强度和缺陷的无损试验（选修） 实验项目 5：隧道施工的监控量测（选修）
前言 隧道工程检测是士木工程专业的一门技术基础课程。通过实验课程项目的设置，介绍隧 道工程施工控制和质量检测试验的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验 基本技能，具备解决一般隧道施工监控和质量检测所要求的基本素质和能力，并对学生进行 科学研究隧道科学试验能力的培养，是土木工程专业高级技术人材所必需的基本训练的一部 分。学科的特点是理论面广，工作量大，实践性强。因此，除了课堂实验理论教学之外，实 验课是重要教学环节之一。通过实验，能更好地掌握实验理论和方法，巩固和充实课堂教学 效果，培养试验技能，为将来在实际工作中进行地下工程方面科学研究和结构检验打下基础。 为了达到预期目的，隧道工程实验课必须注意以下几方面问题： 一、试验前认真预习指导书和教材有关内容，同时应复习其它己学有关课程的有关章节， 充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。一些 控制值的计算工作，试验前必须做好。 二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试 验报告都上交后卸任。小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，不得撒 离各自的岗位。 三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，安全措施是否有效， 各项准备工作是否完成。若准备工作完成后，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。 四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科 学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。 五、严格遵守实验室的规章制度，非当次试验所用的仪器设备不能乱动：试验用仪器、 仪表、设备要严格按规程进行操作，遇有特殊情况及时向指导教师报告。 六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。 七、试验结束后，要及时卸下荷载，使仪器、设备恢复原始状态，以后小心卸下仪器仪 表、擦净、放妥、清点归还，经教师认可并把试验记录交教师签字后离开。 八、试验资料应及时整理，按时独立完成试验报告，除小组分工由别人记录的原始数据 外，严禁抄袭。 九、试验报告要求原始记录齐全、计算分析正确、数据图表清楚、心得体会深刻。 十、经教师认可，试验也允许采用另外方案进行。 3
3 前 言 隧道工程检测是土木工程专业的一门技术基础课程。通过实验课程项目的设置，介绍隧 道工程施工控制和质量检测试验的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验 基本技能，具备解决一般隧道施工监控和质量检测所要求的基本素质和能力，并对学生进行 科学研究隧道科学试验能力的培养，是土木工程专业高级技术人材所必需的基本训练的一部 分。学科的特点是理论面广，工作量大，实践性强。因此，除了课堂实验理论教学之外，实 验课是重要教学环节之一。通过实验，能更好地掌握实验理论和方法，巩固和充实课堂教学 效果，培养试验技能，为将来在实际工作中进行地下工程方面科学研究和结构检验打下基础。 为了达到预期目的，隧道工程实验课必须注意以下几方面问题： 一、试验前认真预习指导书和教材有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节， 充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。一些 控制值的计算工作，试验前必须做好。 二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试 验报告都上交后卸任。小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，不得撤 离各自的岗位。 三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，安全措施是否有效， 各项准备工作是否完成。若准备工作完成后，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。 四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科 学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。 五、严格遵守实验室的规章制度，非当次试验所用的仪器设备不能乱动；试验用仪器、 仪表、设备要严格按规程进行操作，遇有特殊情况及时向指导教师报告。 六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。 七、试验结束后，要及时卸下荷载，使仪器、设备恢复原始状态，以后小心卸下仪器仪 表、擦净、放妥、清点归还，经教师认可并把试验记录交教师签字后离开。 八、试验资料应及时整理，按时独立完成试验报告，除小组分工由别人记录的原始数据 外，严禁抄袭。 九、试验报告要求原始记录齐全、计算分析正确、数据图表清楚、心得体会深刻。 十、经教师认可，试验也允许采用另外方案进行
实验项目1：现代隧道施工技术 一、试验目的 1.通过光盘放映使同学了解地质条件和使用功能要求对隧道设计、施工的制约作用。 2.现代山岭隧道、软土地层隧道、越江隧道等地下工程的一般施工方法和操作流程 二、试验仪器设备 1.电脑 2。多媒体投影仪型 3.VCD教学光盘 三、试验方法与步骤 观看教学光盘并结合图片资料介绍、讲解。 四、试验数据整理与结果分析 结合实验笔记，完成实验报告
4 实验项目 1：现代隧道施工技术 一、试验目的 1． 通过光盘放映使同学了解地质条件和使用功能要求对隧道设计、施工的制约作用。 2． 现代山岭隧道、软土地层隧道、越江隧道等地下工程的一般施工方法和操作流程。 二、试验仪器设备 1． 电脑 2． 多媒体投影仪型 3． VCD 教学光盘 三、试验方法与步骤 观看教学光盘并结合图片资料介绍、讲解。 四、试验数据整理与结果分析 结合实验笔记，完成实验报告
实验项目2：隧道通风检测实验 一、试验目的 掌握隧道通风检测的主要内容与方法。 二、试验仪器设备 风表、C0检测器、烟雾检测器 三、试验步骤 1.了解风表、C0检测器、烟雾检测器的测试原理和使用方法。 2.在设有人行道的隧道内，分别在进口段、洞身段、出口段选择若干个点进行风速 CO浓度、烟雾浓度的实地检测（测点数目根据隧道长度确定）。 四、试验数据整理与结果分析 1.计算 ①按设计交通量计算C0排放量、烟雾排放量，以及分别稀释C0、烟雾所需风量。 ②按实测C0、烟雾浓度分别计算稀释所需风量。 ③按测试风量计算隧道内实际风量。 2.评价所检测隧道的通风效果及风机效率
5 实验项目 2：隧道通风检测实验 一、试验目的 掌握隧道通风检测的主要内容与方法。 二、试验仪器设备 风表、CO 检测器、烟雾检测器 三、试验步骤 1. 了解风表、CO 检测器、烟雾检测器的测试原理和使用方法。 2. 在设有人行道的隧道内，分别在进口段、洞身段、出口段选择若干个点进行风速、 CO 浓度、烟雾浓度的实地检测（测点数目根据隧道长度确定）。 四、试验数据整理与结果分析 1. 计算 ① 按设计交通量计算 CO 排放量、烟雾排放量，以及分别稀释 CO、烟雾所需风量。 ② 按实测 CO、烟雾浓度分别计算稀释所需风量。 ③ 按测试风量计算隧道内实际风量。 2. 评价所检测隧道的通风效果及风机效率
实验项目3：隧道照明检测实验 一、试验目的 1.掌握对照明灯具特性和质量进行检测的一般步骤和方法： 2。掌握对道内灯群照明下的路面照度、亮度和眩光参数进行检测的原理和方法。 二、试验仪器设备 1.亮度计、照度计 2.点光源 三、试验步骤 1,实验淮备 ①在点光源正下方标记四条10m长的平行线，每条线上等距离标记10个点： ②拉开窗帘，防止外光进入室内： ③关闭室内照明灯，打开实验用点光源。 2.记录 沿直线测读10个测点的照度值。每组至少测读1条。 四、试验数据整理与结果分析 1.理论计算 计算所测读直线上点的理论照度值。（根据公式，判断还需要那些参数，并考虑如何取 得)。 2.绘制实测与计算的照度曲线比较图。 绘图要求：曲线图用座标纸画，大小适中，纵座标分度适当。 3.计算测线平均照度。 4.误差分析 ①从试验观察中，有哪些是产生误差的因素 ②试验过程中若有异样或反常现象，请力图解释清楚 6
6 实验项目 3：隧道照明检测实验 一、试验目的 1．掌握对照明灯具特性和质量进行检测的一般步骤和方法； 2．掌握对隧道内灯群照明下的路面照度、亮度和眩光参数进行检测的原理和方法。 二、试验仪器设备 1．亮度计、照度计 2．点光源 三、试验步骤 1． 实验准备 ①在点光源正下方标记四条 10m 长的平行线，每条线上等距离标记 10 个点； ②拉开窗帘，防止外光进入室内； ③关闭室内照明灯，打开实验用点光源。 2． 记录 沿直线测读 10 个测点的照度值。每组至少测读 1 条。 四、试验数据整理与结果分析 1． 理论计算 计算所测读直线上点的理论照度值。（根据公式，判断还需要那些参数，并考虑如何取 得）。 2． 绘制实测与计算的照度曲线比较图。 绘图要求：曲线图用座标纸画，大小适中，纵座标分度适当。 3．计算测线平均照度。 4．误差分析 ① 从试验观察中，有哪些是产生误差的因素 ②试验过程中若有异样或反常现象，请力图解释清楚
实验项目4：隧道衬砌混凝土强度和缺陷的无损试验 一、试验目的 3.运用超声回弹综合法推定衬砌混凝土强度 4.运用声波仪测定混凝士的厚度及缺陷位置 5.运用地质雷达测定混凝土的厚度、钢筋位置及缺陷分布 二、试验仪器设备 4.岩石声波仪 5.中型回弹仪 6.地质雷达 三、试验方法与步骤 1.实验模型位长方体，材料为混凝土，模型缺陷含平行裂缝、钢筋，见图1。 2.在模型上无缺陷处选定测区进行回弹测试，各读取16次回弹值，并记录（记录表格附 后)。 3.在相应的回弹测区进行对测法声波波速测试。将声波探头用黄油或凡士林耦合后读取3 次走时，并记录（记录表格附后）。 4.运用声波仪、钢筋测定仪和地质雷达对含裂缝和钢筋的区域进行测定，记录声波和雷达 波的反射信号。 图1混凝土缺陷模型示意图
7 实验项目 4：隧道衬砌混凝土强度和缺陷的无损试验 一、试验目的 3． 运用超声回弹综合法推定衬砌混凝土强度 4． 运用声波仪测定混凝土的厚度及缺陷位置 5． 运用地质雷达测定混凝土的厚度、钢筋位置及缺陷分布 二、试验仪器设备 4． 岩石声波仪 5． 中型回弹仪 6． 地质雷达 三、试验方法与步骤 1． 实验模型位长方体，材料为混凝土，模型缺陷含平行裂缝、钢筋，见图 1。 2． 在模型上无缺陷处选定测区进行回弹测试，各读取 16 次回弹值，并记录（记录表格附 后）。 3． 在相应的回弹测区进行对测法声波波速测试。将声波探头用黄油或凡士林耦合后读取 3 次走时，并记录（记录表格附后）。 4． 运用声波仪、钢筋测定仪和地质雷达对含裂缝和钢筋的区域进行测定，记录声波和雷达 波的反射信号。 图 1 混凝土缺陷模型示意图
四、试验数据整理与结果分析 3.回弹数据的整理 ①从16个回弹值中，各别除3个最大值和最小值，然后将余下的10个回弹值求平均值 得到测区回弹值。 ②进行碳化、测试角度和项底面修正，得到回弹修正值。 4.波速数据的整理 将测得的三个声波走时1、和求取平均值，再利用式(1)计算混凝土的声波波速 p,式中L为测距。 Vp=3Lt+t+) (1) 5.混凝土强度的推定 若粗骨料为卵石时，按式(1)推定测区混凝土强度 0.0038,123R195 (1) 粗骨料为碎石时，按式(2)推定测区混凝土强度。 户0.0081nR (2) 4.声波法对衬砌厚度或裂缝位置的确定 跟据波形测得反射波的走时，和混凝土的波速，由公式(3)可求得裂缝的深度D。 Do-te wh/2 (3) 5.地质雷达对衬砌厚度或裂缝位置的确定 据雷达波波形测得反射波的走时。，再根据混凝土的电磁波波速。，由公式(4)可求得 裂缝的深度D。 D.=te V (4) 6。地质雷达或钢筋仪对钢筋位置和数量的确定 对钢筋反射波波形进行识别后，可直接由波形图读出钢筋数量，并可按式(4)对钢筋位 置进行计算
8 四、试验数据整理与结果分析 3． 回弹数据的整理 ①从 16 个回弹值中，各剔除 3 个最大值和最小值，然后将余下的 10 个回弹值求平均值 得到测区回弹值。 ②进行碳化、测试角度和顶底面修正，得到回弹修正值。 4． 波速数据的整理 将测得的三个声波走时 t1、t2 和 t3 求取平均值，再利用式（1）计算混凝土的声波波速 vp，式中 L 为测距。 vp=3L/( t1+t2+t3) （1） 5． 混凝土强度的推定 若粗骨料为卵石时，按式（1）推定测区混凝土强度 f=0.0038 vp 1.23 R 1.95 （1） 粗骨料为碎石时，按式（2）推定测区混凝土强度。 f=0.008 vp 1.72 R 1.57 （2） 4．声波法对衬砌厚度或裂缝位置的确定 跟据波形测得反射波的走时 tp 和混凝土的波速 vp，由公式（3）可求得裂缝的深度 D。 Dp=tp vp/2 （3） 5．地质雷达对衬砌厚度或裂缝位置的确定 据雷达波波形测得反射波的走时 te，再根据混凝土的电磁波波速 ve，由公式（4）可求得 裂缝的深度 De。 De=te ve/2 （4） 6．地质雷达或钢筋仪对钢筋位置和数量的确定 对钢筋反射波波形进行识别后，可直接由波形图读出钢筋数量，并可按式（4）对钢筋位 置进行计算
附试验记录表 表1回弹测试记录 试件 测区 回 结 名称 修正 回 回 回 回 平均 角度 顶底面 结 值 修正 修正 果 A 回弹 回 10 1213 15 6 回 回 回 回 10 12 13141516 表2声波波速测试记录表 试件名称测区编号 测量次数 测距(m) 平均值走时(s) 平均值 3 试件名称测区编号 测量次数 测距(m》 平均值 走时(s) 平均 试件名称测区编号 测量次数 测距(m) 平均值走时(s) 平均值 波速 (m/s) 9
9 附试验记录表 表 1 回弹测试记录 试件 名称 测区 编号 回 弹 1 回 弹 2 回 弹 3 回 弹 4 回 弹 5 回 弹 6 回 弹 7 回 弹 8 平均 值 角度 修正 顶底面 修正 结 果 回 弹 9 回 弹 10 回 弹 11 回 弹 12 回 弹 13 回 弹 14 回 弹 15 回 弹 16 试件 名称 测区 编号 回 弹 1 回 弹 2 回 弹 3 回 弹 4 回 弹 5 回 弹 6 回 弹 7 回 弹 8 平均 值 角度 修正 顶底面 修正 结 果 回 弹 9 回 弹 10 回 弹 11 回 弹 12 回 弹 13 回 弹 14 回 弹 15 回 弹 16 试件 名称 测区 编号 回 弹 1 回 弹 2 回 弹 3 回 弹 4 回 弹 5 回 弹 6 回 弹 7 回 弹 8 平均 值 角度 修正 顶底面 修正 结 果 回 弹 9 回 弹 10 回 弹 11 回 弹 12 回 弹 13 回 弹 14 回 弹 15 回 弹 16 表 2 声波波速测试记录表 试件名称 测区编号 测量次数 测距（m） 平均值 走时（s） 平均值 波速 （m/s） 1 2 3 试件名称 测区编号 测量次数 测距（m） 平均值 走时（s） 平均值 波速 （m/s） 1 2 3 试件名称 测区编号 测量次数 测距（m） 平均值 走时（s） 平均值 波速 （m/s） 1 2 3
表3衬南混瘢士强度推定记录表 推定强度 软恢 别区 回弹 波速 (m/s) 卵石 碎石 编号 平均值 f户0.0038,25R,5 f0.008,12Rs7 表4声波测试混展土厚度表 试件名称测区编号测量次数 波速 反射波走时(s) 平均值 (mis) 试件名称测区编号 测量次数 反射波走时(s) 平均值 1 2 3 试件名称测区编号 测量次数 反射波走时(s) 平均值
10 表 3 衬砌混凝土强度推定记录表 试件 名称 测区 编号 回弹 值 波速 （m/s） 推定强度 卵石 平均值 f=0.0038vp 1.23 R 1.95 碎石 f=0.008vp 1.72 R 1.57 表 4 声波测试混凝土厚度表 试件名称 测区编号 测量次数 反射波走时（s） 平均值 波速 （m/s） 厚度 （m） 1 2 3 试件名称 测区编号 测量次数 反射波走时（s） 平均值 波速 （m/s） 厚度 （m） 1 2 3 试件名称 测区编号 测量次数 反射波走时（s） 平均值 波速 （m/s） 厚度 （m） 1 2 3