隧道二襯脫空原因分析及防治

梁 敏

(鐵道部工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站上海站，上海 200071)

隨著新建鐵路等級的提高，隧道施工質(zhì)量日益受到重視。作為支護(hù)和安全儲備的二襯結(jié)構(gòu)在混凝土澆筑過程中常受到地質(zhì)因素、人為因素、技術(shù)因素的影響，在襯砌混凝土與圍巖之間形成脫空，并在各類隧道病害中占有最大的比重，形成安全隱患。如已開通運(yùn)營的某沿海鐵路，全線74座共計(jì)約108.484 km的隧道，檢測發(fā)現(xiàn)在各類隧道病害中，隧道二襯脫空占病害總數(shù)的 94.9%;某城際鐵路，全線 26座共計(jì)約47.658 km隧道，隧道二襯脫空占病害總數(shù)的99.4%。二襯脫空首先會改變襯砌受力結(jié)構(gòu)，使圍巖與二襯接觸不均勻?qū)е露r局部受力增大，最終致使二襯開裂;其次會在脫空處形成水囊，隨時間推移水囊壓力逐漸增大，也會導(dǎo)致二襯開裂滲水。線路開通運(yùn)營后，每天只能利用有限的天窗時間進(jìn)行維修，不僅需要投入大量的人力物力，而且還會給列車安全運(yùn)營帶來極大擾動。因此，在建設(shè)期間保證襯砌施工質(zhì)量，杜絕二襯脫空現(xiàn)象是病害防治的根本之策。

1 隧道二襯脫空的分級

原鐵道部發(fā)布的《鐵路運(yùn)營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》(鐵運(yùn)函[2004]174號)第十三條和第十四條中對隧道襯砌混凝土缺陷進(jìn)行了量化分級，詳見表1、表2。通常情況下嚴(yán)重程度為輕微，則不需整改，其他均需進(jìn)行整改或者返工。表1、表2中:h為設(shè)計(jì)襯砌厚度;h1為檢測襯砌厚度，當(dāng)襯砌混凝土存在內(nèi)部缺陷時，檢測襯砌厚度應(yīng)換算為有效襯砌厚度，即將檢測襯砌厚度減去內(nèi)部缺陷削弱的部分厚度;kLc為襯砌背后回填有空洞地段的測線連續(xù)長度;sLc為襯砌背后回填不密實(shí)地段的測線連續(xù)長度。

表1 隧道襯砌厚度及混凝土強(qiáng)度缺陷量化指標(biāo)

表2 隧道襯砌背后有空洞或回填不密實(shí)、基底不密實(shí)的量化指標(biāo)

2 隧道二襯檢測相關(guān)規(guī)定

隧道襯砌是隱蔽工程，傳統(tǒng)的目測或鉆孔檢測已較少采用，目前常應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)法對隧道襯砌混凝土厚度及結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測，發(fā)現(xiàn)可能存在脫空時，再采取鉆孔取芯確認(rèn)。隨著無損檢測技術(shù)的發(fā)展，隱蔽工程已不再隱蔽，隧道施工中的質(zhì)量問題易被發(fā)現(xiàn)，若在拱頂回填注漿完成后檢測發(fā)現(xiàn)二襯存在脫空將難以整改。

《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》(TB 10223—2004/J341—2004)中對襯砌需檢測的部位給予了明確規(guī)定。測線布置應(yīng)符合下列規(guī)定:

1)隧道施工過程中質(zhì)量檢測應(yīng)以縱向布線為主，橫向布線為輔?？v向布線的位置應(yīng)在隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和隧底各布1條;橫向布線可按檢測內(nèi)容和要求布設(shè)線距，一般情況下線距8～12 m;采用點(diǎn)測時每斷面不少于6個點(diǎn)。檢測中發(fā)現(xiàn)不合格地段應(yīng)加密測線或測點(diǎn)。

2)隧道竣工驗(yàn)收時質(zhì)量檢測應(yīng)縱向布線，必要時可橫向布線?？v向布線的位置應(yīng)在隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻各布1條;橫向布線線距8～12 m;采用點(diǎn)測時每斷面不少于5個點(diǎn)。需確定回填空洞規(guī)模和范圍時，應(yīng)加密測線或測點(diǎn)。

3)三線隧道應(yīng)在隧道拱頂部增加2條測線。

4)測線每5～10 m應(yīng)有一里程標(biāo)記。

金麗溫擴(kuò)能改造工程的湯村隧道為雙線鐵路隧道。施工過程中，上海工程質(zhì)量監(jiān)督站委托第三方檢測單位上海建科檢驗(yàn)有限公司檢測時，縱向布線的位置為隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和左右隧底各布1條。見圖1。

圖1 隧道襯砌檢測測線位置示意

3 隧道二襯脫空原因分析

隧道二襯脫空的原因不僅僅是混凝土施工引起，而是涉及多方面，主要有以下幾點(diǎn):

1)光爆控制不好，超欠挖情況較多，初支面不平整。初支面坑洼不平會導(dǎo)致防水板掛設(shè)后在其背后形成空洞。

2)防水板掛設(shè)松弛度不合適。防水板如果掛設(shè)太松，在混凝土澆筑過程中會因擠壓形成褶皺，褶皺之間會留下空隙;防水板如果掛設(shè)太緊，會造成防水板與初支面之間留下空洞或因壓力太大撐壞防水板。隧道防水板施工主要使用熱風(fēng)槍焊接熱熔墊圈。施工作業(yè)時，熱量過大會焊傷防水板，甚至燒穿防水板，若熱量偏小則焊接質(zhì)量差，容易脫焊。兩者都易造成防水板掛設(shè)的粘結(jié)力不足。

3)二襯封端模板拼接不嚴(yán)，尤其是拱部端頭模板拼接不密實(shí)，存在漏漿、跑漿現(xiàn)象?；炷劣捎谧灾囟诔跄跋鲁翆?dǎo)致拱部局部混凝土脫空。

4)混凝土在澆筑過程中振搗不密實(shí)，澆筑完成后附著式振動器振動時混凝土下沉產(chǎn)生空洞。

5)拱部混凝土澆筑不到位，混凝土沖頂不滿，在拱部留下空洞。

6)輸送泵的泵管拆除過早，混凝土掉落形成漏斗。在混凝土澆筑后，現(xiàn)場施工人員急于拆下輸送管，在拆管時，未形成自穩(wěn)能力的混凝土掉落下來，形成漏斗，造成襯砌脫空。

7)拱頂注漿管埋設(shè)不規(guī)范。二襯混凝土澆筑時注漿管堵死導(dǎo)致拱頂回填注漿無法施作，二襯拱頂?shù)拿摽盏貌坏教畛洹?/p>

4 防治措施

為防止隧道二襯存在質(zhì)量缺陷影響列車運(yùn)營安全，通過對隧道二襯施工中各環(huán)節(jié)的分析可知，在隧道施工中必須注意以下幾方面:

1)加強(qiáng)光爆控制和初支控制。光爆不好時巖面坑洼不平，極易導(dǎo)致初支面平整度超標(biāo)，防水板掛設(shè)后會在防水板背后形成空洞。防水板掛設(shè)前應(yīng)先對初期支護(hù)噴射混凝土平整度進(jìn)行檢驗(yàn)，對噴射混凝土表面凸凹顯著的部位，應(yīng)在保證不出現(xiàn)欠挖的同時分層噴射找平。外露的錨桿頭及鋼筋網(wǎng)端頭應(yīng)齊根切除，并用水泥砂漿抹平，確保混凝土表面平順。

2)防水板采用熱熔焊接時應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的技術(shù)條件執(zhí)行，盡量保持作業(yè)人員的穩(wěn)定性。此外，防水板最好邊掛設(shè)邊用手將防水板壓向巖面，測試松弛度是否合適，尤其要注意拱部吊點(diǎn)的連接數(shù)量和間距是否滿足設(shè)計(jì)要求。要保證拱部防水板掛設(shè)穩(wěn)固，防止防水板因掛設(shè)不穩(wěn)在混凝土澆筑過程中掉落壓入兩側(cè)混凝土，造成拱部空洞。

3)因?yàn)槟灸Ｒ自诂F(xiàn)場加工，二襯封端模板一般采用木模板拼接而成。模板拼接時須隨時用電動木工鋸按現(xiàn)場需要進(jìn)行木模加工，確保模板拼接密貼，同時也要加固牢靠。二襯端模施工完畢后要有專人檢查并將模板縫密封，澆筑混凝土?xí)r也要安排專人隨時檢查端模漏漿及加固情況，如有異常及時處理。

4)混凝土澆筑時務(wù)必保證振搗密實(shí)，澆筑完成后需要安排專人復(fù)檢拱部混凝土是否澆筑盈滿，若澆筑不滿則繼續(xù)通過地泵壓入混凝土直致完全盈滿。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，以長12 m、高9.5 m襯砌臺車為例，臺車上需設(shè)置高40 cm、寬60 cm的振搗窗口24個，每側(cè)12個。在振搗窗口底邊距地面1.8，3.8，5.8 m處各布設(shè)1層，窗口沿線路方向間距3 m均勻布設(shè)。附著式振搗器在距地面7.6，8.9 m處各布置1排，沿線路方向間距4 m均勻布設(shè)，見圖2。附著式振搗器開啟后振動力強(qiáng)，長時間開啟極易造成封端模板爆模，也會導(dǎo)致下部已澆筑好的混凝土表面起砂。當(dāng)澆筑至拱頂時，上下兩層附著式振搗器不可同時開啟，每層振搗器開啟時間3 s左右，不宜超過5 s，兩次開啟的間隔時間為5～10 min。

圖2 臺車振搗窗口及振搗器布置示意(單位:m)

5)二襯混凝土澆筑時常因澆筑工藝及混凝土和易性差等原因?qū)е禄炷翢o法壓滿拱頂。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土的現(xiàn)場坍落度應(yīng)控制在180～200 mm。坍落度過大易導(dǎo)致混凝土和易性差，粗骨料會在豎向泵管的底部堆積導(dǎo)致堵管;坍落度過小則混凝土流動性不佳，不僅容易堵管，而且受地泵壓力限制，難以將拱頂完全壓滿。

12 m臺車在拱頂設(shè)置3個混凝土灌入口(見圖3)，混凝土先由1#輸入口壓入，將靠近已澆筑端的二襯拱頂澆滿混凝土后，逐步將混凝土向模板端擠推，從而既能有效保證靠近已澆筑端的二襯拱頂澆滿混凝土，也便于旁站人員從端模處觀察拱頂混凝土的澆筑情況。當(dāng)?shù)乇霉β什蛔阋岳^續(xù)輸送混凝土?xí)r，改由2#輸送口繼續(xù)輸送至結(jié)束。3#輸送口是應(yīng)急備用口。

圖3 二襯混凝土澆筑口示意

混凝土澆筑到拱部時設(shè)置觀察孔，安排技術(shù)員或質(zhì)檢員值班，及時觀察澆筑情況，確保拱部混凝土填筑飽滿。

6)混凝土澆筑時，應(yīng)安排專人現(xiàn)場值班?；炷翝仓瓿珊笠笫┕と藛T不要急于拆下輸送管，須待混凝土有一定自穩(wěn)能力(可觀察最后一車混凝土試塊的凝固情況)后再拆。在拆下輸送管的同時，迅速關(guān)閉窗口，用球狀松軟物堵塞，再用條木和楔木支撐牢固，防止漏漿，避免混凝土掉落。

7)預(yù)埋好拱頂注漿管，做好拱頂回填注漿工作。拱頂回填注漿是補(bǔ)救二襯拱部脫空的最佳措施。在隧道最頂部貼緊防水板縱向打孔埋設(shè)PVC管，再用鍍鋅鋼管引出二襯(引出的管口位于拱頂)，在二襯強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行拱頂注漿?？紤]到拱頂至底板高度差產(chǎn)生的水頭壓力0.1 MPa和現(xiàn)場試驗(yàn)的終壓，注漿泵出口處注漿壓力0.1～0.2 MPa，持壓時間10 min時注漿效果最理想。注漿壓力過小，則注漿不密實(shí)甚至漿液不能注入注漿管;注漿壓力過大，漿液會滲流至縱向盲管，導(dǎo)致盲管堵塞。拱頂注漿管布設(shè)見圖4。

圖4 拱頂注漿管布設(shè)示意

5 結(jié)語

隧道運(yùn)營安全日益受到重視，隧道二襯質(zhì)量是隧道工程質(zhì)量評定及運(yùn)營隧道病害整治的重點(diǎn)之一，研究改良二襯施工工藝，加強(qiáng)施工過程質(zhì)量管控是預(yù)防二襯產(chǎn)生脫空的必要措施。

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵運(yùn)函[2004]174號 鐵路運(yùn)營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定[S].北京:中國鐵道出版社，2004.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB 10223—2004/J341—2004 鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社，2004.

[3]鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.高速鐵路隧道[M].北京:中國鐵道出版社，2006.

[4]鐵道部第二勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程技術(shù)手冊 隧道[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

[5]田家琳.地鐵新線區(qū)間隧道下穿地鐵既有線的二襯施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2008(6):60-62.

[6]佘健，何川.隧道二次襯砌病害通用處治方法研究[J].中國鐵道科學(xué)，2005(1):26-31.