隧道襯砌拱頂脫空原因分析和處理及防治

王義東

摘 要：在隧道工程的施工過程中，常常出現(xiàn)模筑襯砌拱頂脫空的情況，進(jìn)而引發(fā)質(zhì)量和安全隱患，所以，要高度重視襯砌拱頂脫空現(xiàn)象。結(jié)合工程實(shí)例，分析了襯砌拱頂脫空的原因，并針對相關(guān)問題提出相應(yīng)的處理方法和防治措施，以期達(dá)到減少或消除拱頂脫空的目的。

關(guān)鍵詞：隧道襯砌；拱頂脫空；原因分析；處理方案

中圖分類號(hào)：U457+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.142

隧道工程是道路建設(shè)中的重要組成部分。對于已經(jīng)運(yùn)營的或正在施工的隧道，襯砌拱頂脫空已經(jīng)成為了普遍存在的質(zhì)量通病。根據(jù)新奧法理論，初期支護(hù)主要承載圍巖壓力，二襯只承受一部分壓力。當(dāng)隧道處于偏壓或淺埋等地段初支收斂無法穩(wěn)定時(shí)，一般需要緊跟施做襯砌補(bǔ)救。這時(shí)，襯砌承載著較大的圍巖松散壓力，襯砌將在第一時(shí)間對圍巖和初支變形起到主動(dòng)限制作用，如果隧道襯砌背后存在脫空的情況，將會(huì)直接影響隧道的安全性能，進(jìn)而造成巨大的安全隱患。因此，隧道襯砌背后脫空處理和防治就顯得尤為重要。

1 工程實(shí)例

承秦高速公路某合同段為山區(qū)高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km，雙向四車道。該合同段某隧道工程長428 m，最大埋深64 m，將淺埋暗挖法與新奧法相結(jié)合，聯(lián)合施工。在施工過程中，采用雷達(dá)檢測車掃描檢查襯砌，發(fā)現(xiàn)部分段落拱頂和拱腰部存在不同程度的脫空現(xiàn)象。

2 產(chǎn)生的原因

一般的隧道結(jié)構(gòu)采用初期支護(hù)、防水層和二襯構(gòu)成的復(fù)合式襯砌，采用整體式襯砌臺(tái)車澆筑。在混凝土澆筑過程中，通過臺(tái)車模板兩側(cè)的窗口向模板內(nèi)泵入混凝土，澆筑至窗口位置時(shí)關(guān)閉該窗口，再從上一層窗口泵入。拱頂部分通過臺(tái)車模板頂部的泵送口注入，注滿后封口。經(jīng)過相關(guān)分析和研究，因?yàn)槭┕すに嚒①|(zhì)量控制不當(dāng)，拱頂和部分超挖處時(shí)常會(huì)脫空，而襯砌拱頂脫空的主要原因有以下幾點(diǎn)。

2.1 拱架背后噴射混凝土不密實(shí)

拱架背后噴射混凝土不密實(shí)，留有空洞，使得混凝土澆筑后，在等強(qiáng)過程中初噴混凝土受到擠壓而破裂，混凝土進(jìn)入空洞內(nèi)，進(jìn)而造成拱部混凝土下落。

2.2 防水層松鋪不足

如果隧道開挖存在超欠挖，初期支護(hù)施工質(zhì)量不佳，初期支護(hù)表面不平整，防水層鋪掛過緊，沒有足夠的富余量，那么，當(dāng)襯砌混凝土由下而上澆筑時(shí)，會(huì)逐步撐緊防水板，造成拱部防水板與初支分離、繃緊，泵送混凝土壓力不足，拱部產(chǎn)生空洞。如果混凝土泵送壓力過大，則可能會(huì)擠破防水層，出現(xiàn)滲漏水的情況。

2.3 混凝土自身徐變

混凝土施工配合比中的水灰比偏大，混凝土坍落度大，使得混凝土收縮徐變變形過大，進(jìn)而導(dǎo)致襯砌拱頂脫空。

2.4 拱部預(yù)埋管和補(bǔ)注漿做不到位

當(dāng)二襯完成后，鑒于混凝土徐變收縮作用，拱部混凝土與防水板之間會(huì)有一定程度的脫空，有的隧道設(shè)計(jì)已經(jīng)考慮在襯砌混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行注漿回填。但是，往往施工單位不重視拱部回填注漿工作，導(dǎo)致注漿管道預(yù)埋不到位，沒有對砌拱部埋設(shè)注漿管道采取有效的保護(hù)，使得注漿管被混凝土封堵或被防水板頂死無空隙，致使?jié){液無法注入而造成脫空。

2.5 泵送壓力不足

襯砌利用混凝土泵通過輸送管壓入模板時(shí)，因?yàn)檩斔凸莛湍ψ枇Α⒈盟涂谔幍木植縿菽軗p失以及模板和襯砌鋼筋對混凝土的黏滯力和摩阻力，使得輸送泵壓力不足，模板內(nèi)混凝土壓力不足而不能充分灌滿模板，導(dǎo)致襯砌拱頂脫空。

2.6 泵送口角度不合理

模板臺(tái)車拱頂一般設(shè)置有3個(gè)或3個(gè)以上的泵送口，這些泵送口大多垂直于模板設(shè)置。當(dāng)混凝土從管內(nèi)進(jìn)入模板時(shí)，流動(dòng)方向改變 90°，壓力損失會(huì)很大，使得襯砌脫空。

2.7 混凝土振搗不密實(shí)

在澆筑混凝土的過程中，因?yàn)檎駬v不密實(shí)，內(nèi)部存在氣孔、空洞等。當(dāng)上部混凝土澆筑完成后，在自重作用下，出現(xiàn)了下沉現(xiàn)象，進(jìn)而造成了拱部空洞。

2.8 拆管過早，混凝土掉落

襯砌澆筑完成后，如果急于拆下混凝土輸送管，那么，還未形成自穩(wěn)能力的混凝土?xí)S著輸送管掉落下來，進(jìn)而造成襯砌脫空。

2.9 封口不當(dāng)

襯砌混凝土澆筑完成后，應(yīng)封閉泵送口，如果封口不嚴(yán)密，混凝土就會(huì)在自重作用下向下流出模板，導(dǎo)致與泵送口對應(yīng)的拱頂襯砌脫空。

3 拱頂脫空處理方案

目前，常用的處理襯砌脫空的方法有鉆孔、注漿充填脫空部位，這樣可以使得襯砌背后更加密實(shí)。