鐵路隧道防止二次襯砌脫空

李耀東

中國水利水電第四工程局有限公司 353599

摘要：隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，交通行業(yè)得到了前所未有的進(jìn)步，隧道在線路中占的比重逐漸增大，其在施工過程中的質(zhì)量問題也越來越突出。文章介紹了隧道襯砌背后脫空治理的意義以及具體的檢測辦法，進(jìn)行了成因分析和對脫空的處理，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗從施工和施工管理角度提出了防治的具體措施，對現(xiàn)場施工減小二襯脫空具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；二襯脫空；成因；防治措施

引言

近年來西部鐵路建設(shè)突飛猛進(jìn)，隧道施工進(jìn)入了高速發(fā)展階段。截止2015年，已通車運營鐵路隧道達(dá)上萬座，總長度約7000公里，在建的鐵路隧道三千余座，長度約7000公里。隨著鐵路隧道的總延長不斷增加，我國隧道已經(jīng)進(jìn)入高維修時期，在鐵路隧道施工中存在的質(zhì)量問題也逐步顯露出來。其中二次襯砌背后脫空導(dǎo)致襯砌產(chǎn)生裂縫，給后期運營帶來安全隱患，已成為較為嚴(yán)重的質(zhì)量通病。

1.隧道二襯背后脫空治理意義

圍巖、初支和襯砌之間依次較緊密接觸是地下結(jié)構(gòu)區(qū)別于地面結(jié)構(gòu)的主要特征。對于新奧法施工、復(fù)合式襯砌的隧道，初支與圍巖共同變形、共同承載，在Ⅱ、Ⅲ堅固地層中，二次襯砌約承受較大的圍巖松散荷載，主要作為安全儲備。但在Ⅳ、Ⅴ軟弱圍巖中，二次襯砌不再是一種單純的安全儲備，而是受力結(jié)構(gòu)的一個主要組成部分，它承受著50%～70%圍巖松散荷載及較大的后期圍巖變形壓力。隧道開挖完成后，圍巖本身應(yīng)力的釋放是一個緩慢的過程，在圍巖的收斂結(jié)束后、初支變形完全穩(wěn)定之后才開始施做二襯，形成抗荷環(huán)來保證隧道的安全。但是目前的隧道施工現(xiàn)狀，由于進(jìn)度要求，初期支護往往只是起到一個臨時的封閉作用，僅僅是保證連續(xù)向前開挖施工過程安全的作用。當(dāng)圍巖變形過大或初期支護變形不收斂，又難以及時補強時，需提前施做二襯來保證安全。但二襯混凝土在澆筑過程中常常受到多種因素的影響，在初支與襯砌之間形成空隙，改變了兩者之間本應(yīng)較緊密接觸的受力狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)承載力產(chǎn)生影響，從而減弱了其支護強度。

由于二襯承載著較大的圍巖松散壓力，隧道襯砌背后是否存在脫空將直接影響隧道的安全性能。若有脫空存在，則使圍巖-初支體系施加于襯砌的荷載不連續(xù)，而出現(xiàn)變形增大或裂紋（裂縫）破壞。只是由于結(jié)構(gòu)的設(shè)計承載能力余量和初支的過度承載，延遲和減緩了危害發(fā)生的時間和程度，鑒于此隧道二襯背后脫空防治就顯得尤其重要。

2.隧道二襯背后脫空檢測

隧道屬于地下隱蔽工程，一旦建成存在的問題將很難發(fā)現(xiàn)和處理，故在每施工完一段里程后，對隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測很有必要，及時發(fā)現(xiàn)施工工藝缺陷，通過調(diào)整參數(shù)進(jìn)行處理，最大限度的保證質(zhì)量。對于襯砌背后脫空，檢查的方法有鉆孔檢查法和無損檢測法。

鉆孔檢查法：采用混凝土取芯鉆機進(jìn)行鉆孔檢查。屬于傳統(tǒng)的檢驗方法，特點是效率低，偶然性大，代表性差，而且破壞了襯砌的整體性。

無損檢測法：地質(zhì)雷達(dá)法。特點是連續(xù)、高效、無損，具有分辨率高、圖像直觀、對場地條件要求低等優(yōu)點。與傳統(tǒng)方法相比，該方法可快速準(zhǔn)確地找出隧道襯砌質(zhì)量隱患，有效地解決傳統(tǒng)方法對襯砌的破壞問題，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，在施工過程中得到普遍應(yīng)用。

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar）是利用高頻電磁波在巖體傳播中遇到地質(zhì)界面產(chǎn)生反射的特性，探測異常地質(zhì)體的一種方法。隧道二次襯砌的常見結(jié)構(gòu)為30～45cm厚的素混凝土體，中心頻率為1000MHz天線地質(zhì)雷達(dá)GPR的可探測深度為0～50cm。二次襯砌的脫空，在圖像上表現(xiàn)為雷達(dá)波的多次高頻反射，三振相明顯，兩組信號時程差較大。

3.隧道二襯背后脫空成因

（1）光面爆破效果不好，造成隧道局部存在較深的凹坑，初支噴砼平整度達(dá)不到規(guī)范要求，防水板掛設(shè)后形成一個空腔，因防水板松弛度所限，在混凝土澆筑后形成空洞。

（2）防水板（含土工布）掛設(shè)未預(yù)留足夠的松散系數(shù)，如果防水板（含土工布）繃得太緊，則不能緊貼初支基面，使泵送的混凝土不能穿過防水板流動到背后的空隙內(nèi)而形成脫空。如果防水板（含土工布）掛設(shè)太松，在混凝土澆筑過程中會因受擠壓形成褶皺，在褶皺之間留下空隙。

（3）端頭模板封堵不密實，澆筑完成后在等強度過程中從接縫里漏漿、跑漿，使拱部混凝土下落，形成空洞。

（4）施工時對原材料質(zhì)量控制不嚴(yán)，砂粒過細(xì)，施工配合比水灰比偏大、混合料坍落度過大，澆筑后混凝土收縮徐變，形成空洞。或隧道處于較陡縱坡上（20‰），澆筑后混凝土收縮徐變，在上坡端出現(xiàn)脫空。

（5）混凝土在澆筑過程中振搗不密實，內(nèi)部存在氣孔、空洞等，上部混凝土澆筑完成后在自重作用下下沉，在拱部造成空洞。

（6）拱部混凝土澆筑時，由于泵送壓力或澆筑方式，致使拱頂位置澆筑不到位留下空洞。

（7）拆管過早、提前脫模。盲目追求施工進(jìn)度，在混凝土未初凝前現(xiàn)場施工人員急于拆管，造成未自穩(wěn)的混凝土掉落形成漏斗，或提前脫模，使低強度混凝土過量承載，導(dǎo)致襯砌開裂和下沉造成襯砌脫空。

（8）襯砌臺車底座支撐不牢固。在現(xiàn)場施工過程中，臺車多采用方木支墊行車軌道，由于襯砌臺車附近較潮濕，方木容易糟爛，在混凝土澆筑過程中或澆筑后方木被壓變形引起臺車下沉，形成頂部襯砌空洞。

（9）主觀上對二次襯砌存在著片面認(rèn)識，認(rèn)為圍巖壓力是由錨噴砼承受的，二次襯砌僅僅起到安全儲備作用。錯誤的施工指導(dǎo)思想導(dǎo)致了施工馬虎，造成二次襯砌部分脫空。

4.隧道二襯背后脫空的處理

4.1拱頂

檢查拱頂預(yù)留注漿管：為避免襯砌脫空及方便處理，在澆注襯砌混凝土前，每隔5～8m在拱頂最高處緊貼防水板位置預(yù)埋通長縱向注漿管。用鋼筋往返插入預(yù)留的鋼管內(nèi)，若插入順利不受阻擋，證明注漿管未堵塞，否則堵塞，將堵塞的注漿管做好標(biāo)識。沿縱向注漿管方向在距堵塞的注漿孔50cm處鉆孔，安裝φ20注漿管，砼孔口縫用膠密封，待膠凝結(jié)后方能注漿。

4.2邊墻

打設(shè)回填注漿孔：拱頂回填注漿應(yīng)納入工序，在襯砌脫模前及時進(jìn)行。注漿材料采用高結(jié)石率的水泥漿或微膨脹水泥漿，注漿壓力應(yīng)達(dá)到0.2mpa。注漿過程中發(fā)現(xiàn)吸漿量過大時應(yīng)停止注漿，查明原因后采取處理措施。

在鉆孔過程中，如有操作人員操作不當(dāng)導(dǎo)致防水板被打穿，可采用擴孔修補的方法進(jìn)行處理，即在打穿部位人工擴孔，擴孔范圍半徑不大于10cm，將防水板修補后采用掛模澆筑微膨脹混凝土封堵。

4.3注漿施工

注漿液拱腰部位采用水泥砂漿，拱頂脫空部位采用細(xì)石混凝土回填。在脫空位置下邊緣處孔內(nèi)注漿。注漿過程中，密切觀察注漿流量、注漿壓力及周圍的襯砌情況。當(dāng)脫空位置上邊緣處孔內(nèi)流出漿液立即用木塞封閉檢并保持緩慢注漿，注漿終壓力持壓5分鐘后即可結(jié)束，然后用速凝水泥進(jìn)行堵孔，保證漿液不會順著注漿管外側(cè)流出。

注漿應(yīng)在二襯強度達(dá)到100%后方可進(jìn)行。注漿時襯砌表面如出現(xiàn)有滲漏水部位，可改用壓注水泥-水玻璃或其他化學(xué)漿液進(jìn)行注漿堵水。

4.4注漿效果及復(fù)查

注漿完成后，必須對注漿效果進(jìn)行檢查，以確保回填注漿的質(zhì)量，對于不符合要求的地段必須進(jìn)行補孔注漿。檢查的方法有理論分析法和無損檢測法。

分析法主要是對鉆孔記錄進(jìn)行的統(tǒng)計分析，檢查每孔是否達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

無損檢測法：用地質(zhì)雷達(dá)在注漿位置進(jìn)行檢測，檢查背后有無空洞。

5.結(jié)束語

二襯背后脫空嚴(yán)重影響了隧道的二襯混凝土受力性能，造成了安全、質(zhì)量隱患。施工前做好各種準(zhǔn)備，施工中加強澆筑盯控，施工完成一定里程后（以300m～500m為宜）采用無損檢測檢查二襯混凝土背后脫空情況，并根據(jù)檢測報告對空洞進(jìn)行注漿處理。事前、過程控制有力，責(zé)任落實到人，以起到減小或消除襯砌脫空的作用。

參考文獻(xiàn)：

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