隧道二襯背后空洞的成因及其處理措施

凌 杰

(廣西路橋工程集團有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

我國的交通運輸系統(tǒng)是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其質(zhì)量的好壞對我國經(jīng)濟發(fā)展及人們出行安全都具有重要意義。隧道背后存在脫空現(xiàn)象，襯砌起不到最初的效果，無法對圍巖及初支起到保護作用，會造成隧道整體性能的不穩(wěn)定，造成安全事故。因此對其進(jìn)行空洞防治至關(guān)重要，本文結(jié)合具體的工程實例，對隧道二襯背后空洞產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，介紹相應(yīng)的防治措施，以期提高隧道工程施工質(zhì)量，消除安全隱患，創(chuàng)造安全穩(wěn)定的隧道運行環(huán)境。

1 隧道二襯概述

隧道二次襯砌是對隧道初期支護及圍巖的重要保護措施，主要是通過混凝土襯砌施工與初期支護形成一個整體的復(fù)合式襯砌效果，初期支護完成以后，應(yīng)在其表面進(jìn)行混凝土澆筑，提升隧道內(nèi)襯砌支護效果，并對隧道的外觀、基礎(chǔ)設(shè)施等有很好的輔助作用。目前在我國隧道項目施工的過程中，初期支護往往只是作為一項施工輔助措施，主要起到封閉的作用，沒有發(fā)揮其應(yīng)有的支護作用。鑒于以上情況，進(jìn)行二次襯砌是非常有必要的，不僅可以起到保護作用，還可以對圍巖加以有效防護。

2 隧道二襯背后空洞成因分析

2.1 防水板問題

(1)在防水板初期支護的過程中往往會由于各種原因造成防水板表面平整度差、局部凹陷，導(dǎo)致距離防水板凹陷較近的部位出現(xiàn)空腔現(xiàn)象，進(jìn)而在混凝土澆筑完成之后產(chǎn)生空腔現(xiàn)象。(2)防水板的掛設(shè)不規(guī)范同樣會導(dǎo)致隧道頂拱脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生。如防水板的掛設(shè)過于松弛，就會在進(jìn)行二襯混凝土的澆筑中受到擠壓造成褶皺的現(xiàn)象。如果防水板掛設(shè)過緊，初期的支護面又存在問題就會致使防水板受到很大的壓力，從而導(dǎo)致防水板的質(zhì)量出現(xiàn)問題。

2.2 混凝土問題

(1)由于各種因素的影響，混凝土施工沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，對于振搗時間及密實程度都不能很好地把控，混凝土存在氣泡或者孔洞，在澆筑完成后混凝土出現(xiàn)下沉，造成拱頂出現(xiàn)空洞的現(xiàn)象。(2)在進(jìn)行拱部混凝土澆筑中，沒有掌握好混凝土泵送的壓力值或者混凝土澆筑方法不規(guī)范，澆筑質(zhì)量不合格，沒有達(dá)到拱部澆筑的要求，導(dǎo)致產(chǎn)生空洞現(xiàn)象。(3)模板安裝不夠緊密，沒有將混凝土的作用發(fā)揮到最大，澆筑過程中由于模板存在縫隙出現(xiàn)漏漿等現(xiàn)象，在混凝土部分流失的狀態(tài)下與拱頂形成空洞。(4)混凝土輸送管拆除過早。在混凝土澆筑完成以后，沒有達(dá)到穩(wěn)定的要求之前，要根據(jù)施工的具體操作步驟進(jìn)行輸送管的拆除，如果混凝土還沒有達(dá)到強度的要求，就會導(dǎo)致混凝土的塌落，造成脫空的問題出現(xiàn)。(5)在進(jìn)行二次襯砌的時候，在襯砌臺車底座沒有采取有效的防護措施，出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，在現(xiàn)場的施工過程中，臺車通常情況下會使用方木作為支墊，從而起到穩(wěn)定的作用。如果施工的環(huán)境比較潮濕，極易引起方木出現(xiàn)腐爛的現(xiàn)象，在進(jìn)行混凝土的澆筑過程中會產(chǎn)生很大的壓力，從而引起臺車的下沉和混凝土的變形。

3 隧道二襯背后空洞的防治措施

3.1 規(guī)范防水板掛設(shè)位置

防水板掛設(shè)是造成隧道二襯背后空洞的原因之一。防水板的掛設(shè)需要做好充分的前期準(zhǔn)備檢查工作。(1)應(yīng)對初期支護噴射的質(zhì)量進(jìn)行檢測，在滿足混凝土質(zhì)量條件的情況下方可進(jìn)行施工。(2)對于在施工過程中存在凹凸不平或者欠挖的現(xiàn)象，應(yīng)該做好噴射找平及鑿除處理，確保表面平整。對于表面外露的鋼筋或者錨桿等進(jìn)行切除處理，并且做好水泥砂漿抹平工作。(3)防水板掛設(shè)完成以后，要根據(jù)具體的施工標(biāo)準(zhǔn)對防水板進(jìn)行檢查，用手托起查看是否與初期支護表面貼合緊密，確保沒有過大的余量問題，使用的防水板的長度要符合規(guī)定的要求。對于防水板的掛設(shè)需要使用焊接技術(shù)的，必須確保定點數(shù)量和間距都應(yīng)該滿足設(shè)計要求，確保拱部防水板掛設(shè)穩(wěn)定，避免在混凝土澆筑中發(fā)生掉落形成拱部空洞。(4)為保證防水板的掛設(shè)符合要求，就必須保證其掛設(shè)位置的準(zhǔn)確性，具體計算方法如式(1)所示：

Z=2rsin(β/2)=2rsin(180L/2r)

(1)

Z——掛設(shè)位置；

L——A、B間弧長；

r——半徑。

3.2 加強混凝土澆筑的過程控制

混凝土澆筑是二次襯砌施工過程中的重要工序：(1)在拱部混凝土施工前，要確保混凝土配合比符合施工要求，可以適當(dāng)采用膨脹混凝土以提高澆筑質(zhì)量。(2)混凝土澆筑過程中應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的振搗工作，確保振搗無氣泡出現(xiàn)，最大限度地避免在拱部形成空氣夾層。(3)拱部混凝土澆筑過程中應(yīng)按施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混凝土澆筑，保證泵管的長度深入接近拱頂?shù)牟课?。拱部混凝土澆筑過程中應(yīng)該注意留置觀察孔，以方便技術(shù)人員或者質(zhì)檢人員隨時了解澆筑情況。拱部端頭板安裝時必須要確保其緊密程度，必要時可采取符合標(biāo)準(zhǔn)的粘接材料進(jìn)行粘接，從而避免漏漿現(xiàn)象的產(chǎn)生。(4)應(yīng)加強混凝土澆筑工作的過程監(jiān)督力度，在混凝土澆筑的過程中必須設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)督管理，混凝土澆筑完成后在達(dá)到一定強度條件下，方可拆除輸送管，及時關(guān)閉窗口，降低混凝土掉落的可能性。

3.3 襯砌臺車支墊穩(wěn)固，并定期檢修

除上述措施外，襯砌臺車支墊穩(wěn)定性也起著至關(guān)重要的作用。(1)要做好臺車附近的文明施工，禁止無關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場，避免支墊方木受到積水等問題的長期浸泡。(2)現(xiàn)場管理人員應(yīng)該及時對臺車穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，避免混凝土澆筑后對臺車造成壓力產(chǎn)生下降。襯砌臺車在使用中應(yīng)當(dāng)做好日常維護和檢查工作，保證施工作業(yè)的順利進(jìn)行。

4 脫空的處理

針對脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生應(yīng)采取有效措施進(jìn)行處理，提高整體施工效果。二襯混凝土施工前，在拱頂部位與防水板緊貼位置應(yīng)做好縱向注漿管的布置工作，每隔5～8 m分別布置豎向注漿口。對于注漿管的材料選擇可以采用φ50 mm聚乙烯管，同時做好注漿切口處理。混凝土施工完成一定的工作量后，可以利用現(xiàn)代化的無損檢測設(shè)備對已經(jīng)施工完成的混凝土進(jìn)行背后空洞檢測，如果沒有問題可繼續(xù)施工；如果存在問題則需要進(jìn)行注漿處理。注漿過程中可以單純地采取水泥漿或者砂漿進(jìn)行填充，注漿水泥砂漿所采用的水泥漿應(yīng)盡量選擇早強水泥。嚴(yán)格按照檢測結(jié)果的要求進(jìn)行水灰比的配合，可在水泥中摻入速凝劑或者其它添加劑，提升水泥漿質(zhì)量及縮短其凝結(jié)時間。注漿應(yīng)在完全滿足二襯強度的條件下進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況及實驗結(jié)果確定注漿壓力的選擇。

5 工程實例

5.1 工程概況

河池一號隧道處于黔中高原向廣西盆地過渡地帶，地貌以丘陵為主，局部為峰叢洼地，埋深最大為252 m，隧道區(qū)大部分地段基巖出露，小部分地段被第四系殘坡積物覆蓋。進(jìn)出口無斷裂、滑坡、崩塌等不良地質(zhì)，洞口邊坡工程地質(zhì)條件較好，邊坡基本穩(wěn)定。隧道進(jìn)口有偏壓現(xiàn)象，橫向坡度約11°～54°，右側(cè)洞壁偏薄。隧道出口處在雨季均為澇積水，施工中須注意防排水施工措施。主要穿越的圍巖級別為Ⅴ級、Ⅳ級、Ⅲ級圍巖，其中Ⅴ級圍巖310 m，占14%，Ⅳ級圍巖691 m，占32%，Ⅲ級圍巖1 195 m，占54%。河池一號隧道為分離式隧道，單洞長2 196 m，左行線起止樁號為ZK58+905～ZK60+013，長1 108 m，右行線起止樁號為K58+940～K60+028，長1 088 m，其中ZK58+910～ZK58+927為半明半暗段施工。

5.2 二次襯砌施工準(zhǔn)備及施工方法

5.2.1 二次襯砌施工準(zhǔn)備

(1)施工所用原材質(zhì)量及其儲存運輸方式應(yīng)符合規(guī)定；

(2)地下水引、排工作，基礎(chǔ)部位殘土及積水清理干凈；

(3)防水層或噴涂層表面粉塵應(yīng)清除并進(jìn)行灑水濕潤；

(4)施工所用工器具必須經(jīng)過檢查，并進(jìn)行試運轉(zhuǎn)。

5.2.2 二次襯砌施工方法

本工程隧道二次襯砌混凝土采用C25S8防水混凝土，除Ⅴ級圍巖淺埋段采用鋼筋混凝土外，其余Ⅳ、Ⅲ級圍巖地段為素混凝土。隧道二襯應(yīng)在圍巖及初期支護變形基本穩(wěn)定后進(jìn)行施工。為保證仰拱在施工過程中不影響正常交通運輸，二次襯砌的施工應(yīng)按照“先仰拱、后拱墻，先施做仰拱、仰拱回填，然后液壓整體模板臺車襯砌”的順序進(jìn)行施工。在本項目的Ⅴ級圍巖地段。二次襯砌與掌子面的工作距離應(yīng)控制在50～60 m，Ⅳ級圍巖區(qū)域應(yīng)在90～100 m，Ⅲ級圍巖區(qū)域≤150 m。在二次襯砌施工過程中應(yīng)采用全斷面液壓整體模板臺車進(jìn)行混凝土澆筑。澆筑所用混凝土應(yīng)采用集中拌合混凝土，罐車運輸，混凝土輸送泵入模，插入式搗固器配合附著式搗固器搗固。緊急停車帶地段采用自制的可調(diào)式模板臺架、大塊模板襯砌。行車、行人通道襯砌采用模板臺架，組合鋼模板襯砌。

5.2.3 二次襯砌施工質(zhì)量保證措施及處理效果

(1)為保證鋼筋工程的施工質(zhì)量，在鋼筋綁扎的過程中應(yīng)采用移動式多功能作業(yè)平臺進(jìn)行，減少對已綁扎鋼筋的踩踏。鋼筋加工應(yīng)在集中的加工棚進(jìn)行加工，鋼筋綁扎時對防水板進(jìn)行防護，以免其被劃破。

(2)模板臺車的配備應(yīng)根據(jù)施工段進(jìn)行設(shè)置，保證每個洞口各配備一臺，模板臺車一般長度為10.5 m，為了配合模板臺車順利進(jìn)入工作位置，邊墻電纜槽底板以下部分人工立模先行澆注，并預(yù)埋臺車固定螺栓。

(3)為保證混凝土澆筑過程中的連續(xù)性及材料質(zhì)量，應(yīng)在洞口周圍最佳輸送距離位置進(jìn)行設(shè)置，混凝土罐車運輸?shù)綕沧⒌攸c后輸送泵送入模板，分層澆注搗固密實，一次澆注長度不得>10.0 m?；炷翉姸冗_(dá)到5.0 MPa以上時方能拆模，脫模后混凝土表面采用灑水養(yǎng)護不得少于14 d。

(4)襯砌施工縫設(shè)橡膠止水帶，施工時止水帶的位置應(yīng)確保準(zhǔn)確，用特制夾具固定或采用專業(yè)粘接劑進(jìn)行粘接，以防混凝土澆注過程中對橡膠止水帶接縫位置造成破壞。

(5)通過對防水板、混凝土及鋼筋施工過程進(jìn)行控制首先能夠保證防水板表面的平整度及位置的正確性，使其最大程度地發(fā)揮防水作用；其次，通過對混凝土施工原材料質(zhì)量及施工質(zhì)量的控制能夠保證混凝土的施工質(zhì)量滿足工程施工要求；最后，加強對鋼筋的施工質(zhì)量控制可以保證襯砌范圍內(nèi)鋼筋受力符合規(guī)范要求，并可以使其最大程度地與混凝土緊密結(jié)合，增大其受壓及抗拉強度。

6 結(jié)語

綜上所述，隧道施工是一項極其復(fù)雜的過程，由于其受到的影響因素影響較多，極易產(chǎn)生質(zhì)量問題。二襯背后空洞就是比較常見的一種現(xiàn)象，襯砌背后空洞會導(dǎo)致隧道整體穩(wěn)定性降低，在達(dá)到某種特定條件時甚至?xí)l(fā)生混凝土掉落等問題，給車輛的通行和人們的生命安全造成威脅。所以在二襯混凝土施工完成后，應(yīng)對其進(jìn)行質(zhì)量檢測，從而確保二襯質(zhì)量能夠滿足隧道整體質(zhì)量要求，為隧道安全運行奠定良好基礎(chǔ)。