隧道襯砌脫空缺陷拆換處理施工技術研究

■劉 彬

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300310）

隨著鐵路項目的建設發(fā)展，尤其是在西南地區(qū)隧道在線路中占的比例越來越大,隧道施工過程中各個環(huán)節(jié)的質量問題也越來越多。其中，二次襯砌結構的質量問題一般分為表面病害和非表面病害,隧道施工中襯砌脫空缺陷廣泛存在，若處理不及時將極大地影響襯砌結構承載力和耐久性，對鐵路的運營造成極大的影響。本文對隧道二次襯砌脫空產生的原因進行綜合分析,并以成貴鐵路某條隧道為例介紹隧道襯砌脫空處理方法，提出相應解決方案。

一、成貴鐵路工程概況

成貴高鐵歷經四川省、云南省、貴州省三省，其中成都至樂山段經成綿樂客運專線，樂山至貴陽段自樂山地區(qū)引出，向東經宜賓、黔西、大方至貴陽。該線是西南至廣西北部灣、華南沿海及湘閩贛浙地區(qū)快速鐵路通道的重要組成部分，在國民經濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。全線橋隧比重達到78.6%，其中橋梁365座，共計151公里，占線路總長的29.69%；隧道有183座，均為雙線單洞隧道，共計247公里，占線路總長度的49.50%。

二、襯砌脫空形成的主要原因

隧道襯砌混凝土施工中受混凝土徐變、干縮及人為、技術等因素的影響，在襯砌與初期支護直接較容易形成空隙，大部分出現(xiàn)在拱頂部位，部分出現(xiàn)在拱墻部位。其形成原因分析如下[1]：

（一）隧道襯砌與防水層之間空隙形成脫空

該類型脫空一般出現(xiàn)在拱頂部分，形成主要原因為混凝土塌落度大導致混凝土徐變收縮，混凝土振搗不密實、混凝土泵壓力不足導致混凝土未充滿模板倉，端頭模密封不到位造成漿液流失等原因。

（二）隧道防水層與初期之間空隙形成脫空

該類型脫空拱頂及拱墻部位都可能存在，形成主要原因為光面爆破效果較差導致初期支護不平整形成空腔，防水板掛設不規(guī)范較緊或較松都可能形成空隙，防水板開裂導致襯砌混凝土進入初期支護與防水層之間形成空隙，防水板固定不牢固在泵送壓力下出現(xiàn)位移造成的脫空等原因。

三、隧道襯砌脫空處理方式

在通過無損檢測等方式，驗證脫空情況后確定處理方式，一般空洞較小，襯砌砼厚度達到設計要求部分可采用注漿方式處理[2]，本文就形成空洞較大、襯砌有效厚度不足等注漿無法滿足要求，需進行144°拆換部位進行處理方案分析。

（一）施工流程

具體素混凝土襯砌空響（欠厚）144°拆換施工流程圖見圖1。

（二）鉆孔驗證

對襯砌缺陷部位進行鉆孔驗證并標記處理范圍。

（三）臨時支護

拆換前后2m范圍設置拱墻I20a鋼架進行臨時支護，間距0.5m/榀。徑向設置一排φ25砂漿錨桿于拆除段兩側邊墻處，長4.0m，縱間距1.0m。錨桿端頭槽確認達到其抗拔力設計強度后，先鑿出12cm×12cm×8cm（長×寬×深）楔形孔（孔底長寬尺寸為15cm×15cm），將孔清洗干凈后采用膨脹水泥砂漿或環(huán)氧樹脂砂漿封堵，并與原襯砌打磨平整。最后用鋼絲刷清理楔形孔周邊20cm范圍混凝土表面，涂刷滲透型環(huán)氧樹脂防水涂料[3]。

圖1 素混凝土襯砌空響（欠厚）144°拆換施工流程圖

（四）混凝土拆除

1.搭設門式施工臺架

施工臺架根據(jù)施工需求，拱部襯砌拆換部位需搭設門式施工臺架。臺架采用φ48鋼管搭設，鋼管件采用扣件連接。樓梯及踏步采用L7.5號角鋼及φ22螺紋鋼加工，臺架上鋪設5cm×5cm鋼板網(wǎng)。腳手架搭設需滿足應力驗算要求。行走系統(tǒng)采用4幅φ30硬膠輪胎，設置制動措施。臺架上間隔20cm粘貼一道反光條。

2.混凝土拆除

根據(jù)驗證結果確定拆換區(qū)域。采用切割機在拆除段與非拆除段交界處切縫，且切縫深度不小于15cm，消除后續(xù)采用風鎬拆除時對非拆換段落襯砌砼的影響。靠近拆除邊界時預留10-15cm，采用人工修整，確保拆除面的平整、圓順，不得留有尖角，鑿除混凝土時，缺口應上窄下寬，呈倒八字梯形[4]。且缺口表面要鑿毛處理，結構應緊密，不得有空洞、松散、掉塊等現(xiàn)象。

3.施工縫處理

混凝土鑿除后采用鋼絲刷清理施工縫，并用清水沖洗，保持壁面潔凈，混凝土鑿除后將破損防水板等雜物清理干凈。

（五）防水板修復

將破損的防水板及無紡布清理干凈，重新鋪設襯砌防水板及無紡布，與原防水板做好連接，兩幅之間的搭接長度不小于15cm，采用自動爬行式熱合機對防水板進行雙焊縫焊接，確保焊接密實[5]，并設置寬2cm止水膠在新舊混凝土接縫處，以提高防水性能。

（六）襯砌鋼筋布置

1.植筋孔

按照設計孔深進行鉆孔，成孔后采用壓縮空氣清孔，確保孔壁無塵。清孔后采用棉絲蘸酒精或丙酮檫拭孔壁，確?？變鹊母稍铩⑶鍧?；清孔后注意用棉紗將孔填堵，以防灰塵入孔內。施工過程中不得用水清洗植筋孔，具體主筋植筋示意圖如圖2。

圖2 主筋植筋示意圖

2.注膠

將注射槍插入至孔底，由孔底往外均勻注入膠體，注滿孔深的2/3即可。注膠過程中須保持注漿管口一直埋置在注入的膠體中，注膠同時均勻往外移注射槍，確保膠液中不留氣泡。

3.植筋

注涂膠體后，應立即將經除銹處理過的鋼筋放入孔口，然后慢慢單向旋入，不可中途逆向反轉，直至鋼筋伸入孔底，保證鋼筋在孔中心位子，保證膠體分布均勻，目視有少量膠體外溢，并且植筋埋深≥22d（詳見圖3）。植筋完成后在鋼筋附近徑向設置一排φ25砂漿錨桿，長4.0m，縱向間距1.0m，錨桿端頭與增加鋼筋焊接，并于拆換范圍增設雙層鋼筋網(wǎng)片，環(huán)向主筋采用φ16螺紋鋼筋，間距25cm，縱向分布筋采用φ10圓鋼，間距25cm，鉤筋采用φ8圓鋼，間距25cm，鋼筋搭接長度不小于35d（d為鋼筋直徑）且不小于50cm，接頭不得位于左拱腰處，鋼筋凈保護層厚度為55mm，除鉤筋采用半圓彎鉤外，其余鋼筋無彎鉤。植筋過程中注意以下幾點：首先，植筋施作過程中，原有襯砌混凝土不得有局部缺陷，若有局部缺陷需進行加固或補強處理后方可進行植筋施工；其次，植筋施作完畢后，在固化階段因對植筋進行保護防止其被碰撞或是變位；最后，植筋施作完畢后，在規(guī)定的固化時間后方可進行焊接、綁扎工作，為防止焊接時鋼筋局部過熱影響膠體性能，需在植筋錨固段附近進行降溫散熱。

圖3 拱部襯砌拆換鋼筋斷面示意圖

4.預埋注漿管

綁扎鋼筋過程中必須在空響（欠厚）部位頂部預留φ50注漿波紋管（不少于兩根）[6]。

（七）混凝土澆筑及養(yǎng)護

1.施工模板及支撐臺架

前期施工臺車已拆除，現(xiàn)場施工采用定型鋼模板，采用Ⅰ20工字鋼加工的門式臺架作為支撐體系。鋼架上樓梯及踏步采用L7.5號角鋼及φ22螺紋鋼加工，臺架上鋪設5cm×5cm鋼板網(wǎng)?？v向兩側對稱增加斜撐，以保證支撐臺架的穩(wěn)定性，鋼模板及支撐鋼架示意圖詳見圖4。

2.混凝土澆筑

因施工空間有限，為保證混凝土振搗密實，澆筑方便，在已拆換襯砌環(huán)向兩側間隔1.5m對稱布置澆筑孔，澆筑孔尺寸為20cm×20cm。襯砌混凝土澆筑完成后采用C40微膨脹混凝土進行封堵，振搗密實，達到強度后將表面打磨平整，防止存在錯臺、麻面等二次缺陷[7]。

圖4 鋼模板及支撐鋼架示意圖

二襯采用細石混凝土澆筑，混凝土強度等級應比原設計提高一級，即采用C40細石砼?；炷吝\到場后應作坍落度檢查，泵送混凝土一般以16cm～20cm為宜。混凝土由輸送車運送到現(xiàn)場后由混凝土輸送泵澆筑混凝土，模板兩側混凝土應對稱，且兩側高差不能超過40cm。采用附著式振搗棒振搗模板面，并采用膠錘配合敲擊模板表面，待溢漿孔開始流出濃水泥漿后，停止泵送混凝土。

3.注漿

二襯拆換澆筑完成后檢查襯砌厚度、混凝土澆筑后2-4小時，待混凝土初凝后，對襯砌脫空進行帶模注漿回填密實，確保二次襯砌與初支密貼。

4.脫模養(yǎng)護

注漿結束12h后進行拆模。并對混凝土表面及施工縫毛糙處進行打磨處理，打磨處理完成后對襯砌混凝土進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7d。

5.驗證、檢測混凝土強度及厚度

（1）襯砌厚度、質量：采用敲擊或無損檢測的方法進行驗證檢測，檢測襯砌厚度及襯砌后是否還存在襯砌脫空。

（2）強度檢測：采用回彈法進行檢測，選取20cm×20cm，測點均勻分布；選取16個回彈值，剔除3個最大值和3個最小值，求平均值，修約后得到混凝土強度，看其是否達到設計強度。

四、施工注意事項

（1）拆除時應跳槽拆除，嚴禁爆破，每次拆換縱向長度不得大于1米。

（2）拆換前，應先完成相鄰段落的缺陷整治。

（3）新舊混凝土接縫處應設置2cm寬的止水膠加強防水。

（4）欠厚部位拆換施工前后及施工過程中，對拆換段及洞內相鄰段進行地表變形觀測，若遇變形過大，立即采用臨時鋼架等加固。

五、結語

在隧道襯砌脫空問題處理上，通過對形成空洞較大、襯砌有效厚度不足等注漿無法滿足要求，采取144°拆換部位進行處理方案分析驗證，明確處理程序，使其隧道襯砌脫空得以有效解決。以后在施工中遇到不論大小空洞，應通過驗證后選擇采取注漿或者換拱處理，并及時驗證處理結果，確保隧道二次襯砌質量，為鐵路的驗收及運營打下堅實的基礎。