淺析高鐵隧道的拱頂脫空防治技術(shù)

袁仲輝 周光書

【摘? 要】高鐵隧道拱頂脫空是隧道工程施工常見的質(zhì)量缺陷，如何有效控制拱頂脫空成為控制隧道施工質(zhì)量的關(guān)鍵。通過深入分析初期支護(hù)、防水板和二次襯砌的拱頂背后脫空原因，提出了針對(duì)性的防治措施，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

【Abstract】Vault hollowing of high speed railway tunnel is a common quality defect in tunnel construction. How to control vault hollowing effectively becomes the key to control tunnel construction quality. Through in-depth analysis of the reasons for the hollowing behind the vault of initial support， waterproof plate and secondary lining， the corresponding prevention measures are put forward， and good social and economic benefits are obtained.

【關(guān)鍵詞】隧道;拱頂脫空;防水板;初期支護(hù);二次襯砌

【Keywords】tunnel; vault hollowing; waterproof board; initial support; secondary lining

【中圖分類號(hào)】U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）02-0160-02

1 工程概況

鳳凰隧道位于湖南省湘西州境內(nèi)，進(jìn)口位于鳳凰縣沱江鎮(zhèn)關(guān)巖屋村附近，出口位于巖板塘山間陡坎。隧道起訖里程為DK180+380～DK184+755，隧道全長(zhǎng)4375m，進(jìn)出口隧道分界里程分別為DK180+380及DK184+755。該隧道為時(shí)速350km單洞雙線隧道。隧道主要巖性為泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂巖泥巖、含礫砂巖、石英砂巖。隧道Ⅲ級(jí)圍巖1180m，Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)2880m，Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)315m，分別占隧道總長(zhǎng)的27.0%、65.8%、7.2%。

2 襯砌背后脫空類型

根據(jù)隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可把襯砌背后空洞分為3類：初期支護(hù)背后脫空、防水板背后脫空和二次襯砌背后脫空。襯砌背后空洞，均是因各種原因?qū)е绿畛洳牧狭魇?，或填充不到位和不密?shí)，使隧道圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)不密貼，存在空隙。襯砌背后脫空造成結(jié)構(gòu)混凝土厚度不足，在靜載和動(dòng)載以及沖擊荷載長(zhǎng)期作用下，隧道結(jié)構(gòu)存在塌毀的風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)行車產(chǎn)生重大安全隱患。

3 脫空原因分析及防治措施

3.1初期支護(hù)背后脫空

3.1.1初支背后脫空原因

首先，隧道開挖是隧道施工的龍頭，光爆效果的好壞，對(duì)后步工序安全及質(zhì)量帶來很大影響，光爆效果好，開挖輪廓線圓順，拱架安裝后，拱架與鋼筋網(wǎng)片密貼巖面，噴漿密實(shí)平順，降低初支后脫空風(fēng)險(xiǎn);反之，光爆效果差，鋼架安裝好后，鋼架及鋼筋網(wǎng)片與巖面之間距離大，超挖大，噴漿時(shí)不易噴滿而形成空洞，留下安全及質(zhì)量隱患。

3.1.2防治措施

從根源上控制，提高光面爆破，減少超欠挖，消除空洞源頭。采用新技術(shù)、新工藝，如聚能水壓爆破，提高光面爆破效果，確保開挖面輪廓線圓順，降低初支背后脫空源頭風(fēng)險(xiǎn)。

從工藝上控制，噴漿工藝的好壞，對(duì)初支背后脫空有很大影響，提高噴漿工藝水平，開挖后，及時(shí)對(duì)超挖部位采取網(wǎng)噴混凝土先行初噴，待初支面噴漿平順后，再進(jìn)行拱架安裝及初期支護(hù)噴射混凝土施工，可有效降低初支背后脫空風(fēng)險(xiǎn)。

由于地質(zhì)原因，超挖較大而無法噴漿回填密實(shí)的，在脫空部位預(yù)埋鋼管，鋼管出漿口要貼近巖面，待支護(hù)成環(huán)并穩(wěn)定后采取注漿處理。為防止初支面背后脫空，噴漿施工完成后，對(duì)初支進(jìn)行鉆孔脫空檢測(cè)，每3m一個(gè)斷面，由拱頂向兩側(cè)按2m每孔進(jìn)行鉆孔檢測(cè)，鉆孔破損檢查驗(yàn)證，確認(rèn)有無空洞;第二種檢測(cè)，對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行雷達(dá)無損檢測(cè)，通過無損檢測(cè)，強(qiáng)化自檢，嚴(yán)把檢測(cè)關(guān)口，杜絕缺陷，提高隧道襯砌質(zhì)量。

3.2 防水板背后脫空

3.2.1 成因分析

當(dāng)防水板鋪掛不滿足要求，存在褶皺、空鼓和繃緊等現(xiàn)象，造成防水板與初期支護(hù)間的空洞，即防水板背后脫空。分析原因包括：①初期支護(hù)的表面不平順和不平整，呈現(xiàn)“排肋狀”和局部鼓包等現(xiàn)象，造成防水板與初期支護(hù)表面粘貼不密實(shí)而形成空洞;②防水板掛點(diǎn)布置間距過大，防水板過松或過緊，造成防水板形成褶皺和繃緊等現(xiàn)象，從而在初期支護(hù)和防水板間產(chǎn)生空洞;③由于初噴不密實(shí)，導(dǎo)致格柵與拱架之間存在孔洞，后期沒有對(duì)孔洞進(jìn)行填實(shí)，直接在空洞處鋪掛防水板;④初期支護(hù)結(jié)束后，個(gè)別部位存在欠挖，如果不及時(shí)處理欠挖，等到施工襯砌時(shí)再對(duì)欠挖進(jìn)行處理，處理欠挖后也沒有及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)噴，引起初期支護(hù)背后孔洞的產(chǎn)生。

3.2.2 防治措施

埋點(diǎn)控制初期支護(hù)噴射混凝土厚度，加強(qiáng)過程監(jiān)督，提高初期支護(hù)噴射混凝土首次成型質(zhì)量。采用預(yù)埋鐵絲、鐵釘、短鋼筋等辦法檢查控制噴射混凝土厚度，每3m檢查一個(gè)斷面，每個(gè)斷面應(yīng)從拱頂起，每間隔2m布設(shè)1個(gè)檢查點(diǎn)。在鋪掛防水板前，用3D斷面掃描儀，對(duì)初期支護(hù)斷面進(jìn)行無死角掃描，掃描成果及時(shí)進(jìn)行交底，對(duì)有欠挖的部位，進(jìn)行欠挖處理，處理后及時(shí)補(bǔ)噴，對(duì)凹凸不平、“排肋狀”采取補(bǔ)噴，在滿足初期支護(hù)斷面界限要求的前提下使防水板鋪掛基面平整、平順。采用新工裝、新工藝，提高防水板鋪掛質(zhì)量。熱熔墊片定位采用熱熔墊片定位卡，提高熱熔墊片定位的準(zhǔn)確性，局部凹凸較大時(shí)，可適當(dāng)加密固定;熱熔焊接采用防水板電磁焊槍焊接，將傳統(tǒng)的超聲波點(diǎn)焊接改為面焊接，有效規(guī)避防水板焊穿等現(xiàn)象。

通過以上技術(shù)和管理措施，初支和防水板之間的脫空得到有效減少DK180+380～DK180+480段，二襯施工完后，局自檢和第三方檢測(cè)對(duì)本段襯砌進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)拱頂、拱頂左右側(cè)中線、左右側(cè)拱腰、邊墻共7條測(cè)線，無一處脫空缺陷。

3.3 二襯背后脫空

3.3.1二襯背后脫空的原因

二次襯砌背后脫空是指二次襯砌拱部混凝土澆筑受澆筑條件、人為因素、混凝土供應(yīng)、機(jī)械設(shè)備狀態(tài)、混凝土干縮、和易性、徐變等諸多因素的影響，在防水板與二次襯砌拱部間產(chǎn)生空洞，分析原因包括：①在澆筑過程中混凝土振搗欠密實(shí)，內(nèi)部存在空洞和氣孔等，澆筑完成上部混凝土后在自重作用下下沉，然后在拱部造成空洞;②澆筑拱部混凝土?xí)r，由于輸送泵壓力不足，致使?jié)仓绊斘恢玫幕炷敛蛔?，形成空?③拼接端頭模板不密實(shí)，澆筑完成后在接縫或端頭模板部位產(chǎn)生跑漿和漏漿等，致使拱部混凝土下陷而形成空洞;④在混凝土澆筑后，混凝土輸送管拆除過早，未形成自穩(wěn)能力的混凝土隨輸送管掉落下來，致使混凝土掉落形成漏斗，造成襯砌脫空;⑤由于液壓千斤頂沉落或者襯砌臺(tái)車支撐不穩(wěn)固，在澆筑過程中或澆筑混凝土后變形下沉，從而形成拱部空洞。

3.3.2防治措施

從工藝工裝方面，二襯臺(tái)車設(shè)置布設(shè)下料管，實(shí)施分窗布料，避免由一個(gè)窗口下料導(dǎo)致砼離析，導(dǎo)致砼不密實(shí)，需要加強(qiáng)砼的搗固，加強(qiáng)對(duì)施工人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高施工人員的技能水平和質(zhì)量意識(shí)、創(chuàng)精品工程。在混凝土澆筑過程，作業(yè)人員搗固要及時(shí)，不要漏搗，不因搗固不密實(shí)而造成空洞。澆筑過程按順序振搗密實(shí)，排除空氣，防止形成空洞。在二襯混凝土澆筑過程中，往往因各種原因造成輸送泵堵管，在現(xiàn)場(chǎng)等待的砼，試驗(yàn)人員要重新進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，不合格的返場(chǎng)或者用于其他附屬工程，不要將和易性不好的砼強(qiáng)行用于二襯澆筑，以免造成各種各樣的質(zhì)量缺陷，如人字坡、冷縫、蜂窩麻面、露骨、空洞等。

從技術(shù)方面，每環(huán)襯砌進(jìn)行3D斷面掃描，掃描成果通過專用軟件進(jìn)行成果處理，成果處理完成后，準(zhǔn)確計(jì)算每環(huán)二襯的砼方量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，配備足夠的設(shè)備及材料，確?；炷翝仓B續(xù)。二襯臺(tái)車采用鋼端模，有效降低漏漿跑?，F(xiàn)象，提高二襯混凝土澆筑質(zhì)量。混凝土澆筑時(shí)模板應(yīng)采用剛性支撐，絕不可用液壓桿支撐模板。

采取以上處理措施，二襯背后脫空率減少，其DK183+100～DK183+200，DK183+235～DK183+240，總計(jì)305m，檢測(cè)拱頂、拱頂左右側(cè)中線、左右側(cè)拱腰5條測(cè)線，存在6處脫空缺陷，極大地提高了隧道襯砌質(zhì)量，降低了安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)論

隧道襯砌背后脫空是目前施工單位面臨的重大難題，通過以上方法及施工措施，有效降低襯砌質(zhì)量缺陷，同時(shí)施工單位、設(shè)計(jì)、業(yè)主也在從工裝、工藝、新材料、新技術(shù)等方面加強(qiáng)襯砌質(zhì)量施工，提高高鐵隧道襯砌施工質(zhì)量，保障高鐵運(yùn)行安全。