隧道二襯拱頂脫空原因分析及防治新技術(shù)

劉新福

摘要：本文針對(duì)隧道二次襯砌拱頂脫空問(wèn)題，在分析成因的基礎(chǔ)上，提出了隧道防水板掛設(shè)工藝及隧道拱頂混凝土真空輔助灌注施工方法，并詳細(xì)介紹了技術(shù)原理和施工步驟，以期對(duì)類(lèi)似工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道二襯;拱頂;真空;灌注

Abstract： In this paper， based on the analysis of the cause of the hollowing of the tunnel's secondary lining vault， this paper puts forward the installation technology of the tunnel waterproof board and the construction method of the vacuum-assisted pouring of the vault concrete， and introduces the technical principle and construction steps in detail to provide reference for similar projects.

Key words： tunnel second lining;vault;vacuum;pouring

1? 概述

隧道二襯背后脫空是指由于施工方法、施工工藝等存在不足，導(dǎo)致混凝土澆筑后襯砌體與圍巖之間存在一定的空隙。

隧道二次襯砌背后脫空時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)存在臨空面，易發(fā)生應(yīng)力集中，使得襯砌結(jié)構(gòu)的受力發(fā)生不利的變化，如果不及時(shí)處治將會(huì)導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步損壞，甚至縮短使用壽命。劉益健[4]分析了公路隧道二次襯砌頂部脫空的危害、原因、受力與位移，并提出了壓漿補(bǔ)強(qiáng)和襯砌返工兩種處理措施。楊小玉[3]依托金寶頂隧道，綜合分析了隧道而次襯砌背后脫空的原因產(chǎn)生，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，并對(duì)二次襯砌與初期支護(hù)間產(chǎn)生脫空時(shí)的治理技術(shù)進(jìn)行了探討。江星宏[2]等基于滬昆鐵路客專(zhuān)全線某特長(zhǎng)隧道，進(jìn)行了襯砌脫空無(wú)損檢測(cè)，調(diào)查表明：尤以拱頂脫空問(wèn)題最為嚴(yán)重占隧道工程缺陷的82%。

近年來(lái)，隧道二襯脫空問(wèn)題受到了隧道工程行業(yè)專(zhuān)家的高度關(guān)注，為提高隧道二襯質(zhì)量提出了諸如改善混凝土品質(zhì)、采用混凝土同步分層澆注工藝、同步壓漿、加強(qiáng)無(wú)損檢測(cè)等積極措施，但就目前施工工藝水平而言，隧道拱頂脫空現(xiàn)象仍無(wú)法從根本上杜絕。深入研究隧道拱頂脫空機(jī)理，提出切實(shí)可行的工程對(duì)策，對(duì)提高隧道工程施工質(zhì)量具有重要意義。

2? 隧道二襯砌拱頂脫空成因分析及工程對(duì)策

2.1 防水板背后脫空

問(wèn)題：初期支護(hù)不夠平整、防水板掛設(shè)松弛度不合適，是導(dǎo)致防水板背后產(chǎn)生空洞的根本原因。目前的初期支護(hù)均采用噴射混凝土工藝，受洞內(nèi)昏暗、操作人員技術(shù)水平參差不齊、開(kāi)挖面平整度等因素的影響，初期支護(hù)混凝土不夠平整。目前防水板掛設(shè)采用人工，受洞內(nèi)昏暗、托舉困難等因素的影響，往往防水板掛設(shè)工效低、松弛度不理想，澆筑二襯混凝土?xí)r防水板易出現(xiàn)局部繃緊造成防水板背后脫空。

工程對(duì)策1：建議改良噴射混凝土配比、采用初噴（初步找平）+復(fù)噴（滿(mǎn)足厚度）工藝，保證初期支護(hù)噴射混凝土的平整度達(dá)標(biāo);

工程對(duì)策2：建議采用新型防水板掛設(shè)臺(tái)車(chē)，既可改善防水板掛設(shè)質(zhì)量，又可提高工效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

防水板掛設(shè)臺(tái)車(chē)工作原理見(jiàn)圖1。

該防水板掛設(shè)臺(tái)車(chē)的工作原理：利用門(mén)式鋼支架兩側(cè)及頂部設(shè)置軌道，為電動(dòng)葫蘆、滑輪組及升降機(jī)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)沿軌道移動(dòng)，以滿(mǎn)足拱墻各個(gè)區(qū)域防水板鋪設(shè)。同時(shí)，針對(duì)升降平臺(tái)，利用可伸縮矩形桿件實(shí)現(xiàn)對(duì)防水板的壓緊功能，并通過(guò)頂部轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)防水板的連續(xù)鋪設(shè)。

防水板掛設(shè)臺(tái)車(chē)的作業(yè)步驟為：①作業(yè)臺(tái)降回落至底梁，抬升作業(yè)踏板，安裝整卷的防水卷材，并將卷材牽引出，作業(yè)踏板回位，將卷材從撫平托輥?lái)敳吭竭^(guò)并將卷材頂部固定在隧道拱腳部位;②翻轉(zhuǎn)可伸縮頂桿，利用凹形齒輪調(diào)整可伸縮頂桿角度，通過(guò)卷材柔性撫平托輥扣壓防水卷材，利用可伸縮頂桿形成的作業(yè)空間，采用人工固定防水卷材。③提升作業(yè)臺(tái)，帶動(dòng)作業(yè)臺(tái)內(nèi)的防水卷材與卷材柔性撫平托輥同步旋，實(shí)現(xiàn)防水卷材的連續(xù)鋪設(shè)，抵達(dá)作業(yè)平臺(tái)提升高度極限。④利用工字鋼梁、作業(yè)臺(tái)限位槽道實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)橫向移動(dòng)，啟動(dòng)剪式液壓升降機(jī)，調(diào)整高度確保卷材柔性撫平托輥扣壓防水卷材，繼續(xù)鋪設(shè)頂部防水卷材至另一側(cè)極限。⑤逆向操作步驟③，下落作業(yè)臺(tái)直至完成防水材料鋪設(shè)作業(yè)。

實(shí)踐證明，采用防水板掛設(shè)臺(tái)車(chē)進(jìn)行隧道拱墻防水卷材鋪設(shè)，具有提升工效、降低勞動(dòng)力、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、操作簡(jiǎn)便，高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低等特點(diǎn)，對(duì)于提升隧道防水材料鋪設(shè)質(zhì)量可發(fā)揮積極作用。工效及質(zhì)量比較見(jiàn)表1。

2.2 混凝土二襯與防水板之間脫空

問(wèn)題：上世紀(jì)90年代隧道防水板+排水盲管技術(shù)有效解決了隧道滲漏水問(wèn)題;采用拱墻襯砌臺(tái)車(chē)、泵送混凝土工藝實(shí)現(xiàn)了隧道二襯全斷面機(jī)械化作業(yè)，工效大幅提升。但由于泵送灌注阻力大、臺(tái)車(chē)一次澆注段落較長(zhǎng)及臺(tái)車(chē)附著式振搗器因素的多重作用下，拱頂二襯混凝土灌注不夠爆滿(mǎn)及振搗下墜，二襯混凝土與防水板之間出現(xiàn)了不同程度脫空，雖然采用了后期壓漿的辦法進(jìn)行補(bǔ)救，但漿液的用水量更大，收縮后仍會(huì)出現(xiàn)一定程度的脫空現(xiàn)象。

工程對(duì)策：采用二襯拱頂局部真空輔助灌注技術(shù)，減小拱頂部位混凝土灌注阻力、提高混凝土灌注飽滿(mǎn)度，再加上后期壓漿手段，改善隧道拱頂部位的脫空。

二襯拱頂局部真空輔助灌注技術(shù)主要依靠自主研發(fā)的二襯臺(tái)車(chē)密封端頭模板和借助壓漿管實(shí)現(xiàn)。

該技術(shù)的基本原理為：利用拱頂防水板、兩側(cè)邊墻已澆筑混凝土及對(duì)臺(tái)車(chē)端頭密封模板在隧道拱頂形成局部的密閉空間，通過(guò)對(duì)密閉空間抽真空形成負(fù)壓，減小泵送混凝土阻力，提高隧道拱頂部位混凝土灌注飽滿(mǎn)度，減小后期拱頂壓漿量，從而改善拱頂脫空。

該技術(shù)的工作原理及端模構(gòu)造見(jiàn)圖2。

工藝步驟：在臺(tái)車(chē)前端安裝密封端模，端模頂部與頂部防水板之間用密封膠封閉。其余與以往施工方法相同。連續(xù)泵送澆筑混凝土至拱頂橫向2m范圍內(nèi)，利用已澆筑混凝土及封端密封形成封閉空間，打開(kāi)排氣壓漿管閥門(mén)，在壓漿管控制閥外側(cè)連接真空泵，抽取密閉空間內(nèi)空氣形成一定的負(fù)壓，試驗(yàn)調(diào)整混凝土泵送壓力，繼續(xù)澆筑混凝土至完成拱頂混凝土澆筑后關(guān)閉真空泵，混凝土終凝后拔除抽氣管控制閥門(mén)，抽氣管用于后期拱頂注漿。拆除臺(tái)車(chē)端模板，分離臺(tái)車(chē)模板，移動(dòng)至下一作業(yè)斷面。

3? 結(jié)論

隧道二襯背后脫空影響隧道壽命，通過(guò)對(duì)隧道防水板掛設(shè)及拱頂混凝土灌注技術(shù)的改進(jìn)，起到了良好效果，并得出如下結(jié)論：①隧道二襯施做之前，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)初期支護(hù)、防水板鋪設(shè)質(zhì)量的驗(yàn)收，確保防水板鋪設(shè)平整密貼。防水板臺(tái)車(chē)的應(yīng)用可極大提高防水板鋪設(shè)質(zhì)量，極大降低防水板背后脫空的風(fēng)險(xiǎn);②泵送混凝土入模應(yīng)注意控制好泵送混凝土坍落度（用水量）、泵送壓力及甭管入模角度，同時(shí)防止灌注過(guò)程中排氣孔堵塞，科學(xué)判斷混凝土澆筑完成，混凝土振搗密實(shí);③采用隧道二襯拱頂采用局部真空輔助混凝土灌注技術(shù)，降低了混凝土灌注阻力，克服了拱頂部位混凝土澆筑厚度不足的質(zhì)量通病，減小了后期壓漿的工作量，使隧道拱頂部位結(jié)構(gòu)更符合設(shè)計(jì)意圖，使隧道拱頂受力更趨合理。④實(shí)踐證明，采用防水板掛設(shè)臺(tái)車(chē)進(jìn)行防水板施工，能有效改善防水板背后脫空;采用拱頂真空輔助混凝土灌注技術(shù)能有效改善二襯與防水板之間的脫空;可在同類(lèi)工程中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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