公路隧道襯砌背后空洞注漿處治的應用分析

孫爾鵬

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概述

公路隧道在施工過程中，由于混凝土收縮、混凝土泵送壓力不足或混凝土流動性差、泵送口角度不合理、防水板松鋪不足或褶皺、初期支護平整度差和封口不當等技術因素和人為因素導致隧道二次襯砌背后空洞及不密實帶等病害問題十分普遍，尤其是隧道拱頂位置的脫空。二次襯砌背后空洞會造成襯砌厚度不足、改變襯砌結構的整體剛度和結構的受力狀態(tài)，并由此引起襯砌裂損、滲漏水、掉塊甚至坍塌，對隧道結構的長期穩(wěn)定性及健康安全運營十分不利。這就需要對空洞進行注漿處理。本文結合工程實例采用壓力水泥注漿的方法對襯砌背后空洞進行處理，并通過地質雷達檢測技術對處理前后效果進行了評價分析。

2 隧道襯砌背后空洞的注漿方法介紹

2.1 壓力注漿處理二次襯砌背后空洞的機理分析

通過注漿設備用壓送的手段，逐漸將凝膠性漿液材料擴散充填到空洞中，最終加強初期支護與二次襯砌間的結合力，提高隧道結構的整體受力狀態(tài)。

這種方法的特點是施工設備簡單，規(guī)模小投資少，工期短見效快，易于控制。一般情況下，水泥漿液材料是首選，滿足耐久性和環(huán)保的要求，且水泥漿液材料來源豐富，價格低廉，注漿工藝相對簡單。

2.2 注漿施工方法

1）標記缺陷位置和鉆孔位置。根據地質雷達檢測結果，在現場標明隧道襯砌背后存在空洞的具體位置、大小等參數。

2）在空洞位置先進行鑿眼，用鐵絲進一步探明空洞或不密實范圍，確定缺陷段最高處后再進行鉆孔，鉆孔時嚴禁將防水板打穿。

3）埋設注漿管及排氣管。將兩根帶絲扣連接閥門的金屬管安放至鉆孔中（最好用兩種不同顏色或其他方式對注漿管和排氣管標注區(qū)分），孔距應根據空洞長度合理布置，并將管周圍的縫隙用凝結快、粘結好的材料進行封堵（如環(huán)氧樹脂砂漿），排氣管口比注漿管口要高一些，并且排氣管距離防水板2-3cm。然后將注漿泵的塑料軟管與注漿管口連接。

4）配制注漿漿液進行處治。注漿前在試驗室做配比試驗，配合比設計時注漿材料應具有強度高、流動性好、稠度適宜等性能。

注漿時隨時觀察壓力和流量變化，當排氣孔有漿液流出時關閉其閥門并繼續(xù)加壓注漿使?jié){液慢慢滲入，直到壓力穩(wěn)定或施工縫處滲出漿液時可停止注漿。當壓力解除后不再有漏水和滲水現象時，該處注漿完畢，移到下一注漿孔灌注。

5）二次補漿。根據經驗，一次注漿往往不能保證注漿后飽滿密實，尤其是面積較大的空洞，所以需要二次甚至多次補注。一般在前一次注漿2h后進行二次注漿。

6）注漿結果驗收合格后，將注漿管及排氣管割除并封口，并清洗漿液污染的路面及襯砌。

3 工程實例

3.1 工程概況

該隧道左線起止樁號為ZK294+978～ZK295+790（812m）、右線為 YK295+004～YK295+745（741m），屬中隧道，公路等級為雙向四車道高速公路。隧道路面寬度為8.75m，凈高7.032m；隧道主洞內輪廓拱部圓弧半徑543cm，邊墻部圓弧半徑793cm；隧道路面橫坡為單向坡2%（直線段），超高不大于±4%，隧道縱坡為-2.5%；隧道支護采用復合式襯砌結構，即初期支護+二次襯砌的形式；襯砌設計強度為C30模筑混凝土。

經檢測，該隧道襯砌背部存在6處空洞，均分布在拱頂位置，累計長度為25.6m。經統(tǒng)計空洞類型主要以每模二次襯砌兩端頭附近的楔形空洞和在中部的帶狀空洞為主。

3.2 空洞成因分析

這些空洞都與施工工藝及質量控制密切相關，該隧道二次襯砌端頭產生楔形空洞的主要原因是：泵送壓力不足、混凝土流動性差等因素造成；此外該隧道的縱坡較明顯，絕大部分空洞產生在小樁號一端，如果在泵送口高程較低處泵送混凝土時極易產生空洞。

中部帶狀空洞產生的主要原因是：防水板松鋪不足或褶皺、初期支護平整度差等引起的。此類空洞主要集中在Ⅲ級和Ⅳ級圍巖中。

3.3 處理方案

注漿漿液采用水泥凈漿，水灰比1：1.5，水泥為P·Ⅱ42.5級的硅酸鹽水泥，注漿壓力0.15MPa。

3.4 注漿后效果分析

采用美國勞雷公司產SIR-3000型探地雷達和400MHz屏蔽天線在空洞缺陷位置進行檢測，再通過對注漿前后的地質雷達采集圖像進行對比分析，從而得出結論，即注漿后是否密實。具體檢測結果見表1，注漿前后典型地質雷達對比圖譜如圖1～圖6所示。

表1 隧道襯砌背部注漿前后地質雷達檢測結果對比

圖1 注漿前地質雷達圖譜（楔形空洞）

圖2 注漿后地質雷達圖譜（密實）

圖3 注漿前地質雷達圖譜（帶狀空洞）

圖4 注漿后地質雷達圖譜（密實）

由圖1、圖3、圖5可知，注漿前在空洞位置雷達波形特征為反射信號強，圖像呈弧形且反射界面明顯；經注漿處治后，分別相對應的圖2、圖4、圖6雷達波形特征為反射信號弱，圖像均一且反射界面不明顯，判定結果為密實。

圖5 注漿前地質雷達圖譜（楔形空洞）

圖6 注漿后地質雷達圖譜（密實）

4 結論

1）通過大量地質雷達數據分析，壓力水泥注漿處治襯砌背后空洞是一種比較有效、可靠的技術，能夠有效解決這一缺陷問題。

2）隧道修建者應注重不斷總結優(yōu)化施工工藝，從施工中根治并預防空洞的發(fā)生，施工中盡量使灌注的襯砌混凝土與初期支護密貼。