隧道襯砌脫空及欠厚施工處理工藝

宋振勝

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司， 浙江 湖州 313000）

1 工程概況

本文結(jié)合某隧道工程進(jìn)行分析，該條隧道左右線長(zhǎng)度分別為 1509m和1511m，采用的是新奧法設(shè)計(jì)方法，初支應(yīng)用錨噴混凝土制作而成，然后針對(duì)內(nèi)層模筑防水混凝土，目的是在兩層襯砌結(jié)構(gòu)間增加一條防水線并且形成雙層襯砌，對(duì)斷層破碎帶和比較薄弱的圍巖段進(jìn)行有效防護(hù)，采用預(yù)支方法，并且保證其穩(wěn)固性，確保預(yù)支工作順利進(jìn)行。87號(hào)和88號(hào)板均采用S3襯砌，其支護(hù)數(shù)值為：錨桿長(zhǎng)2.5m；混凝土噴層厚度為10cm，初支的錨桿間距1.0m～1.2m；二襯混凝土澆筑厚度為35cm。

這條公路隧道已經(jīng)正常運(yùn)行11年，但是經(jīng)過檢查得知，87號(hào)和88號(hào)板已出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫和漏水情況，對(duì)行車造成了較大負(fù)面影響，極有可能引發(fā)安全事故，對(duì)此必須采取針對(duì)性的處治措施。

2 隧道病害及檢測(cè)結(jié)果

2.1 病害情況

針對(duì)隧道破裂的情況進(jìn)行闡述，這條隧道 87號(hào)板的拱頂有一處存在內(nèi)裝破損情況，采取的措施是首先對(duì)這個(gè)位置進(jìn)行鑿?fù)谔幚?，鑿開之后發(fā)現(xiàn)有一個(gè)空洞，并且空洞的周圍襯砌出現(xiàn)滲漏情況；另一處是板和空洞連接的部位存在縱向開裂和滲漏現(xiàn)象，裂縫的長(zhǎng)、寬在10m和0.7mm左右，總的滲漏面積約為0.8m2；經(jīng)過檢查之后發(fā)現(xiàn)88號(hào)板也出現(xiàn)這種縱列情況以及伴有滲漏，長(zhǎng)度和寬度在9mm和0.8mm左右，總面積大致為4m2，以上兩塊板都屬于縱向開裂的情況。

針對(duì)內(nèi)裝破損的部位，主要測(cè)量其二襯結(jié)構(gòu)厚度和防火土層厚度，經(jīng)過測(cè)量得知總厚度在12cm，然后進(jìn)行內(nèi)部檢查和無損檢測(cè)，檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有很大空洞，初襯的表面是頂面。無損檢查發(fā)現(xiàn)二次襯砌結(jié)構(gòu)厚度比較小，那么表明與拱頂?shù)木嚯x較近，各個(gè)測(cè)線都存在一定程度的脫空病害，和二襯厚度相同，說明脫空的范圍越大，距離拱頂?shù)木嚯x越近，經(jīng)過抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果表明兩塊板的抗壓強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 病害的檢測(cè)結(jié)果

在經(jīng)過認(rèn)真檢測(cè)以后發(fā)現(xiàn)，靠近拱頂位置處有二襯厚度值存在，總像個(gè)測(cè)線的二襯厚度值比較小，保持在0.2m左右，測(cè)線中有脫空病害存在，與拱頂比較接近的位置存在著較大范圍的脫空現(xiàn)象，襯砌混凝土的抗壓強(qiáng)度值保持在35MPa左右。在檢測(cè)襯砌板塊質(zhì)量的過程中要確保其滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在檢測(cè)病害的時(shí)候，要保證其始終保持在設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值范圍以內(nèi)，一旦存在不達(dá)標(biāo)的地方積極采取有效措施解決。用反射系數(shù)序列與雷達(dá)脈沖褶積表示雷達(dá)測(cè)線的具體情況，詳見下圖1。

圖1 用反射系數(shù)序列與雷達(dá)脈沖褶積表示雷達(dá)測(cè)線圖示

3 隧道襯砌脫空的原因分析

3.1 開挖及初期支護(hù)對(duì)二次襯砌脫空的影響

（1）隧道初期支護(hù)與二次襯砌背后防水板之間出現(xiàn)脫空現(xiàn)象的主要原因?yàn)槌跗谥ёo(hù)不平順和光面爆破效果不理想所造成的。對(duì)于Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)圍巖段來說，由于初期支部不設(shè)置鋼架，使得噴涂的混凝土表面比較粗糙，導(dǎo)致初期支護(hù)與防水板之間存在一些空隙。對(duì)于Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖段來說，受光爆效果比較差的影響，鋼架架立不平直，噴涂的混凝土表面不夠光滑，也會(huì)導(dǎo)致初期支護(hù)與防水板很難實(shí)現(xiàn)緊密連接[1]。

（2）光面爆破的效果比較理想，但是在初期支護(hù)的過程中沒有采取掛網(wǎng)補(bǔ)噴措施處理局部掉塊位置，這就會(huì)給初期支護(hù)施工質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。

3.2 防水板施工質(zhì)量對(duì)二次襯砌脫空的影響

（1）縱向排水盲管包裹位置處的防水板未能與噴涂混凝土表面實(shí)現(xiàn)緊密的連接，使得噴涂混凝土表面與防水板之間出現(xiàn)了空隙。

（2）防水板鋪設(shè)質(zhì)量不過關(guān)，有的部位過于緊繃，有的部位松弛，使得空腔現(xiàn)象隨處可見。

（3）防水板鋪設(shè)過于緊繃，發(fā)生褶皺情況，使得初期支護(hù)與二次襯砌背后防水板之間出現(xiàn)空隙。

（4）初期支護(hù)與防水板間出現(xiàn)了自由度，混凝土澆筑時(shí)會(huì)使得防水板局部位置出現(xiàn)緊繃的情況。

（5）防水板固定點(diǎn)數(shù)量較少，在澆筑混凝土?xí)r易出現(xiàn)防水板掉落的情況，加之下部防水板堆積、上部防水板緊繃出現(xiàn)了空洞。

3.3 模板安設(shè)質(zhì)量對(duì)二次襯砌脫空的影響

（1）模板臺(tái)車底部支撐穩(wěn)定性差，受混凝土強(qiáng)度不足的影響，使得臺(tái)車下沉，從而使二次襯砌背后出現(xiàn)嚴(yán)重的脫空現(xiàn)象。

（2）擋頭板密封性差，使得漏漿問題時(shí)有發(fā)生，這就會(huì)給二襯襯砌施工造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。

3.4 混凝土澆筑質(zhì)量對(duì)二次襯砌脫空的影響

（1）施工單位在混凝土施工的過程中沒有合理設(shè)置布料窗口，僅僅預(yù)留了少數(shù)窗口完成灌注施工。由于混凝土的流動(dòng)距離比較長(zhǎng)，使得遠(yuǎn)處位置出現(xiàn)供應(yīng)量不足的情況，導(dǎo)致嚴(yán)重的空洞現(xiàn)象發(fā)生。

（2）附著式振搗器數(shù)量較少，混凝土振搗施工無法滿足設(shè)計(jì)要求。尤其是拱部附著式振搗器作用半徑無法滿足混凝土的設(shè)計(jì)要求，混凝土在自身重力的影響下出現(xiàn)了拱部脫空的情況。

（3）在混凝土澆筑施工以前，沒有依據(jù)斷面情況預(yù)算混凝土施工量，在混凝土施工的過程中出現(xiàn)混凝土供應(yīng)量與實(shí)際施工需求相差較大的情況，一旦拱部灌注不足就會(huì)出現(xiàn)空洞。

4 隧道襯砌脫空及欠厚處治施工技術(shù)方案

4.1 處治需遵循的原則

在隧道襯砌病害處理的過程中，需要嚴(yán)格按照以下要求進(jìn)行處理：（1）按照標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行處治并且必須遵循經(jīng)濟(jì)安全的原則；（2）提前做好檢查工作，排查現(xiàn)有的情況以及保護(hù)排水系統(tǒng)，然后再施工，施工時(shí)應(yīng)盡量減少麻煩，保證順利進(jìn)行，保護(hù)其他設(shè)施不被破壞；（3）針對(duì)病害不能敷衍了事，而是一定要針對(duì)不同情況的病害制定相應(yīng)的解決措施，針對(duì)嚴(yán)重的病害一定要重點(diǎn)處治，一次性處置完畢，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，不留任何遺留問題，以免后期再次出現(xiàn)[2]。

4.2 襯砌脫空處治

（1）針對(duì)二襯背后空洞進(jìn)行注漿填充.主要采用的方法是背后注漿法，這個(gè)方法具有簡(jiǎn)單操作、增加襯砌和初支的密度以及提高結(jié)構(gòu)承載能力的優(yōu)點(diǎn)。

（2）在二襯背后的空洞進(jìn)行混凝土壓注，用強(qiáng)度和二襯結(jié)構(gòu)相同的自密實(shí)混凝土進(jìn)行壓住并且填充空洞，這個(gè)方法的主要優(yōu)勢(shì)是使襯砌和初支的密度達(dá)到一定程度并且提高結(jié)構(gòu)的承載能力，這就要求注壓材料需要有良好的強(qiáng)度，并且嚴(yán)格要求施工中所用的任何材料符合標(biāo)準(zhǔn)，如果一旦使用劣質(zhì)的材料必然會(huì)造成空洞現(xiàn)象或者更加嚴(yán)重的情況[3]。

（3）換拱澆筑，這個(gè)方法主要是在二次澆筑時(shí)將隧道中出現(xiàn)的空洞全部填滿。由于二襯背后空洞的情況非常嚴(yán)重，要求注壓材料必須達(dá)標(biāo)。

建議根據(jù)第二套方法進(jìn)行處治，在二襯背后進(jìn)行自密實(shí)混凝土注壓。

4.3 襯砌欠厚處治

經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，測(cè)得二襯結(jié)構(gòu)厚度最小處只有 5.6cm，并且發(fā)現(xiàn)在拱頂部位還存在空洞。針對(duì)病害情況提出以下方案：

（1）鋼帶加固：主要用到的材料是鋼板，用鋼板粘貼的方法穩(wěn)定二襯，這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，并且通過鋼板加固可以加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)。

（2）套拱：在整個(gè)段面增加一層襯砌結(jié)構(gòu)，這個(gè)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是提高隧道結(jié)構(gòu)的整體承載能力。但是該方法也存在弊端，即施工非常困難，并且由于隧道內(nèi)部輪廓和界限的距離很近，只有5cm，如果使用此種辦法會(huì)造成一定程度的侵限。

（3）局部換拱：清理和拆除有病害的區(qū)域，然后進(jìn)行二次施工，這個(gè)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是保證襯砌的承載能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是施工過程非常困難復(fù)雜。

（4）整體換拱：這個(gè)方法是將整段病害的板全部拆除并且重新施工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)很大，但是可以使結(jié)構(gòu)承載能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且隧道拱頂處欠厚情況最嚴(yán)重，其他部位可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，例如側(cè)墻和拱腰部位不需要重新替換。

通過以上幾種方法的比較和闡述說明，局部換拱方法比較切合實(shí)際，對(duì)襯砌欠厚病害處治也更有效果。

4.4 局部換拱實(shí)施

隧道襯砌結(jié)構(gòu)局部換拱范圍如圖2所示。

圖2 隧道襯砌結(jié)構(gòu)局部換拱范圍

運(yùn)用局部換拱時(shí)，實(shí)施之前一定要架設(shè)臨時(shí)支撐。需要換拱的區(qū)域長(zhǎng)度和一般襯砌相同，為了讓需要換拱的區(qū)域和毗鄰處的段落結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，在換拱的段落和其兩側(cè)架設(shè)臨時(shí)支撐[4]，臨時(shí)支撐主要采用的是工字鋼，通過縱向連接的方式連接，一般按照縱向間距在1m之內(nèi)進(jìn)行操作，將臨時(shí)支撐架設(shè)好之后和襯砌結(jié)構(gòu)件緊密相連，保證支撐的牢固性和穩(wěn)定性。

完成臨時(shí)支撐之后要檢查和拆除二襯，針對(duì)要更換的部位進(jìn)行操作，拆除的過程中盡量使用人工。施工中做好量測(cè)工作，隨時(shí)隨地測(cè)量拱頂實(shí)際下沉和邊墻實(shí)際收斂，同時(shí)根據(jù)量測(cè)的數(shù)據(jù)改變或者重新規(guī)劃施工，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)施工。

在二襯澆筑之前還需要進(jìn)行防水層的檢查和修補(bǔ)工作，根據(jù)實(shí)際情況確定是否需要重新作防水層，如果需要?jiǎng)t提前做好防水層之間的連接，用植筋將原有的襯砌結(jié)構(gòu)連接好，以提高施工整體的效果，保證整體性能。針對(duì)二襯混凝土進(jìn)行注壓工作時(shí)，要把拱頂中的空洞先填充完畢。

4.5 處治效果

經(jīng)過對(duì)隧道的處治，半年之后發(fā)現(xiàn)隧道的拱頂沉降和周邊收斂處都在允許范圍之內(nèi)，半年內(nèi)進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，既沒有產(chǎn)生裂縫也沒有出現(xiàn)滲漏的情況，隧道的運(yùn)營(yíng)效果良好，以上說明處治措施是可行并且是有效果的。

5 結(jié)束語

根據(jù)隧道的實(shí)際情況，經(jīng)過多個(gè)方法的對(duì)比，針對(duì)隧道襯砌存在的脫空危害，可采用注壓自密實(shí)混凝土和局部換拱處治方法。經(jīng)過驗(yàn)證，局部換拱法和傳統(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)法具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，針對(duì)隧道三級(jí)和四級(jí)圍巖，采用局部換拱法可以使襯砌受力變小，該種方法主要以受壓形式為主，并且換拱和現(xiàn)有襯砌之間的連接可以達(dá)到承載的要求；其次，這個(gè)方法可以保證隧道內(nèi)部輪廓的尺寸并且防止侵限；再次，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際病害的具體情況采取有針對(duì)性的局部換拱措施。這個(gè)方法和整體換拱方法比，具有縮短工期、節(jié)省經(jīng)濟(jì)支出、降低安全風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)，有利于保證施工的整體進(jìn)展及人身安全。