隧道二次襯砌防脫空綜合施工技術探討

張慶雨

（中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 順義 101300）

0 引言

在中西部地區(qū)，地質(zhì)條件非常復雜，地形地貌的特殊性導致高速公路隧道占比高，隧道施工過程中易出現(xiàn)塌方、大變形、突泥突水、瓦斯等不良地質(zhì)災害，施工難度大、風險高，質(zhì)量把控稍有疏忽，就容易出現(xiàn)結構質(zhì)量問題，甚至導致嚴重后果。隧道施工中，二次襯砌施工是最重要環(huán)節(jié)。受多種原因的影響，隧道二次襯砌混凝土脫空現(xiàn)象時有發(fā)生。采取科學合理措施減少出現(xiàn)脫空缺陷的概率，提高隧道結構的安全性，降低后期治理維護的成本，是隧道襯砌施工亟需解決的關鍵技術?；诖耍疚膶λ淼蓝我r砌防脫空綜合施工技術進行探討。

1 隧道二次襯砌脫空原因

二次襯砌脫空缺陷多出現(xiàn)在拱頂、施工縫處或者仰拱底部，為隧道比較常見的也難以根治的一種質(zhì)量問題，導致隧道襯砌脫空的因素較多，主要有以下幾種：

（1）初期支護噴混原因：初期支護的平整度不達標，隆起或凹陷，若隧道整體縱坡較小，形成的凹凸面直接造成襯砌的結構尺寸不足或者脫空；

（2）混凝土自身因素：混凝土自身收縮較大，坍落度較大或較小時，漏振或振搗不密實，會導致形成背后脫空，這是形成襯砌脫空的主要原因之一；

（3）防水板的鋪設原因：防水板鋪設采用熱熔墊圈焊接，防水板鋪設不平整、鋪設過于緊張、出現(xiàn)隆起現(xiàn)象時造成襯砌空洞；

（4）施工過程控制不嚴：在襯砌混凝土澆筑施工過程中，不嚴格進行過程控制，再加上作業(yè)工人責任心不強，只是簡單從臺車端頭模板進行觀察，如果襯砌鋼筋密度大，混凝土和易性稍差，都很容易引起混凝土在澆筑過程中形成空洞，尤其施工至隧道拱部時，在隧道每板襯砌單元兩端銜接部位容易出現(xiàn)空洞[1-2]。

2 隧道襯砌防脫空施工技術措施

將三維掃描儀、測溫線布控、可視化端頭模、防脫空預警裝置、工業(yè)內(nèi)窺鏡及帶模注漿等6種措施綜合應用，可有效降低二次襯砌混凝土脫空的概率[2]。首先通過先進的三維掃描儀掃描初期支護斷面，精確計算理論澆筑混凝土量，與實際澆筑量進行對比，根據(jù)澆筑方量的對比確定有無明顯脫空；通過測溫探頭感應混凝土與空氣的溫度差異，確定混凝土是否澆筑飽滿；觀察二次襯砌端頭各個部位模內(nèi)混凝土流動情況，避免有明顯脫空缺陷的存在；在拱部防水板預埋5個液位連通器，混凝土澆筑飽滿后通過漿液將5個連通器形成回路，信號指示燈亮起，從而判定混凝土澆筑密實；通過預留注漿孔采用工業(yè)內(nèi)窺鏡探頭觀察混凝土襯砌是否存在空腔；采用帶模注漿填充因混凝土收縮導致的空腔。綜合應用這6項措施，可有效地避免或減少二次襯砌混凝土脫空的情況。

2.1 三維掃描儀掃斷面

采用天寶SX10三維激光掃描儀對初期支護進行掃描，該三維掃描儀可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、點云分割、斷面線提取、超欠挖量值分析、報表管理等功能，可以自主設置測點間距，最小精度能達到0.5mm，且能在10min內(nèi)完成12m斷面掃描，并繪制出斷面圖[3]。通過測得斷面圖計算混凝土理論澆筑量，可以指導二次襯砌混凝土澆筑，誤差能控制在0.5%之內(nèi)，確保二次襯砌厚度，避免出現(xiàn)較大面積的空洞。

通過三維掃描儀計算混凝土理論澆筑方量，與襯砌混凝土實際澆筑方量進行對比，判定襯砌混凝土是否存在空洞。若相差量較大，則可能在混凝土澆筑時存在施工不規(guī)范的情況，或存在混凝土的和易性不滿足要求、鋼筋層間距不合理等情況，導致有空洞的存在。

2.2 測溫線布控

在隧道拱部防水板上不同位置埋設若干個測溫探頭，通過引線從臺車端頭引出測溫線頭，通過測溫探頭感應混凝土溫度與空氣溫度的差異，判斷混凝土是否密實[4]。

（1）防水板掛設完成后，在防水板拱部120°范圍內(nèi)，間隔2m間距設置測溫探頭，通過超細導線連接，從端頭定型模板縫間引出，作為溫度測試連接線。

（2）未澆筑混凝土之前連接導線，分別測出空氣的溫度和混凝土中的溫度（通過試驗測得），并做好記錄，便于澆筑混凝土后進行對比。在混凝土澆筑到拱頂后，采用測溫顯示儀連接導線，逐一檢測探頭的溫度，并與未澆筑之前的溫度進行對比。

（3）逐一分析每個探頭的溫度，若探頭的溫度與未澆筑前測得的空氣中的溫度接近，則基本可以判斷該處混凝土沒有澆筑滿，需要繼續(xù)澆筑；若溫度顯示與試驗時測得混凝土中的溫度接近，則基本可以判斷該點混凝土已經(jīng)澆筑完成。

通過測溫線布控，對比溫度差異可以粗略判斷埋設測溫探頭部位是否完成混凝土澆筑，一定程度上可以降低混凝土背后脫空的概率。測溫探頭布置圖見圖1、圖2。

圖1 測溫探頭縱向布置圖

圖2 測溫探頭橫向布置圖

2.3 可視化端頭模

二次襯砌端頭模板采用CHY系列隧道臺車端頭模板，在二次襯砌臺車端頭一圈安裝與臺車弧度一致的可視端頭模。臺車端頭板裝置使用開窗模式，窗口為透明有機玻璃窗口，在隧道灌注混凝土時，操作人員可在隧道臺車端頭板窗口外實時觀察灌注混凝土的情況，確保澆筑密實[5]。

采用CHY系列隧道臺車硬質(zhì)可視化端頭模板，具有足夠剛度和強度，足以抵擋模內(nèi)混凝土壓力，可視化端頭模與初期支護巖壁之間采用5cm寬的橡膠帶，防止?jié)仓炷習r漏漿。模板上設置可視窗口，不僅可以實現(xiàn)對中埋止水帶的對夾，保證止水帶居中埋設，澆筑作業(yè)工人還可以在二次襯砌端頭的各個部位通過端頭鋼模上的可視化窗口清晰地觀察混凝土在模內(nèi)的流動情況，從而實現(xiàn)灌注量的良好控制，可很大程度上避免因混凝土和易性差或鋼筋骨架過密導致的混凝土空洞。可視化端頭模的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下方面：

（1）便于觀察。二次襯砌臺車定位后，將兩塊對夾止水帶的可視化端模撐開，將防止漏漿的橡膠帶撐緊在巖壁上，調(diào)節(jié)加固螺栓。澆筑混凝土時，從兩側邊墻向拱頂，通過可視化端模的窗口時刻觀察混凝土的流動情況，防止模內(nèi)因混凝土和易性或者鋼筋間距密集而出現(xiàn)混凝土局部空洞或空腔的情況。

（2）拆除便捷。當臺車就位后，翻轉(zhuǎn)下鋼模，使下鋼模立于臺車端部，鋪上中埋止水帶及背貼止水帶，將可視堵頭板裝置放于中埋止水帶及背貼式止水帶之間，使用端頭板的伸縮功能將止水帶壓緊。拆除時，采用伸縮桿合龍堵頭板，將其取出。當隧道出現(xiàn)超挖、欠挖時，可以采用墊塊調(diào)整解決。模板安裝及拆除操作簡易，大大提高了端模安裝和拆除效率，省時省力?？梢暬祟^模及安裝效果如圖3所示。

圖3 可視化端頭模及安裝效果

2.4 防脫空預警裝置

二次襯砌混凝土澆筑前，在頂部防水板均勻預設5個液位連通器，連通器信號端口與對應的信號燈連接，信號燈與提供電力的配電箱連接，利用澆筑混凝土中的漿液使得連通器形成回路，根據(jù)指示燈狀態(tài)來判斷混凝土是否澆筑飽滿密實。此工藝在二次襯砌拱頂混凝土澆筑過程中可有效減少混凝土灌注不密實和空洞現(xiàn)象[6]。

施工要點：在臺車上安裝一組5個信號燈，每個信號燈都有連接線頭，澆筑混凝土前將信號燈與預先埋設的液位連通器連接。首先將連通器短路，試驗預警裝置是否完好；逐個短路，信號指示燈逐個亮起，則裝置完好。

混凝土澆筑過程中，當混凝土充滿模內(nèi)空腔時，混凝土中的漿液使得埋設在頂部防水板的液位連通器形成回路，信號指示燈亮起，說明混凝土已澆筑密實，若信號燈未亮起，則表明混凝土未澆筑完成。其工作原理見圖4。

圖4 二次襯砌防脫空預警裝置工作原理圖

2.5 工業(yè)內(nèi)窺鏡

二次襯砌臺車拱頂預留注漿孔，每模臺車預留4個，預留注漿孔通過垂直安裝RPC管，澆筑完混凝土，待混凝土初凝后，利用內(nèi)窺鏡攝像頭通過預留注漿孔進行觀察，查看襯砌拱頂是否存在空洞，若存在可估算空洞體積大小，可以有效指導后續(xù)帶模注漿的進漿量，通過進漿量來判斷空洞是否填充滿[7]。

2.6 帶模注漿

由于混凝土自身干縮性，襯砌混凝土施工易造成襯砌拱頂脫空。為了提高隧道拱頂襯砌的整體性和密實度，預防襯砌拱頂脫空，可應用帶模注漿施工工藝。在二次襯砌臺車模板拱頂中心線位置沿臺車縱向方向設置4個注漿孔，并安裝注漿用固定法蘭，在澆筑混凝土前預埋RPC注漿管，混凝土澆筑結束待初凝后及時利用預埋注漿管進行注漿[8]。

3 結束語

為了確保隧道二次襯砌施工質(zhì)量，提高隧道二次襯砌混凝土工程的驗收通過率，應注意以下幾點：

（1）對于隧道二次襯砌混凝土施工，工前做好作業(yè)工人的技術交底，強化施工人員的責任心，樹立質(zhì)量為本的意識。

（2）通過三維掃描儀、測溫線布控、可視化端頭模、防脫空預警裝置、工業(yè)內(nèi)窺鏡及帶模注漿等6種措施在二次襯砌混凝土施工過程中的應用，有效地降低二次襯砌混凝土出現(xiàn)脫空的概率。

（3）定期對以上6項措施涉及到的儀器和設備進行檢查、更換，確保在實施過程中能正常使用，避免出現(xiàn)因設備和儀器的自身因素導致的隧道脫空。

總之，在隧道二次襯砌施工過程中，嚴格控制好采取的技術措施，即可降低隧道襯砌脫空的質(zhì)量通病。