公路隧道襯砌背后空洞注漿處治的應(yīng)用分析

文／閆川 中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司 山東濟(jì)寧 272000

引言：

襯砌是一種永久支護(hù)結(jié)構(gòu)，在隧道工程中有著廣泛的應(yīng)用，可以在很大程度上提高隧道的預(yù)應(yīng)力，有效的避免圍巖變形或坍塌，保證隧道工程的安全性。但是在實(shí)際施工中，襯砌之后可能會產(chǎn)生空洞，從而影響施工的質(zhì)量。傳統(tǒng)的處理空洞的方法有回填壓降、降低水位、錨桿補(bǔ)強(qiáng)等等，效果一般。因此想要有效的處理襯砌背后的空洞問題，必須進(jìn)行處理方法的優(yōu)化。通過注漿處理的方式進(jìn)行隧道空洞的處理具有良好的效果，可以顯著提高施工質(zhì)量，保證工程安全。基于此，相關(guān)施工人員應(yīng)該結(jié)合襯砌空洞形成的原因，有針對性的選擇注漿技術(shù)進(jìn)行空洞的處理，以此來提高工程質(zhì)量。

1.公路隧道襯砌背后空洞病害的概述

1.1 襯砌背后空洞病害的特征

襯砌背后空洞病害會給隧道帶來不良影響，相關(guān)施工人員需要對空洞的病害的特征有深刻的認(rèn)知，才能夠科學(xué)的進(jìn)行空洞的注漿處治。一般而言，隧道襯砌后的空洞會存在于拱頂、邊墻以及拱腰等位置，通過對各處空洞大小形狀等的分析，可以發(fā)現(xiàn)在隧道的襯砌背后，最為嚴(yán)重的空洞問題在拱頂處，其次是拱腰，最后是邊墻處。施工人員在處理的過程中，應(yīng)該注重對這三個位置的分析，尤其是拱頂處。

1.2 襯砌背后空洞病害的形成原因

襯砌是提高隧道預(yù)應(yīng)力的重要方法，但是在進(jìn)行隧道襯砌施工后，容易產(chǎn)生空洞，是一種較為嚴(yán)重的病害，必須進(jìn)行及時處理，才能夠保證隧道中的安全行車。這就需要相關(guān)人員能夠深入了解襯砌背后空洞產(chǎn)生的原因，從而結(jié)合實(shí)際有針對性的進(jìn)行解決。通過對目前襯砌背后的空洞形成原因分析，主要受到了以下幾種因素的影響：一是巖石隧道光面爆破問題。有些單位在進(jìn)行爆破施工時，由于裝藥不科學(xué)或者炮眼位置不合理導(dǎo)致開挖面不夠光滑，存在嚴(yán)重的凹凸。在這種情況下，利用鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，就會使得鋼筋網(wǎng)與圍巖之間存在一定空隙，從而產(chǎn)生空洞。二是混凝土的模筑厚度不足。該問題主要發(fā)生在二次襯砌的過程中，在進(jìn)行襯砌時，需要注入泡沫混凝土。但是在注入的過程中，可能存在泵送壓力不足或者抽拔泵管時間不合理等情況，導(dǎo)致難以將拱頂?shù)幕炷撂畛錆M，從而產(chǎn)生了較大的空洞。三是模板支架問題。襯砌屬于永久性支護(hù)，如果支護(hù)底部的存在質(zhì)量問題，就會導(dǎo)致其難以承載頂部模板的重量，從而導(dǎo)致拱頂?shù)幕炷撩撀洚a(chǎn)生空洞。四是邊墻位移問題。在進(jìn)行二次襯砌的過程中，必須要再次進(jìn)行墻底部的澆筑，否則就極有可能導(dǎo)致邊墻發(fā)生位移，使得拱頂下沉，混凝土脫落，產(chǎn)生空洞。五是施工材料問題，在進(jìn)行襯砌的過程中，施工材料是基礎(chǔ)，對施工質(zhì)量起著決定性作用。如果相關(guān)施工材料不能達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)，如砂粒過細(xì)等等，久而久之就會導(dǎo)致所襯砌的混凝土下沉，從而產(chǎn)生空洞。

1.3 襯砌背后空洞病害的危害

隧道襯砌后容易形成空洞病害，這種病害會在較大程度上給隧道帶來危害。首先，空洞病害容易導(dǎo)致襯砌邊緣出現(xiàn)開裂。同時襯砌背后的空洞成為了水的天然通道。在有水經(jīng)過時就會不斷地滲漏，逐漸的進(jìn)入到襯砌中，使得鋼筋網(wǎng)在一定程度上受到腐蝕，降低了其使用年限，帶來了安全隱患。其次，空洞病害會導(dǎo)致圍巖的穩(wěn)定性降低。當(dāng)隧道襯砌背后出現(xiàn)一定的空洞時，處于空洞上方的圍巖等就很有可能發(fā)生脫落，從而給襯砌造成相應(yīng)的沖擊。如果襯砌具有足夠的強(qiáng)度，那么圍巖石塊就會壓在襯砌上。反之則會導(dǎo)致襯砌破損，與圍巖石塊一同脫落到隧道之中，使得地表出現(xiàn)塌陷的情況。

1.4 襯砌背后空洞病害的防治方法

在進(jìn)行襯砌背后的空洞病害的防治時，可以通過注漿處治的方式解決空洞問題，具有良好的效果。其一，在進(jìn)行注漿處治之前，需要進(jìn)行臨時鋼架鎖腳施工，為注漿施工提供支持，主要施工方法如下：首先，確定注漿鋼管位置。施工人員應(yīng)該將其置于臨時鋼架落底。注漿鋼管的縱向間距需要和鋼架有所對應(yīng)，它通常情況下間距可以設(shè)為一米或者半米。其次，注重注漿導(dǎo)管的選擇，施工人員可以使用φ108 無縫鋼管，壁厚6 毫米，長度3.5 米，注漿孔徑20 毫米。其二，在空洞的處治施工方面。施工圖如下圖1 所示。

圖1 空洞的處治施工圖

實(shí)際施工過程中，需要在以下幾個方面加以重視。一是施工人員在向空洞中灌注混凝土?xí)r，要注意對漿孔間距的控制，應(yīng)該保證縱向間距在5 米左右。二是施工人員應(yīng)該科學(xué)的進(jìn)行灌注材料的選擇，想要有效的解決空洞問題，應(yīng)該保證在注漿后，隧道中的襯砌能夠均勻受力，這就需要在材料的選擇上深入思考。泡沫混凝土是一種良好的灌注材料，能夠與襯砌進(jìn)行有效融合，形成緩沖作用，在一定程度上提高了襯砌的承載力。三是施工人員應(yīng)該根據(jù)空洞的大小進(jìn)行填充高度的確定。在進(jìn)行空洞處治的過程中，如果處理的是一般路段，那么在進(jìn)行泡沫混凝土的填充時，高度應(yīng)該控制在1 米以下。如果處理的是大塌方路段，那么在拱頂進(jìn)行填充時高度需要增加，通常情況下不應(yīng)該低于2 米。通過這種方式，可以在一定程度上緩解上方圍巖石塊脫落給襯砌帶來的沖擊，促使襯砌的作用能夠得到有效發(fā)揮。四是施工人員在完成泡沫混凝土的襯砌后，應(yīng)該進(jìn)行及時密封，可以通過防水砂漿進(jìn)行密封，再進(jìn)行抹平砌實(shí)，讓其和原來的襯砌保持水平。其三，在襯砌背后虛渣的處治方面，施工圖如下圖2 所示。

圖2 襯砌背后虛渣處治施工圖

在進(jìn)行虛渣處治，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：一是對襯砌背后虛渣進(jìn)行Φ42 鋼花管注漿加固，Φ42 鋼花管進(jìn)入襯砌背后長需要大于1 米。同時將注漿孔縱向間距控制在1米左右，將環(huán)向間距控制在1.5 米以內(nèi)。二是注意合理安排空洞回填和虛渣處治。在施工的過程中，如果發(fā)現(xiàn)襯砌背后存在空洞，應(yīng)該先進(jìn)行回填，然后才能夠進(jìn)行虛渣的處治，否則在回填后會產(chǎn)生虛渣。三是注重對注漿材料比例的配置，要保證水泥漿和水灰的比為1:1。四是對于回填碎渣較?。ê穸刃∮? 米）的施工期大塌方段落，碎渣注漿后，穿透碎渣繼續(xù)灌注混凝土，泡沫混凝土與碎渣總層厚不小于2 米。

2.公路隧道襯砌背后空洞注漿處治的介紹

2.1 二次襯砌背后注漿處治的原理

進(jìn)行二次襯砌背后空洞的注漿處治主要是借助相關(guān)的注漿設(shè)備來完成，通過泵送的方式經(jīng)泡沫混凝土注入沿著注漿管注入到空洞中。讓泡沫混凝土在在初期支護(hù)和二次襯砌中發(fā)揮出關(guān)鍵作用，增強(qiáng)二者之間的結(jié)合力，以此來促進(jìn)隧道預(yù)應(yīng)力的提升。利用注漿處治的方法解決空洞病害問題效果顯著，同時施工簡單、成本較低、施工速度較快。通常情況下，施工人員所選擇的灌注材料為泡沫混凝土，其具有環(huán)保和耐久的特征，是進(jìn)行空洞灌注的絕佳材料。

2.2 二次襯砌背后注漿處治的施工工藝

在利用注漿處治法進(jìn)行襯砌背后的空洞處理時，在進(jìn)行鋼架鎖腳施工、鉆孔施工、泡沫混凝土的注入施工上需要對相關(guān)事項(xiàng)加以注意。

首先，在進(jìn)行臨時鋼架鎖腳施工的過程中，一是需要進(jìn)行鉆孔。鉆孔前需要進(jìn)行鉆孔的位置標(biāo)記。然后以孔角為30°進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度大于錨管錨固長度的95%，但超長值不大10cm。二是錨管制作及安裝，采用Φ108壁厚6mm 熱軋無縫鋼管，安裝時用鑿巖機(jī)直接將鋼管打入孔中。施工人員應(yīng)該對錨管安裝位置有所注意，要保證其處于居中位置。這種方式可以使泡沫混凝土在桿體四周均勻包裹。在孔口處，施工人員利用止?jié){塞進(jìn)行封固，不進(jìn)能夠有效固定錨管，同時頁也可避免漿液外溢。三是注漿孔一次鉆到設(shè)計(jì)全深，使用止?jié){塞由孔底分段向外注漿。

其次先在鉆孔施工的過程中，施工人員需要對現(xiàn)場進(jìn)行深入勘察，保證鉆孔位置的科學(xué)性，明確鉆孔的數(shù)量，然后在需要鉆孔處進(jìn)行標(biāo)記。在一切準(zhǔn)備就緒后，可以利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔操作，然后將注漿管順著鉆孔插入到襯砌后面的空洞中。需要注意的是，注漿管的長度必須要能夠滿足注漿的要求。在鉆機(jī)的過程中，每鉆完一個孔后，需要仔細(xì)核查，檢測其位置是否科學(xué)，是否有助于順利注漿。如果所鉆空洞存在問題，應(yīng)該及時與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，結(jié)合實(shí)際有效調(diào)整。

最后在泡沫混凝土灌注的過程中，具有較多的施工要求，具體如下：

在進(jìn)行泡沫混凝土的灌注之前，需要對注漿管路進(jìn)行嚴(yán)格檢測，保證各個管路能夠有效連接。同時需要進(jìn)行注漿管路的試壓，進(jìn)行漏漿檢測。如果發(fā)現(xiàn)存在漏漿問題，應(yīng)當(dāng)及時處理，然后再次檢測，直到合格為止。同時，施工人員還需要對注漿泵進(jìn)行檢測，保證其性能能夠與泡沫混凝土相適應(yīng)，并且注漿泵的壓力應(yīng)該小于0.3Mpa。此外，注漿之前，相關(guān)施工人員還需要進(jìn)行配比實(shí)驗(yàn)，以此來保證所注入的泡沫混凝土在流動性以及強(qiáng)度等方面可以達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。作為注漿的主要材料，泡沫混凝土的質(zhì)量決定著整個注漿施工的質(zhì)量，因此必須要保證配比科學(xué)。

在注漿的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)順序進(jìn)行，做到從上至下、由少至多以及從兩端向中間。需要注意的是，在隧道的空洞中可能存在積水，應(yīng)該先將積水排出后，在進(jìn)行泡沫混凝土的注入，否則會影響灌注的質(zhì)量。也就是說，在注漿之前，施工人員應(yīng)該進(jìn)行工程的防排水處理。在套拱與既有襯砌之間設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，Φ50 環(huán)向排水半圓管正常段每5m 布設(shè)一根，在滲水嚴(yán)重部位加大管徑Φ100 環(huán)向排水半圓管，縱向排水管全隧道埋設(shè)，橫向引水管間距20m 設(shè)置一道；采用EVA復(fù)合式防水層，EVA 防水板厚1.5mm，土工布單位面積質(zhì)量為350g/㎡。鋪設(shè)防水板、土工布采用自制作業(yè)平臺進(jìn)行作業(yè)。如果隧道原襯砌存在整環(huán)滴漏、涌流狀、大面積顯著滲漏水及襯砌背后賦水段等情況，施工人員應(yīng)該在拱腳環(huán)向排水管位置Φ40 引水孔，隧道洞內(nèi)涌水段應(yīng)在對應(yīng)引水孔位置設(shè)置獨(dú)立橫向引水管直接排入中心溝。保證隧道襯砌背后空洞沒有積水。除此之外，排水體系還需要考慮保溫措施，對于縱向管檢查井填充酚醛泡沫進(jìn)行覆蓋保溫，中心溝出水口采用掩埋保溫圓包式出水口，保證積水等可以順利排出進(jìn)行注漿時，施工人員需要進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦發(fā)生異常，可以做到第一時間進(jìn)行處理。通常情況下，灌注泡沫混凝土的過程中，可能會出現(xiàn)以下問題：排水系統(tǒng)堵塞、存在污染水源以及串漿等等。針對這些問題，可以通過一下幾種方式進(jìn)行解決：一是降低灌注壓力或采用間歇灌注，二是改變灌注材料或調(diào)整漿液凝膠時間。三是停止灌注，調(diào)整灌注方案。施工人員應(yīng)該具體問題具體分析，選擇恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞?。需要注意的是，如果第一次注漿后發(fā)現(xiàn)空洞內(nèi)部不夠飽滿，那么施工人員需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行二次補(bǔ)漿。

此外，相關(guān)施工人員應(yīng)該能夠進(jìn)行結(jié)束灌注的情況的判斷，明確泡沫混凝土結(jié)束灌注的標(biāo)準(zhǔn)，需要結(jié)合實(shí)際的泡沫混凝土的灌注量以及時間等進(jìn)行確定，具體如下：當(dāng)上游相鄰孔口出現(xiàn)冒漿時，施工人員需要立即停止注漿。當(dāng)灌注壓強(qiáng)已達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，且穩(wěn)壓10 分鐘后，需要停止注漿。在完成泡沫混凝土的灌注后，施工人員應(yīng)該及時將注漿管等輔助設(shè)備割除，然后利用防水砂漿進(jìn)行密封。

3.公路隧道襯砌背后空洞注漿處治的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 工程概況

本工程為六盤山隧道是國道312 線西安至蘭州段的修復(fù)加固改造。六盤山隧道為單洞，總長2385m，設(shè)計(jì)里程樁號為K6+240～K8+625，進(jìn)口設(shè)計(jì)高程2335.30m，出口設(shè)計(jì)高程為2392.54m，隧址區(qū)地勢西高東低，隧道縱坡為單向坡，坡度為+2.4%。隧道內(nèi)設(shè)通風(fēng)、照明、消防、供配電等系統(tǒng)。

本次加固改造主要采用套拱施工，對既有襯砌背后空洞進(jìn)行填充、襯砌背后虛渣進(jìn)行注漿、襯砌劣化和開裂錯臺嚴(yán)重段落進(jìn)行局部置換、襯砌裂縫和滲漏水病害進(jìn)行處治。為確保建筑限界凈高，降低既有路面高度55cm，仰拱加深、加厚施做新仰拱，套拱及仰拱采用C40 高抗硫酸鹽混凝土，隧道路面采用復(fù)合式路面，機(jī)電設(shè)施改造、洞外配電房等施工。拆除原有洞門，對新斷面洞門進(jìn)行施工。并做好相應(yīng)管線溝槽及路面結(jié)構(gòu)層及接線工程交通安全設(shè)施工程的施工。

3.2 確定襯砌背后空洞產(chǎn)生原因

在六盤山隧道是國道312 線西安至蘭州段的修復(fù)加固改造工程中，為了更好的處理襯砌背后的空洞問題。在進(jìn)行施工之前對空洞形成的原因進(jìn)行了深入分析。發(fā)現(xiàn)六盤山隧道襯砌背后形成空洞的原因主要有以下幾種：

一是設(shè)計(jì)因素。該公路始建于1991年，在1997年正式建成通車，也就是說六盤山隧道修建時間較早，施工時采用的是先拱后墻法，這種方式會導(dǎo)致施工人員在向下開挖的過程中，使得拱頂會在一定程度上發(fā)生下沉。在施工的過程中，拱頂處的襯砌就應(yīng)該會被破壞，導(dǎo)致其與圍巖之間脫離，從而產(chǎn)生了較大的拱頂空洞。

二是施工因素。在早年的隧道襯砌施工中，有些施工方法較為陳舊，難以有效的進(jìn)行質(zhì)量控制，從而導(dǎo)致空洞的出現(xiàn)。首先六盤山隧道爆破的方式存在問題，導(dǎo)致爆破面存在嚴(yán)重凹凸不平的情況，在進(jìn)行襯砌施工時，需要將相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)貼靠在圍巖上，由于凹凸不平，所以使得圍巖和鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)之間存在縫隙，形成空洞。其次六盤山隧道在進(jìn)行二次襯砌的過程中，泵送的壓力不足，導(dǎo)致模板不能被充分填充，從而在各個部位出現(xiàn)空洞。最后是混凝土材料問題，混凝土的質(zhì)量一般，在襯砌后容易出現(xiàn)開裂等情況，從而產(chǎn)生空洞。

三是養(yǎng)護(hù)因素，在完成襯砌施工后，需要進(jìn)行可恥養(yǎng)護(hù)。隧道具有一定的特殊性，其經(jīng)常有汽車經(jīng)過，汽車帶來的振動，會導(dǎo)致圍巖松動，從而出現(xiàn)掉落的情況，如果不定期養(yǎng)護(hù)，就會使得這種情況愈發(fā)嚴(yán)重，從而產(chǎn)生空洞。

結(jié)語：

綜上所述，襯砌背后空洞必須進(jìn)行處理，才能夠保證隧道的安全。因此對空洞注漿處治進(jìn)行研究具有重要價值。本文分成三個部分對其進(jìn)行研究，第一部分從襯砌背后空洞病害的特征、形成原因、危害、防治方法上進(jìn)行了深入研究。第二部分從二次襯砌背后注漿處治的原理以及次襯砌背后注漿處治的施工工藝兩個方面展開分析。第三部分結(jié)合六盤山隧道段的修復(fù)加固改造，對空洞形成原因和處理效果技術(shù)進(jìn)行了概述。經(jīng)過論文分析，可以發(fā)現(xiàn)注漿法處理空洞具有良好效果。