暗挖隧道空洞初步普查施工及處理

武鑫星

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西太原 030032)

隨著我國城市軌道交通的快速發展，采用暗挖法施工的隧道越來越多。在人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段采用暗挖法施工，對降低工程造價、減少對周圍環境的影響至關重要。暗挖隧道具有斷面大，地質條件和施工技術復雜等特點，因此會帶來一些施工問題，隧道襯砌背后的空洞就是其一。因此加強對隧道襯砌背后空洞的普查和處理，是隧道工程病害處理的重要一環。本文以北京地鐵某暗挖隧道為例介紹了隧道襯砌背后空洞的兩種普查方法，并提出了相應的處理措施。

1 空洞分析

1)隧道概況。本工程暗挖隧道為標準的單線單洞暗挖隧道，覆土厚度約10.40 m。左線隧道長8.519 m，右線隧道長29.599 m，分別為后期地鐵車輛運行開挖。暗挖隧道總長58.118 m，左右線隧道中心水平間距約15 m。結構為標準的馬蹄形斷面，復合式襯砌。施工采用臺階法預留核心土施工，開挖斷面跨度為6.2 m，高度在6.65 m。暗挖隧道主要穿越了粉細砂層。

2)空洞產生原因。在二次襯砌施工中，泵送混凝土流動性較大。受施工條件制約，在重力作用下，因混凝土澆筑方量不夠，部分空氣密閉在狹小的空間形成氣囊，混凝土和易性不夠或模板泵送口拆管時部分混凝土掉落等原因，在拱部二襯混凝土澆筑過程中往往難以飽滿，形成局部空洞區域。

同時施工時原材料質量控制不嚴、砂礫過細、水泥用量過大、混凝土水灰比過大、溫差和隧道內通風狀況等都會引起混凝土收縮，導致襯砌混凝土下沉脫空，甚至形成空洞。

2 空洞普查方法

2.1 拱部敲擊法

拱部敲擊法是采用目測、人工敲擊辦法對隧道拱頂進行空洞檢測的一種方法。其原理是通過敲擊襯砌表面，通過傳遞回來的聲音以及手部反作用變化來判斷襯砌背后的密實程度。

1)現場準備。a.現場施工人員配備反光背心，安全帶及安全帽。b.施工前對機械設備進行一次全面檢查，如有缺陷，及時維修、調整。c.確定區間內施工用水來源及施工用電來源。d.組織施工人員學習施工方案和交底，熟悉施工環境和施工流程。

2)施工步驟。a.測量隊進行放樣，標注出暗挖雙線隧道拱頂中線位置，并沿著拱頂中心線兩側各標注出50 cm，1 m位置處。b.組合裝配式腳手架并搭建施工檢測平臺，如圖1所示。c.首先采用目測方法判斷二襯結構表面有無明顯錯臺或者顏色異常部位，如果發現此類現象重點標記檢測。用手握住橡皮錘，對如圖2所示點進行檢測。圖2中每個點間距50 cm，用錘子沿著順序挨個進行敲擊，根據聲音以及手感判斷背后有無空洞現象，每個點最少敲擊三下，聲音異常處依照實際情況適當增加敲擊數量進行判斷。d.從暗挖隧道馬頭門處開始敲擊，待所有點敲擊完成之后將施工作業平臺推至下個位置處，重復上述c.的工作。首先馬頭門處開始第一處作業，由大里程方向向小里程方向，每間隔1 m為一處位置，左右線暗挖隧道共計約60 m。拱頂檢查區域如圖3所示。檢查范圍:沿拱頂中心線兩側各檢查1 m，每50 cm一個點。e.人工敲擊同時詳細填寫檢查記錄表，同時報監理全程旁站。待檢測完畢之后對存在空洞處進行注漿處理。

圖1 施工作業平臺

圖2 拱頂檢查部位示意圖

圖3 拱頂檢查區域展開圖

2.2 地質雷達檢測法

地質雷達(簡稱GPR)剖面測量與聲納、地震反射法類似，采用的是時間域脈沖雷達，將寬頻帶的脈沖電磁波發射到介質中，通過接收反射信號達到探測目標體的目的，雷達系統向被探測物發射電磁波脈沖，電磁脈沖穿過介質表面，碰到目標物或不同介質的界面被反射回來，根據電磁波的雙程走時，分析確定探測目標的形態及結構特性［1］。其探測原理如圖4所示。

如果回填不密實，就會有多個界面對電磁波多次反射。如果雷達剖面上出現零亂、不連續的強反射能量團塊(條帶)狀異常，那就是襯砌層或回填層中的不密實處［2］。

圖4 地質雷達探測原理

1)施工步驟:布置縱向測線位置及數量(縱向布線位置在拱頂、左右拱腰、左右邊墻各布置1條)，圖5為測線示意圖。并按一定間距打出里程樁號標記點，該樁號與隧道開挖施工樁號一致，同時準備高空作業臺車。

圖5 雷達檢測測線斷面布置示意圖

2)內業準備:檢查有關零部件是否齊全，準備有關記錄、資料、照明燈具等，室內連機調試看儀器是否工作正常，充電。

3)現場作業:操作人員和儀器均位于作業車上，天線貼在襯砌表面，設置有關儀器參數并調試(時窗長度、濾波器、增益等)，隨作業臺車一起移動，若實行連續掃描探測，應保持勻速移動，按設置的測線檢測并按設置的里程樁號打標定位。

4)室內資料整理:將所獲圖像資料文件導入軟件后處理，核對文件與記錄有無差錯。

5)信號處理和目標識別:輸入有關相對介電常數或波速，由傳播時間曲線從而檢測出空洞實況［3］。

3 空洞處理

1)現場準備:a.現場施工人員配備反光背心，安全帶及安全帽。b.施工前對機械設備進行一次全面檢查，如有缺陷，及時維修、調整。c.確定區間內施工用水來源及施工用電來源。

2)技術準備:a.準備探桿，進一步確定空洞部位的范圍。b.組織施工人員學習施工方案和交底，熟悉施工環境和施工流程，明確在有限時間內施工的重點和難點，避免在施工過程中慌亂。

3)空洞注漿:施工人員分為兩組，每組由一名管理人員帶領工人，分別處理拱頂破損位置和對其他位置進行注漿。a.混凝土厚度未達到5 cm時處理方法:首先對該部位不足5 cm的混凝土進行剔鑿，保證周邊結構厚度達到5 cm以上。處理時采用將稠度適宜的灌漿料用灰鏟送入拱頂并壓實的方法進行填實。施工第1天在洞口四角打設膨脹螺栓，孔深8 cm以上。預固定自制的弧形鋼模板，如圖6所示。第2天將灌漿料分層灌實后立即封鋼模板，將膨脹螺栓的螺帽擰緊。一周后拆除弧形鋼模板并修整表面。b.混凝土厚度大于5 cm時處理方法:調查時大部分空洞處混凝土無破損，可打眼進行注漿處理。接電后使用電錘在空洞部位打眼，在空洞部位靠下側處進漿孔，拱頂最高處打一排氣孔，之后調配水泥灌漿料從進漿孔處向拱頂空洞注漿，排氣孔處流出漿液后繼續向排氣孔內注漿，壓力達到設定值后封閉進漿孔和排氣孔。處理完畢后拆除腳手架、清理現場。

圖6 弧形鋼板底模固定示意圖

填實、注漿工作完成，經監理工程師確認后方可結束施工。

4 質量保證措施

4.1 人、材、機的控制

1)人員控制主要措施。a.加強思想教育，讓每一位職工都明白本工程的重要性，自覺樹立意識。b.對關鍵工序配備技工和現場分管工程師共同把關，配備足夠熟練操作工，從控制各環節的工作質量上確保工程質量。c.嚴格作息時間，嚴格執行交接班簽字制度。下道工序施工時，上道工序留值班人員，加強檢查，通力配合，不留隱患。

2)材料控制主要措施。用于本工程的所有原材料，如鋼筋、水泥、砂石、石子、速凝劑等，均要有出廠合格證和質量證明文件，并嚴格按規范進行工地抽檢，合格后方可使用;杜絕不合格材料用于本工程施工。

3)機械控制主要措施。投入本工程的主要機械設備新舊程度均控制在80%以上，對工程質量有直接影響的施工設備平日里加強保修，使用時配機械師值班，隨時保證其可靠工作。

4.2 安全質量保障措施

1)所有施工人員需佩戴安全帽。2)操作人員服從施工及運營單位的管理，確保區間內人身安全后方可進行施工。施工結束后經運營管理人員確認后方可離開。3)高處作業時攀登用具的結構構造必須牢固可靠，必須配備安全防護用具。4)如現場管理人員認為施工會對運營造成隱患立即停止施工并上報主管領導處理。5)所有材料在進場后必須經材料員、質檢員和監理驗收合格后方可使用。6)保證施工設備的運轉良好，以達到注漿處理效果。

5 結語

隧道空洞的存在是目前我國隧道施工管理水平的真實反映，要全面消除空洞缺陷尚需施工、監理、設計等方面共同做出努力。在空洞的處理中，要采取檢測手段對空洞進行檢測，并分析出其健康狀態及可能對隧道的正常使用造成的危害大小，進而采取恰當的預防和補救措施進行處理。隧道空洞危害不容忽視，應加強對其的重視程度，推動我國隧道建設工程的發展。

［1］董新平.探地雷達隧道支護背后空洞檢測效果影響分析及提高檢測質量的對策［J］.現代隧道技術，2009(7)：6.

［2］危紅波.地質雷達在城市路網改造設計中的應用［J］.市政技術，2012(10)：2.

［3］張 弛.探地雷達在成都地鐵2號線盾構施工擾動帶探測中的應用研究［D］.成都：西南交通大學，2012.