試論隧道拱頂襯砌缺陷處理及預防措施

劉國東

摘 要：本文首先對隧道拱頂襯砌的常見缺陷及其形成原因進行了分析，然后在此基礎上提出了相應的處理方法，最后提出了預防襯砌缺陷的幾種措施，對隧道拱頂襯砌的施工具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：隧道拱頂襯砌；缺陷處理；預防措施

鐵路隧道襯砌是沿開挖的鐵路隧道壁面建造的、用來提高隧道支撐應力和防止滲水的構筑物，其主要的組成部分有拱、邊墻、頂拱和鋪底等。在我國目前的鐵路隧道襯砌施工中，一般采用混凝土材料進行襯砌處理，作為隧道的主要支撐和承載結構，這種類型的襯砌不但能夠直觀反映出隧道施工的質量，而且直接關系到隧道的長期穩定運營，是隧道防水的最后一道屏障。

一、常見的隧道拱頂襯砌缺陷及形成原因

隧道拱頂襯砌缺陷的形成原因可分為外因和內因，外因是指外部環境和周圍的圍巖應力等，內因主要指設計、施工和材料等引起的缺陷。頂面滑坡、地震、雨雪冰凍災害等外因引起的缺陷由于具有不確定性，所以難以進行預防，而內因大部分是因人為因素引起，可通過一定的技術手段進行處理，同時通過針對性地預防措施，可以有效避免缺陷的形成。下文重點研究內因造成的缺陷和及對應的預防措施。

襯砌厚度不足是最常見隧道缺陷，襯砌厚度不足具體可分為整體不足和局部不足[ 1 ]。這種缺陷在圍巖較差的區段最為常見，襯砌厚度主要取決于開挖面，在開挖面確定后，基本不能調整襯砌澆筑的厚度，所以造成襯砌厚度不足的主要原因是因為施工單位技術水平不高，對隧道進行超欠挖，或者是施工單位偷工減料、沒有嚴格按照設計要求施工造成的。另一種常見的缺陷是襯砌背后空洞，這種缺陷形成的原因一方面可能是由于襯砌厚度不足，造成實際厚度達不到設計厚度要求造成的，另一方面可能是施工中因為混凝土材料的收縮、澆筑施工進度過快、混凝土自重壓迫等原因造成。當然，隧道周邊的地質條件也可能造成空洞的形成。

二、常見隧道拱頂襯砌缺陷的處理方法

上文提到的兩種缺陷對隧道的危害最為嚴重，所以本文重點對上文提到兩種常見缺陷的處理方法進行探討。

（一）對隧道襯砌背后空洞缺陷的處理

襯砌的背后空洞可能出現在隧道的任何地方，由于背后空洞可能導致圍巖在空洞范圍內出現應力集中的情況，所以當這種空洞出現在拱頂時，危害更大。當發現拱頂襯砌空洞時，應及時進行處理。當前常見的處理方法是進行注漿充填，一般的做法是：在注漿充填前，首先利用鋼排架對空洞附近的襯砌進行臨時支撐加固，然后根據空洞的范圍情況鉆取若干個注漿孔（1-5個為宜），同時應預留出漿孔，避免空洞內空氣排出不徹底而影響注漿效果，最后壓注水泥漿，壓注過程中應注意控制注漿的壓力，一般以0.3-0.5MPa為宜。在注漿過程中應注意觀察襯砌變形和位移情況，同時注意襯砌周邊裂縫的發展情況，避免注漿引起的次生缺陷，確保施工安全。水泥材料可選用抗腐蝕性強的抗硫酸鹽水泥，在空洞嚴重時，可考慮使用丙凝、環氧類等化學注漿。

（二）對隧道襯砌混凝土厚度不足的處理

襯砌厚度不足時主要進行加固處理，經常采用錨噴結合的方法進行。首先對襯砌進行臨時支撐加固并清理需加固部分的襯砌表面，將表面松散的混凝土進行剝除直至露出內部新鮮混凝土，然后在襯砌上打孔并安裝中空錨桿（一般為φ25mm），錨桿的鉆孔間距以80cm×80cm的梅花形布置為宜，安裝完錨桿墊板后就可以進行注漿，同時在襯砌的開鑿面布置鋼筋錨釘鉆孔，孔距和性狀與錨桿鉆孔相同但與錨桿錯開布置，孔深以16cm、直徑以15mm為宜，反復進行刷孔、吹孔后（三遍為宜），在孔中注入植筋膠和除銹螺紋鋼筋（要求結合力大于 53kN），最后架設鋼筋網并將其與錨桿、鋼筋錨釘焊接，完成焊接后對開鑿面進行清洗并涂刷界面劑進行防水和防腐蝕處理。

（三）對混凝土與防水板之間空洞較大情況的處理

這種情況一般不采用鉆孔注漿，而是采用開天窗的方法進行處理。首先找出襯砌最薄弱的部位，作為開窗點，在窗口尺寸上，一般應滿足人工進入作業的要求，以橫向60cm，縱向50cm為宜，橫向比縱向稍寬，以方便開展作業，如圖1所示。

回填材料一般選用同級別的混凝土，注意空腔的回填要飽滿密實，回填強度符合要求，在封口時，要選用高級一別的混凝土，窗內填充密實后用振搗器進行振搗，并以鋼板進行固定，達到規定強度后拆除鋼板。

三、常見襯砌缺陷的預防措施

由于鐵路隧道拱頂襯砌缺陷的危害較大，而發現缺陷后進行處理不但會提高施工成本，而且可能造成工期的延誤，所以應以預防為主，盡量避免缺陷出現。主要的預防措施有以下幾個方面：

一是加強振搗控制。適當提高開孔密度，確保襯砌混凝土澆筑施工時振搗力度合適，振搗范圍沒有死角，振搗時按照快插慢拔的的方法進行，增強澆筑的密實度。

二是提高襯砌和圍巖的緊密度。在襯砌混凝土澆筑施工前，將施工機械、作業臺面和圍巖表面的雜物進行清理，同時提高圍巖表面的粗糙度和含水量，增加其與混凝土的結合時的緊密度。

三是留足施工作業的空間。隧道內襯砌施工空間本來就比較小，在襯砌施工時，應注意清理無關的器械和人員，在施工作業面上留足施工空間，避免作業器械和人員出現施工盲點。

四是加強施工過程質量控制。在施工配料、混凝土攪拌、振搗等環節嚴格遵守操作規程，保證混凝土的水膠比，避免水分超量造成混凝土收縮和附著力下降。

五是優化施工工藝。在防水板的鋪設上，要注意把握鋪設的松弛度，避免防水板與圍巖出現較大空隙，在凈空測量上，提高測量斷面的密度，確保隧道無欠挖想象，在隧道開挖的施工中，盡量保證隧道頂部輪廓的平順性，為襯砌的緊密貼合創造良好條件。

四、結語

隧道襯砌拱頂質量是決定隧道質量的關鍵部位，在隧道拱頂襯砌的施工中，襯砌缺陷難以避免，本文對襯砌的常見缺陷及其形成的原因進行了分析，在次基礎上提出了相應的處理措施，并對襯砌缺陷的預防措施進行了分析，對隧道拱頂襯砌的施工具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 俞翰斌，馬偉斌.鐵路隧道運營狀態評估及病害整治措施[J].中國鐵路，2013 （7）：21-25.