隧道二襯質量問題成因分析及預防措施

謝云揚

（中鐵十五局集團第三工程有限公司 四川成都 610000）

1 引言

隧道施工中二次襯砌混凝土的澆筑經常受到技術因素、施工工藝、環境因素和其他一些人為因素的影響，使二次襯砌局部存在空洞、不密實等現象，尤其是在拱腰、拱頂部位更易形成脫空，從而改變二襯的整體受力結構，減弱二襯的支護強度，進而直接影響隧道的安全性能和使用壽命。由于此等情況的存在，將使二次襯砌無法在圍巖和初期支護受力變形的時候起到主動抵抗變形的作用，只能在變形發展到一定程度后被動支撐承受，而給隧道造成巨大的安全隱患［1］。故分析研究隧道二次襯砌實體質量問題產生的原因，進而總結出科學有效的預防措施，具有重要的學術意義和工程應用價值［2］。

2 工程概況

巴羅二號隧道全長5 817m，是玉磨鐵路眾多隧道之一。該隧道地處滇西南，圍巖條件差，圍巖強度主要為Ⅳ、Ⅴ級，圍巖種類多為泥巖、炭質泥巖和炭質頁巖，巖體整體性差比較破碎、基巖裂隙水較發育，且存在滑坡、順層偏壓、有害氣體等不良地質條件。

現以巴羅二號隧道出口工區二次襯砌施工為例，對隧道實體質量問題成因進行分析，并探討施工預防措施。

3 隧道二襯實體檢測情況

根據鐵路總公司《關于進一步加強鐵路隧道工程質量檢測工作的通知》（鐵總建設函［2014］637號）要求，建設指揮部組織第三方檢測單位對部分已施工隧道進行了實體質量檢測，檢測結果顯示，各隧道均不同程度地存在二次襯砌厚度不足、二襯脫空、二襯背后脫空、二襯不密實等現象。

4 原因分析

4.1 產生二襯厚度不足的主要原因

（1）在隧道開挖過程中存在局部欠挖現象，二次襯砌施工前的初支斷面的量測掃描不能完全反映初支噴射混凝土面是否侵限，造成二襯澆筑后局部厚度不滿足設計要求。

（2）初期支護施工后，二次襯砌施工不及時，與初支施工的間隔時間較長，期間圍巖和初期支護受力變形較大，致使初支局部侵限，此情況下澆筑二襯砼從而導致二次襯砌局部厚度不能滿足設計要求。

（3）二襯混凝土澆筑完成后，拱頂回填注漿不到位，對拱頂存在的空隙未能填充飽滿，導致拱部混凝土厚度不足。

4.2 產生二襯脫空、二襯背后脫空、二襯不密實的主要原因

（1）隧道開挖作業存在超挖現象，且在巖面形成較深的凹坑，在初期支護施工時沒有將凹坑進行處理，導致噴射混凝土后初支面不平順，在土工布、防水板鋪設后形成空腔，又因為防水板鋪設松弛度有限，使二襯混凝土澆筑后形成空洞。

（2）防水板鋪設施工中不能夠掌握防水板合適的張弛度。防水板的鋪設過于松弛、預留的富裕量大時，在二襯混凝土澆筑過程中防水板會因為受到混凝土的擠壓而形成褶皺，在褶皺與褶皺之間留下空隙［3］；防水板的鋪設未考慮合適的預留量而掛設過緊時，由于防水板的限制二襯混凝土不能澆筑飽滿，在防水板與初支面之間留下空隙形成脫空。

（3）二襯混凝土在澆筑時，由于“三逐兩孔兩振”工藝落實不到位，導致澆筑的混凝土有不密實現象，更有甚者混凝土的內部會存在氣孔、空洞等，在自重作用下拱部混凝土下沉形成拱頂脫空［4］。

（4）二襯拱部混凝土澆筑時，由于施工人員經驗不足、澆筑方式欠妥、混凝土和易性欠佳、泵送壓力不足等問題，不能將拱頂混凝土澆筑飽滿，使二襯拱部出現脫空現象。

（5）二襯混凝土澆筑時襯砌臺車自由端端頭模板封閉不密實，二襯混凝土澆筑后的凝固過程中出現跑漿、漏漿現象，使二襯混凝土施工縫處脫空、拱部脫空現象發生［5］。

（6）混凝土的和易性差，在二襯澆筑過程中出現離析現象，加之振搗作業不到位，使澆筑后的混凝土出現不密實的情況。

（7）二襯澆筑完成后，在混凝土尚未形成足夠的自穩能力時拆除泵送管，拱部混凝土有部分隨泵送管掉落，使二襯拱部形成漏斗狀脫空。

5 防治措施

5.1 嚴格控制超欠挖

（1）加強現場施工人員對爆破方案的執行力度。要求測量人員使用全站儀對周邊眼進行測量放樣，減少人工操作誤差，提高爆破效果。

（2）優化爆破方案，施工中根據現場圍巖實際情況對周邊眼開眼的位置稍作調整：對比已開挖段爆破效果硬巖可布在原周邊眼輪廓線稍外5～10 cm，軟巖可將周邊眼向內調整5～10 cm［6］，改善超欠挖狀態。

5.2 提高噴射混凝土施工質量

（1）噴射混凝土作業時嚴格按照要求埋設鋼筋頭并以此控制噴射混凝土的厚度，通過適當加密埋設的鋼筋頭數量，來改善初支面的噴射平整度。

（2）噴射混凝土施工間歇，安排施工人員人工處理噴砼面，確保噴射混凝土面平順。

（3）因地質原因產生超挖的一次噴射混凝土不能保證噴射混凝土面平整的，安排下一循環噴射混凝土施工時進行補噴平整。

5.3 規范土工布、防水板鋪設

（1）二襯防排水施工前先把噴射砼表面外露的錨桿頭和鋼筋露頭齊根切除，再使用水泥砂漿進行抹平處理；將初支面斷面掃描工作納入工序管理，防排水施工前進行斷面掃描，根據掃描成果安排施工人員對侵限噴射混凝土進行鑿除；另外對初期支護噴射混凝土表面凹坑深寬比大于1／10的用水泥砂漿填平，確保初支面平順。

（2）土工布要與噴射混凝土表面密貼鋪設，確保平順，沒有褶皺和隆起現象。

（3）防水板的焊接固定要合理掌握松弛程度，使防水板鋪設后與基面起伏一致、平順自然。現場施工中發現，使用超聲波焊機進行防水板施工時，由于人員、設備問題會經常出現焊穿防水板現象，影響隧道防水板施工質量，經項目部考察分析后，更換使用磁焊槍進行防水板焊接，使防水板焊接速度明顯提升、焊接質量顯著改善并避免了焊穿防水板的現象（見圖1）。現已將磁焊槍焊接工藝全標段范圍內推廣使用。

圖1 磁焊槍焊接施工及焊接效果

5.4 加強混凝土澆筑過程的控制

（1）二次襯砌混凝土在拌和站集中拌和，生產和運輸的協調工作由現場管理人員和拌和站調度配合完成。優秀的調度工作能保證混凝土及時入模，減少和避免混凝土供應不及時或者滯留現場過久對砼澆筑產生不良影響。

（2）二襯混凝土的振搗工作要嚴格按照“三逐兩孔兩振”工藝中“兩振”的要求使用附著式振搗器振搗和插入式振搗器振搗相結合的方式進行。振搗要合理有效，避免重復振搗和過振。一塊區域振搗完畢后，需要改變插入式振搗器在混凝土中的水平位置時，要將振搗器保持震動豎向緩慢提出不能直接在混凝土中水平拖動振搗器，也不能持插入式振搗器驅趕混凝土進行澆筑振搗［7］。附著式振搗器使用時應該設獨立的控制開關，單獨開啟，單次振搗的振搗時間還應控制在10～15 s。

（3）二襯砼澆筑過程要嚴格執行“三逐兩孔兩振”施工工藝。二襯混凝土的澆筑應該按從下往上順序逐窗入模，在澆筑拱部混凝土時還要確保使用2～3孔入料。二襯襯砌臺車的前進方向拱頂模板封閉時必須預留觀察窗口，方便施工人員通過檢查窗口隨時掌握拱頂混凝土的澆筑情況［8］，使二襯拱部混凝土的澆筑達到飽滿效果。

（4）二次襯砌砼澆筑后的拆管，要等澆筑的混凝土有一定的自穩能力后進行，避免混凝土掉落造成拱頂脫空。

5.5 其他注意事項

（1）初期支護鋼架安裝過程中要嚴格檢查鋼架縱向連接鋼筋的焊接是否牢靠；鋼架與鋼架單元間、鋼架與錨桿、鋼架與鎖腳錨管等焊接是否牢固，務必確保初支噴射混凝土施工后結構的穩定可靠。

（2）二次襯砌土工布、防水板鋪設施工前要先檢查初期支護，避免初支背后空洞或噴砼不密實的情況，若發現初支有空洞或不密實的情況立即安排注漿，復檢合格后方能進行防排水施工。

（3）二襯鋼筋安裝施工時，采用簡易卡具對二襯鋼筋進行定位，并按要求預留鋼筋保護層厚度。

（4）二襯模板臺車就位后還要對臺車各節點的連接情況進行檢查，確保連接牢靠無錯動移位現象，還要對模板進行觀察，檢查模板是否扭曲或者翹曲變形，若有必須對模板進行校正并重新定位臺車以保證二襯凈空［9］。

（5）使用附著式振搗器進行振搗作業時，操作必須遵循短時間、多次數的原則，防止二襯模板臺車因為震動而產生移位或彈性變形，影響混凝土澆筑效果。

（6）二襯混凝土澆筑完成后，隧道的拱腰和拱頂部位會不同程度地存在脫空和不密實現象，作為脫空和不密實情況的補救措施，必須進行回填注漿，并納入工序管理［10］。現場管理人員全過程旁站注漿作業，確保拱頂回填注漿的效果。

（7）二襯砼澆筑完成后，安排施工人員對混凝土進行養護［11］，防止水分損失過快，在混凝土表面出現片狀或粉狀脫落及干縮裂紋。

（8）二次襯砌施作的時機要把控到位，重視監控量測工作，以量測成果指導施工，確保在圍巖真正趨于穩定的情況下澆筑二襯混凝土。隧道一般采用新奧法施工，但實際施工過程中往往忽視施工量測工作，并未真正地按新奧法的要求進行動態的施工管理，在圍巖是否收斂穩定的確認上，一般通過人眼觀察、經驗判斷來代替實際量測，不能做到以量測資料指導施工確定正確的施工時機［12］。

6 結束語

通過加強施工工藝控制和強化過程管理，巴羅二號隧道出口工區施工完成的二襯混凝土實體質量全面改觀，經第三方實體檢測，無一處二襯厚度不足，僅3處二次襯砌背后輕微脫空，現已進行注漿填充處理，并自檢合格。由此得出：在隧道施工過程中通過嚴格控制超欠挖，提高噴射混凝土的施工質量，規范土工布、防水板的鋪設，加強二襯砼澆筑過程的控制等措施可預防大多數二襯砼實體質量問題的產生，對二次襯砌實體質量的提升起積極作用。