鐵路隧道二次襯砌脫空原因分析及防治措施

褚紅偉

中鐵十七局集團第三工程有限公司 河北石家莊 050227

1 隧道二襯脫空治理必要性

圍巖、初支和襯砌之間依次較緊密接觸是地下結構區別于地面結構的主要特征。對于新奧法施工、復合式襯砌的隧道，初支與圍巖共同變形、共同承載，在Ⅱ、Ⅲ堅固地層中，二次襯砌約承受30%圍巖松散荷載，主要作為安全儲備。但在Ⅳ、Ⅴ軟弱圍巖中，二次襯砌不再是一種單純的安全儲備，而是受力結構的一個主要組成部分，它承受著50%～70%圍巖松散荷載及較大的后期圍巖變形壓力。目前的隧道施工現狀，由于進度要求，初期支護只是起到一個臨時的封閉作用，僅僅是保證連續向前開挖施工過程的安全[1]。當提前做二襯來保證安全。二襯混凝土在澆筑過程中常常受到多種因素的影響，在初支與襯砌之間形成空隙，改變了兩者之間本應較緊密接觸的受力狀態，對結構承載力產生影響，從而減弱了其支護強度。由于二襯承載著較大的圍巖松散壓力，若有脫空存在，則使圍巖-初支體系施加于襯砌的荷載不連續，而出現變形增大或裂紋（裂縫）破壞，只是由于結構的設計承載能力余量和初支的過度承載，延遲和減緩了危害發生的時間和程度，因此隧道二襯脫空防治就顯得尤其重要。

2 二次襯砌脫空產生的直接原因

2.1 工藝設備改進緩慢

目前國內還未研發出較為先進的綜合性襯砌臺車，施工現場采用的大部分襯砌臺車不同程度存在較難實現分窗分層澆筑、難以監控拱頂混凝土是否泵滿、無法振搗拱頂混凝土、端模承載力低等問題，且施工過程人為因素較多，難以保證各施工工序得到有效控制，最終形成施工冷縫、人字坡、骨料堆積及強度不足、滲漏水、襯砌脫空、裂紋等質量缺陷。

2.2 混凝土澆筑過程控制不到位

在混凝土早期強度還不能夠承受其自重前，襯砌臺車因剛度不夠、支撐不牢固發生下沉變形，或者由于過早進行脫模、端頭模板密封不嚴實導致漏漿等原因致使二次襯砌脫空。澆筑混凝土時，由于隧道拱頂空間越來越小、空氣難以排出，泵送混凝土無法正常進入，但作業人員卻認為已經完成澆筑，導致二次襯砌脫空。此外，混凝土和易性不好發生離析、澆筑時振搗不到位等均可導致拱頂二次襯砌不同程度脫空。

2.3 拱頂回填注漿質量差

目前大部分施工項目拱頂回填注漿采取的是隧道二次襯砌全部成型后在預埋注漿管位置進行純水泥漿注漿。存在的問題：一是如果注漿管埋設不當或在混凝土澆筑過程中發生位移，則注漿前需重新鉆設注漿孔，增加了作業內容，同時存在鉆穿防水板的風險；二是二次襯砌全部成型后再進行拱頂回填注漿，此時原二次襯砌混凝土已達到一定強度，注入的水泥漿與原二次襯砌混凝土收縮徐變不一致導致混凝土整體性差

3 二次襯砌脫空的處理措施

3.1 優先選用先進工藝設備

隨著中國人口老齡化時代的到來和施工工人薪酬水平的逐步提高，施工企業如繼續采用較低的機械化水平模式進行施工作業，一是難以降低施工安全風險，二是難以有效提高施工質量，三是難以降低施工企業綜合成本。因此施工企業勢必要提高施工機械化水平，優先選用先進工藝設備。目前可采用的數控防水板臺車，不需要事先剪裁防水板，而是直接將整卷防水板安裝在臺車的爬行小車上，操作人員只需站在工作吊籃內便可完成對防水板的安裝和焊接，增強了施工安全性。同時減少了整平以及校準防水板的工序，減輕了勞動強度，提高了防水板安裝質量。同時該臺車還可加裝二次襯砌鋼筋安裝功能[2]。

3.2 加強二次襯砌混凝土質量控制

（1）合理控制混凝土水灰比。運送至現場的混凝土坍落度以控制在18～20cm為宜，確保混凝土具有良好的和易性。（2）落實好分層逐窗入模澆筑工藝。二次襯砌混凝土采用逐窗入模澆筑技術，由下向上，對稱分層，逐層逐窗從混凝土灌注窗灌入，澆筑時混凝土面左右兩側高差不得超過0．5m，前后不得超過0．6m，混凝土自由傾落高度不得超過2m。對拱腰以下部位，采取插入式振搗器為主、附著式振搗器為輔的振搗方式；對拱頂和鋼筋混凝土區段，采取附著式振搗器為主、插入式振搗器為輔的振搗方式，避免出現漏振或振搗不到位引起混凝土不密實、強度不足、“人”字坡或冷縫等質量問題。（3）澆筑拱頂混凝土時，首先從靠近上循環二次襯砌端的灌注口壓入，當與上循環間的拱頂灌滿后，混凝土逐步向端模方向擠推，既保證與上循環拱頂混凝土的密切連接，也方便作業人員通過端模處觀察拱頂澆筑情況。

3.3 加強拱頂回填注漿質量控制

選用回填注漿法進行隧道二次襯砌脫空整治的判斷依據：在二次襯砌脫空位置采用敲擊錘進行敲擊檢查，在最薄弱位置選取三個點位（三角形布置）鉆穿二次襯砌，用盒尺測量二次襯砌砼品質合格厚度。根據相關鐵路局要求，二次襯砌砼品質合格厚度大于20 cm，且襯砌合成厚度滿足設計要求的可采用間歇式無收縮漿材（水灰比0．38以下）回填灌注工藝進行注漿處理。回填注漿法與開窗二次澆筑法相比具有施工簡便、工期短、原二次襯砌受力結構基本不受影響、施工安全性高等優勢。根據實踐經驗，個別部位注漿后仍存在小型襯砌脫空，再次注漿較困難。此時可采用鉆孔壓入環氧樹脂材料達到治理脫空的目的，但需要注意的是由于環氧樹脂成本較高不適用于存在較大脫空部位的處理[3]。

4 結語

總之，二襯脫空嚴重影響了隧道的二襯混凝土受力性能，造成了安全、質量隱患。施工前做好各種準備，施工中加強澆筑盯控，施工完成一定里程后（以300～500m為宜）采用無損檢測檢查二襯混凝土脫空情況，并根據檢測報告對空洞進行注漿處理。事前、過程控制有力，責任落實到人，以起到減小或消除襯砌脫空的作用。