隧道二襯拱頂脫空原因分析及防治新技術

劉新福

摘要：本文針對隧道二次襯砌拱頂脫空問題，在分析成因的基礎上，提出了隧道防水板掛設工藝及隧道拱頂混凝土真空輔助灌注施工方法，并詳細介紹了技術原理和施工步驟，以期對類似工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：隧道二襯;拱頂;真空;灌注

Abstract： In this paper， based on the analysis of the cause of the hollowing of the tunnel's secondary lining vault， this paper puts forward the installation technology of the tunnel waterproof board and the construction method of the vacuum-assisted pouring of the vault concrete， and introduces the technical principle and construction steps in detail to provide reference for similar projects.

Key words： tunnel second lining;vault;vacuum;pouring

1? 概述

隧道二襯背后脫空是指由于施工方法、施工工藝等存在不足，導致混凝土澆筑后襯砌體與圍巖之間存在一定的空隙。

隧道二次襯砌背后脫空時，襯砌結構存在臨空面，易發生應力集中，使得襯砌結構的受力發生不利的變化，如果不及時處治將會導致隧道襯砌結構的進一步損壞，甚至縮短使用壽命。劉益健[4]分析了公路隧道二次襯砌頂部脫空的危害、原因、受力與位移，并提出了壓漿補強和襯砌返工兩種處理措施。楊小玉[3]依托金寶頂隧道，綜合分析了隧道而次襯砌背后脫空的原因產生，并提出了相應的預防措施，并對二次襯砌與初期支護間產生脫空時的治理技術進行了探討。江星宏[2]等基于滬昆鐵路客專全線某特長隧道，進行了襯砌脫空無損檢測，調查表明：尤以拱頂脫空問題最為嚴重占隧道工程缺陷的82%。

近年來，隧道二襯脫空問題受到了隧道工程行業專家的高度關注，為提高隧道二襯質量提出了諸如改善混凝土品質、采用混凝土同步分層澆注工藝、同步壓漿、加強無損檢測等積極措施，但就目前施工工藝水平而言，隧道拱頂脫空現象仍無法從根本上杜絕。深入研究隧道拱頂脫空機理，提出切實可行的工程對策，對提高隧道工程施工質量具有重要意義。

2? 隧道二襯砌拱頂脫空成因分析及工程對策

2.1 防水板背后脫空

問題：初期支護不夠平整、防水板掛設松弛度不合適，是導致防水板背后產生空洞的根本原因。目前的初期支護均采用噴射混凝土工藝，受洞內昏暗、操作人員技術水平參差不齊、開挖面平整度等因素的影響，初期支護混凝土不夠平整。目前防水板掛設采用人工，受洞內昏暗、托舉困難等因素的影響，往往防水板掛設工效低、松弛度不理想，澆筑二襯混凝土時防水板易出現局部繃緊造成防水板背后脫空。

工程對策1：建議改良噴射混凝土配比、采用初噴（初步找平）+復噴（滿足厚度）工藝，保證初期支護噴射混凝土的平整度達標;

工程對策2：建議采用新型防水板掛設臺車，既可改善防水板掛設質量，又可提高工效、降低勞動強度。

防水板掛設臺車工作原理見圖1。

該防水板掛設臺車的工作原理：利用門式鋼支架兩側及頂部設置軌道，為電動葫蘆、滑輪組及升降機提供動力，實現作業平臺沿軌道移動，以滿足拱墻各個區域防水板鋪設。同時，針對升降平臺，利用可伸縮矩形桿件實現對防水板的壓緊功能，并通過頂部轉軸實現防水板的連續鋪設。

防水板掛設臺車的作業步驟為：①作業臺降回落至底梁，抬升作業踏板，安裝整卷的防水卷材，并將卷材牽引出，作業踏板回位，將卷材從撫平托輥頂部越過并將卷材頂部固定在隧道拱腳部位;②翻轉可伸縮頂桿，利用凹形齒輪調整可伸縮頂桿角度，通過卷材柔性撫平托輥扣壓防水卷材，利用可伸縮頂桿形成的作業空間，采用人工固定防水卷材。③提升作業臺，帶動作業臺內的防水卷材與卷材柔性撫平托輥同步旋，實現防水卷材的連續鋪設，抵達作業平臺提升高度極限。④利用工字鋼梁、作業臺限位槽道實現作業平臺橫向移動，啟動剪式液壓升降機，調整高度確保卷材柔性撫平托輥扣壓防水卷材，繼續鋪設頂部防水卷材至另一側極限。⑤逆向操作步驟③，下落作業臺直至完成防水材料鋪設作業。

實踐證明，采用防水板掛設臺車進行隧道拱墻防水卷材鋪設，具有提升工效、降低勞動力、減少勞動強度、操作簡便，高空作業風險低等特點，對于提升隧道防水材料鋪設質量可發揮積極作用。工效及質量比較見表1。

2.2 混凝土二襯與防水板之間脫空

問題：上世紀90年代隧道防水板+排水盲管技術有效解決了隧道滲漏水問題;采用拱墻襯砌臺車、泵送混凝土工藝實現了隧道二襯全斷面機械化作業，工效大幅提升。但由于泵送灌注阻力大、臺車一次澆注段落較長及臺車附著式振搗器因素的多重作用下，拱頂二襯混凝土灌注不夠爆滿及振搗下墜，二襯混凝土與防水板之間出現了不同程度脫空，雖然采用了后期壓漿的辦法進行補救，但漿液的用水量更大，收縮后仍會出現一定程度的脫空現象。

工程對策：采用二襯拱頂局部真空輔助灌注技術，減小拱頂部位混凝土灌注阻力、提高混凝土灌注飽滿度，再加上后期壓漿手段，改善隧道拱頂部位的脫空。

二襯拱頂局部真空輔助灌注技術主要依靠自主研發的二襯臺車密封端頭模板和借助壓漿管實現。

該技術的基本原理為：利用拱頂防水板、兩側邊墻已澆筑混凝土及對臺車端頭密封模板在隧道拱頂形成局部的密閉空間，通過對密閉空間抽真空形成負壓，減小泵送混凝土阻力，提高隧道拱頂部位混凝土灌注飽滿度，減小后期拱頂壓漿量，從而改善拱頂脫空。

該技術的工作原理及端模構造見圖2。

工藝步驟：在臺車前端安裝密封端模，端模頂部與頂部防水板之間用密封膠封閉。其余與以往施工方法相同。連續泵送澆筑混凝土至拱頂橫向2m范圍內，利用已澆筑混凝土及封端密封形成封閉空間，打開排氣壓漿管閥門，在壓漿管控制閥外側連接真空泵，抽取密閉空間內空氣形成一定的負壓，試驗調整混凝土泵送壓力，繼續澆筑混凝土至完成拱頂混凝土澆筑后關閉真空泵，混凝土終凝后拔除抽氣管控制閥門，抽氣管用于后期拱頂注漿。拆除臺車端模板，分離臺車模板，移動至下一作業斷面。

3? 結論

隧道二襯背后脫空影響隧道壽命，通過對隧道防水板掛設及拱頂混凝土灌注技術的改進，起到了良好效果，并得出如下結論：①隧道二襯施做之前，應加強對初期支護、防水板鋪設質量的驗收，確保防水板鋪設平整密貼。防水板臺車的應用可極大提高防水板鋪設質量，極大降低防水板背后脫空的風險;②泵送混凝土入模應注意控制好泵送混凝土坍落度（用水量）、泵送壓力及甭管入模角度，同時防止灌注過程中排氣孔堵塞，科學判斷混凝土澆筑完成，混凝土振搗密實;③采用隧道二襯拱頂采用局部真空輔助混凝土灌注技術，降低了混凝土灌注阻力，克服了拱頂部位混凝土澆筑厚度不足的質量通病，減小了后期壓漿的工作量，使隧道拱頂部位結構更符合設計意圖，使隧道拱頂受力更趨合理。④實踐證明，采用防水板掛設臺車進行防水板施工，能有效改善防水板背后脫空;采用拱頂真空輔助混凝土灌注技術能有效改善二襯與防水板之間的脫空;可在同類工程中推廣應用。

參考文獻：

[1]張鵬.公路隧道二襯拱頂背后脫空檢測及處理新技術[D].長安大學，2017.

[2]江星宏，閆明超，曾鵬，楊新安.高鐵隧道復合襯砌脫空統計分析與防治[J].華東交通大學學報，2015，32（06）：8-13.

[3]楊小玉.隧道二次襯砌與初期支護間脫空原因分析及處理[J].中國安全生產科學技術，2012，8（02）：140-143.

[4]劉益健，曾革.公路隧道二次襯砌頂部脫空的分析與處理[J].湖南城建高等專科學校學報，2001（04）：24-26.

[5]尹承紅.大瑞鐵路隧道二襯拱頂防脫空施工技術[J].價值工程，2019，38（19）：177-179.