隧道襯砌脫空及欠厚施工處理工藝

宋振勝

（中鐵十六局集團第三工程有限公司， 浙江 湖州 313000）

1 工程概況

本文結合某隧道工程進行分析，該條隧道左右線長度分別為 1509m和1511m，采用的是新奧法設計方法，初支應用錨噴混凝土制作而成，然后針對內層模筑防水混凝土，目的是在兩層襯砌結構間增加一條防水線并且形成雙層襯砌，對斷層破碎帶和比較薄弱的圍巖段進行有效防護，采用預支方法，并且保證其穩固性，確保預支工作順利進行。87號和88號板均采用S3襯砌，其支護數值為：錨桿長2.5m；混凝土噴層厚度為10cm，初支的錨桿間距1.0m～1.2m；二襯混凝土澆筑厚度為35cm。

這條公路隧道已經正常運行11年，但是經過檢查得知，87號和88號板已出現嚴重的裂縫和漏水情況，對行車造成了較大負面影響，極有可能引發安全事故，對此必須采取針對性的處治措施。

2 隧道病害及檢測結果

2.1 病害情況

針對隧道破裂的情況進行闡述，這條隧道 87號板的拱頂有一處存在內裝破損情況，采取的措施是首先對這個位置進行鑿挖處理，鑿開之后發現有一個空洞，并且空洞的周圍襯砌出現滲漏情況；另一處是板和空洞連接的部位存在縱向開裂和滲漏現象，裂縫的長、寬在10m和0.7mm左右，總的滲漏面積約為0.8m2；經過檢查之后發現88號板也出現這種縱列情況以及伴有滲漏，長度和寬度在9mm和0.8mm左右，總面積大致為4m2，以上兩塊板都屬于縱向開裂的情況。

針對內裝破損的部位，主要測量其二襯結構厚度和防火土層厚度，經過測量得知總厚度在12cm，然后進行內部檢查和無損檢測，檢查發現內部有很大空洞，初襯的表面是頂面。無損檢查發現二次襯砌結構厚度比較小，那么表明與拱頂的距離較近，各個測線都存在一定程度的脫空病害，和二襯厚度相同，說明脫空的范圍越大，距離拱頂的距離越近，經過抗壓強度測試，結果表明兩塊板的抗壓強度符合標準。

2.2 病害的檢測結果

在經過認真檢測以后發現，靠近拱頂位置處有二襯厚度值存在，總像個測線的二襯厚度值比較小，保持在0.2m左右，測線中有脫空病害存在，與拱頂比較接近的位置存在著較大范圍的脫空現象，襯砌混凝土的抗壓強度值保持在35MPa左右。在檢測襯砌板塊質量的過程中要確保其滿足設計標準，在檢測病害的時候，要保證其始終保持在設計的標準值范圍以內，一旦存在不達標的地方積極采取有效措施解決。用反射系數序列與雷達脈沖褶積表示雷達測線的具體情況，詳見下圖1。

圖1 用反射系數序列與雷達脈沖褶積表示雷達測線圖示

3 隧道襯砌脫空的原因分析

3.1 開挖及初期支護對二次襯砌脫空的影響

（1）隧道初期支護與二次襯砌背后防水板之間出現脫空現象的主要原因為初期支護不平順和光面爆破效果不理想所造成的。對于Ⅱ級和Ⅲ級圍巖段來說，由于初期支部不設置鋼架，使得噴涂的混凝土表面比較粗糙，導致初期支護與防水板之間存在一些空隙。對于Ⅳ級和Ⅴ級圍巖段來說，受光爆效果比較差的影響，鋼架架立不平直，噴涂的混凝土表面不夠光滑，也會導致初期支護與防水板很難實現緊密連接[1]。

（2）光面爆破的效果比較理想，但是在初期支護的過程中沒有采取掛網補噴措施處理局部掉塊位置，這就會給初期支護施工質量造成嚴重的影響。

3.2 防水板施工質量對二次襯砌脫空的影響

（1）縱向排水盲管包裹位置處的防水板未能與噴涂混凝土表面實現緊密的連接，使得噴涂混凝土表面與防水板之間出現了空隙。

（2）防水板鋪設質量不過關，有的部位過于緊繃，有的部位松弛，使得空腔現象隨處可見。

（3）防水板鋪設過于緊繃，發生褶皺情況，使得初期支護與二次襯砌背后防水板之間出現空隙。

（4）初期支護與防水板間出現了自由度，混凝土澆筑時會使得防水板局部位置出現緊繃的情況。

（5）防水板固定點數量較少，在澆筑混凝土時易出現防水板掉落的情況，加之下部防水板堆積、上部防水板緊繃出現了空洞。

3.3 模板安設質量對二次襯砌脫空的影響

（1）模板臺車底部支撐穩定性差，受混凝土強度不足的影響，使得臺車下沉，從而使二次襯砌背后出現嚴重的脫空現象。

（2）擋頭板密封性差，使得漏漿問題時有發生，這就會給二襯襯砌施工造成嚴重的負面影響。

3.4 混凝土澆筑質量對二次襯砌脫空的影響

（1）施工單位在混凝土施工的過程中沒有合理設置布料窗口，僅僅預留了少數窗口完成灌注施工。由于混凝土的流動距離比較長，使得遠處位置出現供應量不足的情況，導致嚴重的空洞現象發生。

（2）附著式振搗器數量較少，混凝土振搗施工無法滿足設計要求。尤其是拱部附著式振搗器作用半徑無法滿足混凝土的設計要求，混凝土在自身重力的影響下出現了拱部脫空的情況。

（3）在混凝土澆筑施工以前，沒有依據斷面情況預算混凝土施工量，在混凝土施工的過程中出現混凝土供應量與實際施工需求相差較大的情況，一旦拱部灌注不足就會出現空洞。

4 隧道襯砌脫空及欠厚處治施工技術方案

4.1 處治需遵循的原則

在隧道襯砌病害處理的過程中，需要嚴格按照以下要求進行處理：（1）按照標準和要求進行處治并且必須遵循經濟安全的原則；（2）提前做好檢查工作，排查現有的情況以及保護排水系統，然后再施工，施工時應盡量減少麻煩，保證順利進行，保護其他設施不被破壞；（3）針對病害不能敷衍了事，而是一定要針對不同情況的病害制定相應的解決措施，針對嚴重的病害一定要重點處治，一次性處置完畢，長期監測，不留任何遺留問題，以免后期再次出現[2]。

4.2 襯砌脫空處治

（1）針對二襯背后空洞進行注漿填充.主要采用的方法是背后注漿法，這個方法具有簡單操作、增加襯砌和初支的密度以及提高結構承載能力的優點。

（2）在二襯背后的空洞進行混凝土壓注，用強度和二襯結構相同的自密實混凝土進行壓住并且填充空洞，這個方法的主要優勢是使襯砌和初支的密度達到一定程度并且提高結構的承載能力，這就要求注壓材料需要有良好的強度，并且嚴格要求施工中所用的任何材料符合標準，如果一旦使用劣質的材料必然會造成空洞現象或者更加嚴重的情況[3]。

（3）換拱澆筑，這個方法主要是在二次澆筑時將隧道中出現的空洞全部填滿。由于二襯背后空洞的情況非常嚴重，要求注壓材料必須達標。

建議根據第二套方法進行處治，在二襯背后進行自密實混凝土注壓。

4.3 襯砌欠厚處治

經過實際測量，測得二襯結構厚度最小處只有 5.6cm，并且發現在拱頂部位還存在空洞。針對病害情況提出以下方案：

（1）鋼帶加固：主要用到的材料是鋼板，用鋼板粘貼的方法穩定二襯，這個方法的優點是施工簡單，并且通過鋼板加固可以加強整體結構。

（2）套拱：在整個段面增加一層襯砌結構，這個方法的主要優點是提高隧道結構的整體承載能力。但是該方法也存在弊端，即施工非常困難，并且由于隧道內部輪廓和界限的距離很近，只有5cm，如果使用此種辦法會造成一定程度的侵限。

（3）局部換拱：清理和拆除有病害的區域，然后進行二次施工，這個方法的主要優點是保證襯砌的承載能力達到設計要求，但是施工過程非常困難復雜。

（4）整體換拱：這個方法是將整段病害的板全部拆除并且重新施工，費時費力且復雜，施工風險很大，但是可以使結構承載能力達到設計要求，并且隧道拱頂處欠厚情況最嚴重，其他部位可以達到設計要求，例如側墻和拱腰部位不需要重新替換。

通過以上幾種方法的比較和闡述說明，局部換拱方法比較切合實際，對襯砌欠厚病害處治也更有效果。

4.4 局部換拱實施

隧道襯砌結構局部換拱范圍如圖2所示。

圖2 隧道襯砌結構局部換拱范圍

運用局部換拱時，實施之前一定要架設臨時支撐。需要換拱的區域長度和一般襯砌相同，為了讓需要換拱的區域和毗鄰處的段落結構保持穩定，在換拱的段落和其兩側架設臨時支撐[4]，臨時支撐主要采用的是工字鋼，通過縱向連接的方式連接，一般按照縱向間距在1m之內進行操作，將臨時支撐架設好之后和襯砌結構件緊密相連，保證支撐的牢固性和穩定性。

完成臨時支撐之后要檢查和拆除二襯，針對要更換的部位進行操作，拆除的過程中盡量使用人工。施工中做好量測工作，隨時隨地測量拱頂實際下沉和邊墻實際收斂，同時根據量測的數據改變或者重新規劃施工，以實現動態施工。

在二襯澆筑之前還需要進行防水層的檢查和修補工作，根據實際情況確定是否需要重新作防水層，如果需要則提前做好防水層之間的連接，用植筋將原有的襯砌結構連接好，以提高施工整體的效果，保證整體性能。針對二襯混凝土進行注壓工作時，要把拱頂中的空洞先填充完畢。

4.5 處治效果

經過對隧道的處治，半年之后發現隧道的拱頂沉降和周邊收斂處都在允許范圍之內，半年內進行檢查和試驗，既沒有產生裂縫也沒有出現滲漏的情況，隧道的運營效果良好，以上說明處治措施是可行并且是有效果的。

5 結束語

根據隧道的實際情況，經過多個方法的對比，針對隧道襯砌存在的脫空危害，可采用注壓自密實混凝土和局部換拱處治方法。經過驗證，局部換拱法和傳統的補強法具有以下優點：首先，針對隧道三級和四級圍巖，采用局部換拱法可以使襯砌受力變小，該種方法主要以受壓形式為主，并且換拱和現有襯砌之間的連接可以達到承載的要求；其次，這個方法可以保證隧道內部輪廓的尺寸并且防止侵限；再次，可以根據現場實際病害的具體情況采取有針對性的局部換拱措施。這個方法和整體換拱方法比，具有縮短工期、節省經濟支出、降低安全風險等優勢，有利于保證施工的整體進展及人身安全。