隧道二襯脫空處治工法研究

劉天平

（龍巖市高速公路建設指揮部，龍巖 364000）

1 工程概況

隧道起迄樁號右洞YK22+045～YK24+660，長2615.0 m；左洞ZK22+039～ZK24+692，長2653.0 m；左右洞平均長2634.0 m， 采用分離式雙洞布置，屬長隧道； 隧道右洞進出口分別處于半徑為1113 m和2600 m 的平曲線上，洞身處于直線上，隧道左洞進出口分別處于半徑為1000 m 和3800 m 的平曲線上；右洞縱坡為+0.50%、-1.60%，左洞縱坡為+0.50%、-1.60%。

2 隧道二襯抽檢情況

經第三方檢測公司對隧道二次襯砌質量無損檢測與檢查， 發現部分段落二襯拱頂存在脫空、厚度不足等質量問題。 針對這些問題，現場采用鉆孔的方式進一步核查驗證，結果表明，無損檢測結果基本準確，發現的問題是客觀存在的，具體核查結果如表1 所示：

表1 拱頂處二襯厚度核查結果

3 二襯脫空原因分析

核查結果表明，實測二襯厚度與檢測結果基本吻合，部分段落二襯厚度嚴重不足，存在拱頂脫空現象，二襯距初支面厚度均滿足設計要求，排除了開挖輪廓不足的影響，明確了二襯厚度不足是由脫空造成的，現場技術人員查閱相關資料并結合現場實際情況，從施工工藝控制角度分析，認為可能存在以下幾方面原因[1]：

（1）Ⅲ級圍巖光面爆破效果不佳，巖面平整度差且未采用噴射混凝土補平， 局部存在較深的凹坑，防水板掛設后形成空腔，因防水板松弛度所限，在混凝土澆筑后形成空洞。

（2）防水板（含土工布）掛設時未預留足夠的松弛度或固定不牢產生下滑，導致混凝土澆筑至拱頂時防水板呈緊繃狀態，不能與初支表面密貼，造成二襯脫空。

（3）拱部混凝土澆筑時，未使用全部預留灌筑孔，僅使用一個灌筑孔全段灌筑，由于泵送壓力不足，致使拱頂位置澆筑不到位，造成脫空。

（4）臺車就位前，拱頂未設排氣孔，僅設置注漿孔，澆筑混凝土時一直使用中間或堵頭板附近灌注孔澆筑，在新舊混凝土交接處形成密閉空腔，氣壓加大，致使混凝土泵送壓力相對不足，進而造成二襯脫空。

（5）二襯位于下坡段時，堵頭板處拱頂標高低于尾部拱頂處標高， 當堵頭板處混凝土澆滿時，尾部卻未澆滿，此時根據拱頂堵頭板處澆筑狀態誤判為全部拱頂混凝土已澆滿而停止澆筑，造成尾部拱頂脫空。

（6）混凝土澆筑過程中振搗不密實，內部存在氣孔、空洞，上部混凝土澆筑完成后在自重作用下下沉，在拱頂形成脫空。

（7）端頭模板拼接不密實，混凝土澆筑完成后等強過程中漏漿、跑漿，使拱部混凝土下落，形成空洞。

（8）混凝土澆筑完成后，現場施工人員拆除混凝土輸送管時， 混凝土尚未初凝隨管掉落形成漏斗，造成襯砌脫空。

4 二襯脫空治理措施

為解決二襯拱頂脫空及厚度不足的問題，通過討論研究，認為在隧道二襯整治過程中，做好二襯混凝土澆筑密實度監測是關鍵[2]。 為此，現場開展了液位繼電器法和三通管法的研究和試驗。

4.1 液位繼電器聲光報警法

該方法的原理是在拱頂設置遇水導電材料，混凝土上升到接觸點位置后，通電聲光報警提示澆筑完成。 在12 m 襯砌模板臺車拱頂處，沿隧道縱向按4 m 間距均勻設置4 組液位繼電器防空洞裝置，線路出口中間借助帶模注漿平排氣口設置，兩端從端頭接出，并與固定線路連接。 當襯砌混凝土澆筑至拱頂最高點時，混凝土為帶水導電材料，線路連通，液位繼電器工作，報警燈亮起，提醒工作人員混凝土已澆筑至拱頂，當4 組報警燈分別亮起后，作業人員根據堵頭澆筑情況綜合判定混凝土澆筑結束時機。

4.2 三通管法

該法原理是在拱頂設置三通T 管，混凝土上升到橫管位置后，漿液自管內均勻穩定溢出后可判斷澆筑完成，同時根據三通管下沉情況可以判斷拱頂防水板是否下沉，三通管有通氣、觀測、注漿三用。

在12 m 襯砌模板臺車拱頂處， 沿隧道縱向均勻設置4 組三通T 管， 自襯砌臺車預留孔伸出，T管內預埋鋼筋，起到固定和加強T 管剛度作用。 當澆筑至拱頂時，拔除T 管內的鋼筋，漿液自T 管內穩定溢漿后，作業人員根據堵頭澆筑情況綜合判定混凝土已澆筑至拱頂。 同時，若拱頂防水板若下沉，T 管也跟隨下沉， 通過下沉的長度可以判斷出澆筑過程拱頂出現了空洞，可及時處置。

經現場施工操作液位繼電器判斷直觀、 準確、靈敏度高，但受防水板掛設質量影響，過程中若防水板下沉可能存在誤報。 三通管布置簡潔，根據三通管下沉可以監測防水板是否下沉， 從而及時處置，但判斷拱頂混凝土是否澆筑密實，需要人工判斷溢漿情況，存在人工判斷準確性。

經比選、總結了2 種方案的優缺點，并進行融合，形成了“液位繼電器+三通管”監測法，將液位繼電器導線路放置三通管內，當混凝土漿液流入三通管且液位繼電器報警燈亮起時能有效控制拱頂混凝土澆筑質量， 同時可以判斷防水板是否下沉，兼預留注漿、通氣作用。

4.3 液位繼電器+三通管法布設要點（圖1）

（1）采用直徑3 cm PVC 加工成T 型三通，直管長度為二襯厚度加10 cm 長并標上刻度。

（2） 將液位繼電器觸片及導線放置在三通管內，固定在三通管頂部，形成組合雙重監控裝置。

圖1 “液位繼電器+三通管”防脫空裝置

（3）在二襯澆注前，完成布設防水板后，在拱部頂端縱向全模范圍每隔3 m 間距放置組合裝置，底部二襯模板預留略大于3 cm 直徑空洞， 將三通管從預留洞中穿出，外露10 cm，用止漿墊和膠帶固定在模板上，并將導線接入固定于二襯臺車上帶報警裝置的控制箱。

4.4 液位繼電器+三通管法功能和作用

（1）繼電器監控：二襯混凝土施工時，當混凝土漿液流入三通管拱頂時， 觸發液位繼電器觸片，接通電流，發出信號，控制箱報警燈亮起，表示二襯在該部位拱頂混凝土已灌滿， 當全部報警燈都亮時，就可以判斷澆筑的的混凝土已到拱頂位置。

（2）T 型三通監控：當拱頂混凝土滿頂，水泥漿流入T 型三通直管， 這時直管將有水泥漿溢出，以此可以判斷混凝土已灌滿。 通過觀察PVC 管刻度判定防水板在澆筑過程中是否脫落下沉。

（3）防止二襯澆筑形成氣囊：在二襯泵送過程中個別部位混凝土先行到達頂部，縱向內側容易形成氣囊，以往經驗在二襯模板埋設通氣管，本次使用的三通管可替代通氣管使用。

（4）注漿功能：如判定二襯防水板下沉或拱頂形成局部空洞，三通管也可以作為注漿管使用。

5 二襯脫空治理

對于實測二襯厚度與設計二襯厚度比不足50%的點所對應的二襯整體澆筑板塊全部拆除，襯砌拆換采用“先加固，后拆換”的總體原則，拆除順序“由內向外、先拱后墻，分單元拆除”。

5.1 拆換工藝流程

拆換前準備→相鄰段二襯加固→監控量測→二襯環向分部開槽→二襯拆除至三個環形槽后→逐條拆除槽中間部分二襯→巖面處理→復核斷面尺寸→修復防排水系統→安裝鋼筋（如果有）、臺車就位、澆筑二襯混凝土→拆模、養護。

5.2 拆換前加固

在拆除段襯砌臨近的兩板襯砌端頭位置設置3榀型鋼鎖口，鎖口采用I18 型鋼，間距0.5 m，鋼架間拱腳、墻角位置采用2 根∠75×75×8 角鋼剛性連接，其他部位設置Ф22 縱向連接鋼筋，環向間距1 m。鋼架與襯砌不密貼的位置采用木楔子楔緊，鋼架底腳必須墊實，確保后期拆換段相鄰二次襯砌穩定性及完整性。

5.3 監控量測

拆換段前后各1 環二襯布設監控量測點，每環二襯布設2 個斷面， 測點布設在施工縫前后50 cm處，拱頂、拱腰及邊墻各布設1 組；二襯拆除后初期支護或巖面監控量測斷面間距按3 m 布設，布設要求同兩臺階法量測點布設；二襯段、初支段洞內監測點每4 h 監測1 次，如遇異常情況，實時監測。

5.4 二襯拆除

為了盡快拆除不合格的二襯混凝土，同時減少對圍巖和初期支護的擾動，確保施工安全，拆除方法如下[3]：

采用混凝土切割機進行切割，首次切割深度不宜小于10 cm，以確保可以切斷內側鋼筋為宜，仰拱以上鋼筋切割時， 必須預留足夠的鋼筋搭接長度，以滿足接頭避開“同一截面”的要求。 混凝土切割機、破碎錘及風鎬進行二襯混凝土拆除時須自上而下，分塊分段進行，每一段分拱部、中、下臺階三級，五個單元拆除，環向位置由Ⅰ→Ⅱ（Ⅲ）→Ⅳ（Ⅴ）→Ⅲ（Ⅱ）→Ⅴ（Ⅳ）自上而下拆除，Ⅳ、Ⅴ步拆除時預留50 cm 人工拆除，縱向按每2 m 一段進行，示意圖如圖2～3 所示：

圖2 二襯拆除平面示意圖

圖3 二襯拆除橫斷面示意圖

每拆除一段， 需檢查初支背后空洞及斷面尺寸，不符合要求時應進行處理，處理合格后方可拆除下一段，在拆除二襯混凝土過程中，要注意保護環向中埋、背貼式止水帶、接茬筋及端頭防水板完好， 在拆除至距兩端和小邊墻各50 cm 位置時，禁止使用破碎錘機械破碎，應由人工使用風鎬，由外向內一層一層剝離，確保接茬部位止水帶及防水板完整。

5.5 防排水施工

5.5.1 排水盲管設置

在拆除區域中間設置一道環向φ50HDPE 打孔波紋管，縱向間距為6 m。沿隧道兩側邊墻底部縱向設置φ100HDPE 打孔波紋管，環向、縱向排水盲管采用PE 板窄條固定，用5 cm 長水泥釘錨固在噴層面上，錨固間距按拱部50～80 cm，邊墻80～150 cm布置，排水盲管要全部用土工布包裹，以防止盲管堵塞和受到破壞。

5.5.2 防水板、土工布的鋪設

在防水板、土工布鋪設前，應先將初支表面尖銳物等清理干凈、 并補平凹坑后再鋪設無紡土工布，固定在初支面上，然后將接頭處露出的防水板用水沖洗干凈，在隧道拱部標出隧道中線，再使防水板橫向中線與這個標志重合，立即將防水板固定，再由拱頂依次向兩邊鋪設。 待拆除段防水板鋪設好并經檢查確認固定牢固后， 再用爬焊機順所留防水板接縫搭接部位進行焊接。 防水板鋪設完后應做防水板氣密性檢驗，檢驗合格后方可進行襯砌施工。

5.5.3 止水帶修復、止水條安裝

對破損的止水帶采用膠接等方式進行修復，在中埋止水帶靠初支側每隔5 cm 設置1 道遇水膨脹止水條，共設2 道，以增強防水效果，止水條及止水帶安裝方法同常規防排水施工。

5.6 鋼筋施工（如果有）

（1）拆除拱墻時，應保留仰拱部位環向受力鋼筋，并與拱墻鋼筋進行焊接連接，鋼筋長度應滿足相關規范中的構造和受力要求。

（2）鋼筋安裝前，缺少鋼筋的，要在接茬處植筋。 先用沖擊鉆鉆孔，鉆孔直徑30 mm，鉆孔深度不小于15 d，然后用高壓風將孔內粉塵、灰渣等清理干凈后植入鋼筋，采用化學植筋，粘結劑采用A 級膠，植筋后預留長度應滿足鋼筋受力、搭接相關要求。 植筋完成后將拱部、邊墻端頭進行鑿毛處理，然后涂刷黏合劑。

（3）新施做二襯按照設計要求參數設置鋼筋，施工時調整好鋼筋排距，保證保護層厚度，鋼筋安裝前，鋼筋缺失的需在接茬混凝土上植筋，后進行鋼筋安裝， 鋼筋安裝完成后施工縫處涂刷黏合劑，采用二襯臺車模筑混凝土，拆模后，對局部錯臺進行打磨處理。

5.7 二襯混凝土施工

5.7.1 臺車就位

根據放線位置，移動臺車就位。 在臺車就位時注意調整好灌筑窗口的位置，必要時可增設灌注窗口。 根據設計圖紙埋設其他附屬設施的預埋件。 最后按要求檢查臺車位置、尺寸、方向、標高、坡度、穩定性，符合要求后，安設好擋頭模板，接頭止水帶及止水膠條和拱部注漿管，再進行合格檢驗和經監理工程師簽證，方可澆筑拱墻混凝土。

5.7.2 混凝土澆筑

二襯拆換段采用模筑混凝土進行澆筑。 混凝土生產由相應標段混凝土拌合站統一拌制，混凝土罐車運輸。 混凝土澆筑采用混凝土輸送泵分倉澆筑，澆筑時，由下向上對稱澆筑，兩側交替進行，拱部先采用退出式澆筑，最后用壓入式封頂。 混凝土用附著式振搗器和插入式振搗器聯合搗固，安排專人負責，保證混凝土內部密實，外部光滑。 并注意保護好預埋于混凝土內部的注漿管，防止其脫落，以確保二襯后回填注漿能順利進行。 要配足備用搗固機具，防止因搗固機具發生故障，造成漏搗或搗固不實。 混凝土灌注必須連續進行，因故不能連續灌筑，間歇時間超過混凝土初凝時間時，必須按規定進行接茬處理。

5.7.3 拆模養護

當二襯混凝土強度達到設計時， 方可拆模，拆模時間不可過早。 拆模后要對施工縫處錯臺進行打磨，確保新舊混凝土表面平順。 另外要及時進行灑水養護，養護時間不少于14 d[4]。

5.7.4 回填注漿

混凝土拆模前及時進行拱頂回填壓漿。

隧道二襯厚度不合格點返工處理后，業主公司委托檢測單位進行了全面檢測，檢測結果均能滿足設計及規范要求，合格率100%。 實踐證明，采用液位繼電器+三通管法能夠監測隧道二襯拱頂砼是否澆筑密實，解決模筑密閉砼監控盲區，有效保障了隧道二襯整治施工質量。

6 結語

通過對隧道二襯脫空問題的處理及二襯施工質量監控進行小微創新研究，在隧道二襯混凝土施工中應用“液位繼電器+三通管”的監控措施，能較好地掌控混凝土澆筑質量，有效預防隧道二襯脫空及厚度不足等問題。 通過推行監控措施，項目全線后續施工段落二襯厚度自檢合格率提高，二襯實體經第三方檢測有限公司全面檢測，檢測結果均能滿足設計及規范要求，成效良好。 “液位繼電器+三通管” 監控措施得到了福建省省級交通主管部門認可，并在福建省高速公路推廣運用。