鐵路隧道襯砌厚度不足缺陷整治技術分析

蘭天一

摘 要：為保證隧道襯砌厚度不足缺陷整治過程的安全和質量，結合鐵路隧道施工現場實例，采用襯砌內表面涂刷防碳化層、對拱部、仰拱位置進行拆換的方法，對不同情況下的襯砌厚度不足缺陷處理方案進行研究，并對施工技術要點進行闡述。研究結果表明，通過合適的整治方法可達到很好的整治效果，避免大范圍拆換，有效降低了經濟成本，安全風險。

關鍵詞：鐵路隧道；襯砌厚度不足；缺陷整治

中圖分類號：U25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）11-0126-03

1 隧道襯砌厚度不足原因分析

具體原因有以下4點[1]：①在二襯拱頂混凝土首次溢出時，即認為已澆筑飽滿并結束澆筑，未進行補壓，導致拱頂混凝土澆筑不飽滿，進而引起厚度不足。②爆破開挖后，未進行輪廓測量或輪廓測量不細致，致使開挖輪廓面局部欠挖侵限。③開挖后雖經測量人員詳細測量放樣，但現場管理人員不夠重視，沒有督促工人將欠挖部位進行處理，導致侵限。④預留變形量過小，后期發生圍巖沉降，導致初支侵限。

2 隧道襯砌厚度不足整治措施分類

隧道二次襯砌內表面涂刷防碳化層、襯砌拱部局部拆除、襯砌邊墻局部拆除。

3 襯砌內表面涂刷防碳化層

隧道二次襯砌僅厚度不足，但實際厚度與設計厚度比hi/h≥90%（檢測襯砌厚度hi/設計襯砌厚度h×100%），且實際厚度大于30 cm時，對圍巖較好、襯砌無裂紋及滲水、表觀質量良好的地段，采取襯砌表面涂刷防碳化涂層處理。各級圍巖允許欠厚標準統計如表1所示。

3.1 處理范圍

防碳化涂層刷涂范圍應視厚度缺陷所在的位置，采取拱部（缺陷僅在拱部）或拱墻范圍（缺陷僅發生在邊墻或拱墻都有）涂刷，拱墻涂刷防碳化層范圍為二襯內表面自側溝蓋板頂以上范圍。

3.2 施工工藝

防碳化層的施工可以使用相應機械，當遇到困難地段時，則采用人工刮涂。其施工工藝及施作要求如下：①二襯混凝土表面在噴涂前應進行仔細清潔，確保混凝土表面平整、無油污、無灰塵、干凈濕潤，不得有明顯的水印。②噴涂后，初凝大概在40 min左右開始，固化開始約為8 h后，噴霧養護緊隨其后，不得以噴水沖刷的方式進行養護，防止活性材料的流失。養護次數不得小于3～5次/d，養護時間為3～5 d。

水泥基滲透結晶型材料用量一般為1～2 kg/m2。機械噴涂時，其與水的比例為1：0.5。人工刮涂時，其與水的比例為1：0.3。噴涂及刮涂的厚度1～2 mm。

4 襯砌拱部局部拆除整治措施

4.1 設置臨時支護

對拱部缺陷部位段拆除前后襯砌設置I20型鋼鋼架臨時加固，臨時加固段長度為5 m，鋼架縱向間距1 m/榀。鋼架兩側設置φ22定位鋼筋，定位鋼筋嵌入襯砌內不小于15 cm，環向間距1 m，交錯布置，每根長度0.4 m。縱向設置φ22連接鋼筋，環向間距1 m。

采用一排直徑為φ25、單根長度為4 m的砂漿錨桿，對待拆段兩側邊墻進行加固處理，縱向間距1 m，錨桿與鉆孔之間采用環氧樹脂充填密實[2]。

錨桿在經過拉拔力檢測合格后，用它先鑿出12 cm × 12 cm×8 cm（長×寬×深）楔形孔（孔底長寬尺寸15 cm×15 cm），清孔結束后采用膨脹砂漿封孔，對楔形槽周邊20 cm的混凝土進行清理，并涂抹滲透性環氧樹脂涂料。膠凝材料用量宜不少于350 kg/m?，膨脹劑摻量宜在10%～15%，水膠比宜不超過0.5。

4.2 初支背后無脫空時拱部混凝土拆除

操作平臺可結合施工現場實際情況進行選取，既有臺車、臺架或購買、租賃的升降設備均可。專業施工班組工人采用砂輪機根據標記好的定位線切縫，以不超過混凝土厚度的2/3作為控制標準。采用風鎬拆除混凝土時，從拱頂向兩側的順序進行拆除。拆除工作要跳槽施工，嚴禁爆破，縱向單次拆除長度不超過1 m。根據現場實際施工情況做好土工布及防水板搭接量的預留，一般不宜少于40 cm。

若原結構為鋼筋混凝土，需要對鋼筋做防銹處理。原結構為素混凝土，則在新舊混凝土接觸面植入2排φ16接茬鋼架。鋼筋縱向間距25 cm，單根長80 cm，采用鉆孔植筋的方式，植筋埋入既有二襯長度不少于22倍接茬鋼筋直徑。

拆除后在兩側重建二襯腳位置徑向設置2排φ25砂漿錨桿，縱向間距1 m，錨桿長度4 m。錨桿端頭與二襯內側鋼筋或接茬鋼筋焊接，錨桿與鉆孔間隙采用環氧樹脂填充密實。

施做新的二襯混凝土前布設環向φ50盲管（打孔波紋管+外裹無紡布）至拱墻附近，再順接邊墻φ50PVC半管，邊墻范圍鑿槽利用破開的φ50PVC引排至側溝。

鋪設防水板及土工布，并與既有防水板焊接良好，搭接寬度不小于15 cm。新舊混凝土面設置止水膠，寬度2 cm。采用同等級混凝土澆筑拆換部分混凝土，并進行養護。拆模后利用雷達等無損掃描技術進行二襯厚度檢測，強度達到設計要求注漿回填。

監控量測穩定，無變形后拆除臨時鋼架，拔出定位鋼筋，然后用環氧砂漿封閉鋼筋孔。拆除完成后，采用鋼絲刷清理新舊混凝土接縫兩側20 cm范圍混凝土表面，并涂抹滲透性環氧樹脂防水涂料。

4.3 初支背后脫空時拱部混凝土拆除

對于初支因為欠挖或者沉降變形侵限的情況，如果進行局部初支的鑿除后，初支厚度仍滿足要求的，可不拆除初支。

初支背后注漿處理方法如下：①根據拆換范圍按照1.0 m×1.0 m間距布置注漿孔，現場應根據缺陷范圍及形狀調整。②注漿管采用φ42錨管，每根長度4.5 m，梅花形交錯布置，在錨入巖石端布設間距15 cm的φ6 mm注漿孔。錨管尾部焊接墊板，墊板與襯砌內側密封。③注漿材料采用純水泥漿，漿液配比（0.8～1）：1，并通過現場試驗調整，注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa，并穩壓5 min以上。④注漿完成后同上方法拆除襯砌混凝土。

5 仰拱拆除施工方案

確定拆換處理位置，按照紅線問題臺賬顯示的里程，由測量班放樣確定缺陷中心位置，并將缺陷位置按照中心位置向大小里程標出需要拆換的范圍。為保證位置準確，將位置向四周邊界邊界各加寬1 m。采用人工配合機械方式拆除。仰拱拆除時采用縱向分段跳槽方式，Ⅲ級圍巖不超過3 m/循環，IV、V級圍巖不超過1 m/循環。

對拆除段仰拱設置5 m長的工20b型鋼鋼架進行臨時加固，間距1 m/榀，確保臨時鋼架與襯砌密貼，拱腳穩固。同時于邊墻腳位置設置三排φ25砂漿錨桿鎖腳，長4.0 m，縱向間距1.0 m。鋼架之間采用直徑22帶肋鋼筋連接，環向1.5 m一道。

對鋼筋混凝土仰拱，在恢復原設計鋼筋布置后，對鋼筋進行除銹處理。對素混凝土仰拱，拆除邊界施工縫設置2排φ16接茬鋼筋，縱向間距25 cm，單根長80 cm，采用鉆孔植筋方式，植筋埋入既有仰拱混凝土長度不少于22倍接茬鋼筋直徑，以保證新舊混凝土之間連接良好。

仰拱鋼筋恢復，在破除舊混凝土之后，清理仰拱底部虛渣及欠挖部位，將破除混凝土過程中碰撞變形鋼筋調直。損傷鋼筋采用幫焊補強，長度不短于75 d。新舊混凝土接縫處設置止水膠，寬2 cm，以改善其防水性能。

采用較原設計高一個等級的混凝土進行澆筑，在達到設計強度后回填注漿。澆注混凝土前對澆注區混凝土壁面進行濕潤。通過灌料孔灌入混凝土，并采用插入式振搗器振搗。拆換施工后，用鋼絲刷清理新舊混凝土接縫兩側20 cm范圍混凝土表面，并涂抹滲透型環氧樹脂防水涂料。

6 監控量測

拆除前，先對整治段及其兩側既有隧道洞內布設監控量測點，以監測施工過程中及施工后隧道襯砌及圍巖收斂狀態。

安排測量人員定期跟蹤觀測并詳細記錄，及時進行整理，并繪制凈空位移（拱頂下沉和周邊位移）（u）-時間（t）的關系曲線。根據所繪各曲線的變化情況與趨勢，判定圍巖穩定性及時預報險情。確定施工時應采取的措施，提供修改設計參考依據。當位移速度及位移量過大時，則應加強監視，增加量測次數，并請相關部門處理。根據量測結果，結合相關技術規定，召開會議研究討論后形成意見并指導現場施工。

加強過程監測，特別是二襯背后脫空處理過程中，做好監測點定時檢查變形情況，一旦出現變化較大時，立即停止施工，并采取加固措施。

7 隧道襯砌厚度不足整治注意事項

具體有以下8點注意事項：①二次襯砌欠厚處理，嚴禁采用爆破施工，控制每次的縱向拆除長度符合規定要求。②做好新舊混凝土接合面的處理，保證混凝土接茬滿足設計規范要求，不產生新的質量缺陷。③整個拆換過程，測量人員務必密切關注拆換段及相鄰段落的沉降數據變化，若發生異常情況，立即進行臨時鋼架的支護及其他緊急措施，保證安全。④縱向應分段跳槽進行處理，II、III級圍巖每次分段長度不大于3 m，IV、V級圍巖每次拆除長度不大于1 m。⑤當缺陷跨越環向施工縫時，應在該處予以隔斷。⑥臨時鋼架要緊貼二襯內表面。⑦為防止臨時鋼架壓壞水溝電纜槽，置于蓋板上的鋼架，在其底部加設厚16 mm、長0.5 m、寬50 cm的縱向鋼板。⑧二襯拆換邊界施工縫應涂抹防水涂料，或在襯砌中心設置橡膠止水膠進行防水處理，兩端環向施工縫處可埋設環向50 mm排水盲管以加強排水。

8 隧道襯砌厚度不足整治常見問題及解決方法

8.1 無方案施工

表現為現場通過無損自檢后發現襯砌厚度不夠問題時，擔心被上級單位記入紅線問題庫，甚至進行考核，因而私下進行拆換，由此增大施工風險也留下極大質量隱患。

解決方法是需如實上報問題庫至上級單位，按照上級單位下發的缺陷整治圖紙進行專項施工方案的編制和報批，根據已報批完成的方案對現場進行安全技術交底后，方可施工[3]。

8.2 未進行無損復測或者打孔驗證

表現為發現問題后，未進行進一步校核及打孔復測等措施，而是直接認定為存在缺陷問題，導致本來可能不需要拆換的而進行拆換，由此增大了施工風險和質量隱患。

對此要及時派相關專業技術人員進行無損掃描復測，必要時進項打孔驗證，復核問題的真實性。

8.3 過程處理未留存整理相關影像資料

表現為現場整治過程未按照要求進行過程中的影像資料采集及相關表格的簽認，導致缺陷整治資料缺失。

解決方法是需要嚴格執行報檢制度，并留存好過程影像資料，按照歸檔要求一處一檔。

8.4 未安排專人負責缺陷整治工作

缺陷整治工作是一個系統且繁雜的工作，要安排專人進行現場監督、資料收集編制、過程銷號，后續歸檔等。目前一些施工項目上在缺陷整治方面人員安排比較隨意，出現了無相關經驗的人員進行兼管或代管的現象，這對后續整治工作極為不利。專業人干專業事，要安排具備相關業務素質的人員進行協調管理，這樣會起到事半功倍的效果。

9 隧道襯砌厚度不足問題的預防措施

解決問題要堅持源頭控制，厚度不足絕大部分是由于初支侵限導致的，而初支侵限又跟欠挖有直接關系。除了做好光面爆破、動態調整爆破參數等常規措施外，每次開挖完成后，現場管理人員必須通知測量人員對開挖輪廓線進行復測，存在欠挖的位置用紅漆標記，由現場管理人員督促施工班組立即進行欠挖處理，處理后測量人員再次進行復核，直至欠挖處理合格。

防水層施工前測量人員要對初支面進行斷面復核，局部噴層過厚侵限的，立即安排工人進行初支表面的鑿除，直至合格為止。二襯臺車制造時輪廓半徑擴大5 cm預留量，確保澆筑后襯砌內輪廓不侵限。二襯臺車定位準確，保證現場不會因為臺車定位偏移造成單側混凝土厚度不足。定期對二襯臺車進行全方位檢查，重點檢查液壓系統、模板系統等。二襯混凝土澆筑過程中，時刻關注支撐桿件，如有松動，及時處理，避免因支撐系統松動或故障，導致模板偏離既定位置而造成混凝土侵限。

不僅洞身開挖要嚴格進行測量放樣標記輪廓線，隧底開挖同樣要先放樣，后鉆爆。許多施工班組因覺得流程繁瑣，憑經驗進行隧底鉆孔，結果超挖、欠挖情況層出不窮。尤其是欠挖，隧底補炮費時費力，一旦現場管理人員監控不嚴，仰拱則出現欠厚情況。因此，隧底開挖前，測量人員務必進行輪廓線的標記，且在開挖過程中，隨時復核，確保隧底不欠挖。

定期組織全體現場管理人員進行相關技術能力考試，以紅頭文件的形式對考核記結果進行獎優罰劣并正式下發。嚴格落實“三檢制”把握好過程中的每一個環節，每一步施工絕不為下一步工序留隱患。

10 結束語

隧道襯砌厚度不足的問題雖然無法徹底杜絕，但卻可以很好地控制。從源頭出發，抓好過程控制、工序驗收；出現問題后不盲目整改，依照設計文件進行整治；切實做好隧道襯砌厚度不足的整治工作，不為運營階段留隱患；清問題存量，降問題數量，才能切實提高襯砌施工整體質量，降低缺陷整治成本。

參考文獻

[1] 常浩.隧道工程拱頂質量問題及其處理研究[J].工程技術研究，2019，4（16）：105-106.

[2] 林朋飛，張智超，李振東.隧道二次襯砌厚度不足及脫空原因分析與整治措施[J].工程建設與設計，2019（22）：98-99.

[3] 彭勛.新建高速鐵路隧道襯砌結構缺陷成因及整治[J].鐵道運營技術，2022，28（01）：1-3.