隧道二次襯砌混凝土施工問題及措施

邵宗文

（云南省公路工程監理咨詢有限公司,云南 昆明 650000）

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展，交通運輸日漸繁榮，導致交通壓力加大。為了緩解交通壓力，新建高速公路越來越多，隧道工程數量也呈現增長態勢。二次襯砌混凝土施工是目前隧道襯砌工程主要采用的施工技術，通過二次支護為隧道圍巖提供更安全的支撐。在隧道建設中，二次襯砌容易出現拱頂空洞等各種質量問題，不僅影響美觀，還會影響工程整體質量。該文通過介紹隧道二次襯砌混凝土施工采用合理的施工工藝以及質量控制措施，為實際工程建造提供一定的參考。

1 工程概況

大理－漾濞－云龍－蘭坪高速公路云龍至蘭坪段新井隧道工程設計為分離式長隧道，起于大理州云龍縣關坪鄉北側，順接大理至漾濞至云龍段高速公路（大理段一期工程），止于怒江州蘭坪縣金頂鎮東北的大公甸，與擬建鶴（慶）蘭（坪）高速公路止點相接，路線長71.601 km。新井隧道按新奧法設計，采用初期支護和二次襯砌相結合的復合式襯砌。整個工程涉及的地形地質情況較為復雜，工程實施難度大、技術要求高，地質、水文條件錯綜復雜，要全面考慮氣候、地面沉降等客觀自然地理條件，因此需要在工程實施之前進行實地考察與勘驗。整個高速公路隧道工程任務量大，二次襯砌難度較高。施工實踐中，對二次襯砌混凝土施工技術及存在問題加以分析，提出優化方案，既能保證整個工程的安全高效實施，也為之后的高速公路隧道二次襯砌實施方案提供參考。

2 隧道二次襯砌功能研究

2.1 增加隧道的安全性能

在隧道建設初期，圍巖的穩定性主要是由初期支護承擔的，但是，由于部分巖體如軟巖具有噴射混凝土、錨索、鋼柱以及支護圍巖等時間流變特點受周圍環境以及其他不確定因素影響，巖體穩定性會隨著時間的延長而減弱，如巖體受到地下水的腐蝕等，就會導致巖體強度下降，進而影響隧道的穩定性。為了提高隧道的穩定性，提高隧道投入使用后的安全系數，在隧道建設過程中可以采取二次襯砌法，用以改善隧道的支護系統穩定性，克服其他因素導致的安全系數下降問題[1]。

2.2 控制圍巖的變形

近年來，高速公路數量不斷增加，隧道建設工程也隨之增加。由于高速公路隧道使用年限長，為了保證隧道在運營期間以及投入使用后永久穩定、安全美觀，隧道施工需要采取二次襯砌法做好隧道質量控制工作。調查結果顯示，如果隧道圍巖地質條件良好，那么隧道初期支護依據新奧法施工原理施工后，隧道結構基本穩定。但是如果位于地質條件一般的地段，初期支護很難保證隧道長久穩定，加之變形時間長，大部分隧道都需要通過二次襯砌法，加強圍巖結構變形支撐。而隧道二次襯砌的另一個原因則是防止在隧道建設完工投入使用后穩定性不足，在遭遇破壞力較強的自然災害時，初期支護不能完全保證圍巖穩定，承受塑性區圍巖的蠕變壓力或受到其他附加壓力時，會造成周圍的構造物損傷。因此，在隧道建設階段，需要通過二次襯砌法來控制圍巖的過多變化，加強山體支撐穩定性。

2.3 其他功能

混凝土斷面本身粗糙度比較高，隧道內風流與墻壁碰撞，氣流分子相互擾動、碰撞形成的摩擦力很大，內部環境就會受到風壓影響，對隧道內的通風節能以及施工期內氧氣含量都特別不利。二次襯砌法的應用，不僅可以降低風壓帶來的負面影響，還可以降低能耗、節約資源。二次襯砌還可以負擔燈具、通電機具等設備的重量，在提高光照度的基礎上又保證不會產生眩目的感覺，同時還可以維持內部溫度、支撐防水層，從而避免初期支受到的腐蝕，并增加洞內的消防效果[2]。

3 隧道二次襯砌混凝土澆筑施工特點

3.1 施工作業空間非常有限

在現代高速公路隧道工程建設過程中，隧道長度一般比較長，穿越的地質地層條件也比較復雜，隧道內部施工條件、施工環境惡劣，隧道內二次襯砌混凝土施工比露天混凝土施工難度更大。隧道二次襯砌的施工是以初襯的支護結構作為基礎，采取復雜的混凝土澆筑施工技術，施工難度高、施工環境惡劣、作業空間狹小，各工序之間干擾大，加之隧道內能見度低、空氣差、噪音大，在有限的空間內開展二次襯砌混凝土施工作業十分不便，存在很大的安全風險。

3.2 混凝土施工要求嚴格

高速公路隧道對二次襯砌混凝土施工有十分嚴格的規定，但事實上，很多二次襯砌混凝土施工不合格，配合比參數控制不嚴、隨意添加外加劑、混凝土的用水量控制不準確等問題層出不窮，甚至有部分施工人員會在混凝土運輸和泵送過程中私自加水。此外，混凝土施工需要確保其持續性，一旦發生施工中斷將會影響到整個工程的施工質量。為了預防此類問題的發生，施工單位必須嚴格遵循國家有關方面的施工技術規范與準則，加強混凝土拌和質量管控，采取科學合理的質量控制措施，如放置遇水膨脹止水條或止水膠、鑿毛建筑施工縫等方法，杜絕違規施工操作[3]。部分施工方為了保證工期進度，混凝土未達到標準養護天數或者強度未達到設計強度就提前脫模，脫模后不及時進行養護管理，這無疑會破壞混凝土結構，影響工程質量。為了保證隧道結構穩定性，施工方需要嚴密把控二次襯砌混凝土施工流程以及施工操作的規范性，在混凝土施工時要確保一次成形，通過管理工作加強不同施工階段作業的嚴密性、連貫性。

3.3 二次襯砌振搗難度大

二次襯砌混凝土澆筑前，需要通過振搗使混凝土密實結合，如果沒有振搗或振搗密度不夠，就會導致混凝土均勻性差，隧道結構出現不同程度的蜂窩。在隧道混凝土澆筑過程中一般會搭設模架，如果采用鋼扣件連接模架，將振搗嘴與澆筑口設置在同一邊壁上，就很難實現混凝土的均勻振搗。隧道曲面墻的鋼筋布置密度比較大，在對內部各點進行振搗時采用普通的振搗棒難以發揮作用，如果采用附著式振動器很容易損壞剛性較低的模架。如果采用襯砌臺車進行混凝土澆筑，受襯砌臺車自身強度較大的影響，無法直接通過振動棒振搗側壁內部。采用附著式振動器對各點的振搗效果也會大打折扣，難以保證混凝土內部分層密實。另外，在對上部混凝土進行澆筑的過程中，下部混凝土有可能已經開始初凝，再次采用振搗器就很容易把下部混凝土震壞。

4 隧道二次襯砌混凝土施工常見問題以及對策

4.1 混凝土回彈強度不合格

在隧道澆筑工程中，混凝土強度不合格會導致隧道產生嚴重的質量問題，使隧道結構承載能力下降，在投入使用后會大大縮短使用年限，隧道工程的防滲漏、抗凍性能及耐久性也會下降，因此相關單位必須重視混凝土強度不足問題，采取有效措施預防該類問題出現。上述情況的原因主要有以下幾點：一是在配制混凝土的過程中，所用原材料中的細集料石粉含量超標，導致混凝土成分不達標，不符合規范要求。二是在混凝土拌制過程中，拌和參數控制不嚴，各種材料摻配誤差超過規范要求數值，最終導致混凝土回彈強度不夠。三是現場澆筑時或者在混凝土澆筑完畢以后，施工人員沒有進行很好的振搗，澆筑混凝土時振搗工作不到位或者澆筑不連續出現中斷，振搗不均勻，局部出現區域性漏振現象。四是用水量過大，這是由于施工人員為了施工方便，經常往混凝土中加水以增加混凝土流動性，使得混凝土表面水膠比例擴大，硬化后表面硬度不夠、回彈強度不合格，導致后期混凝土離析。針對此類現象，監理人員需要嚴格把控混凝土施工流程，具體來說就是要求施工單位對進場原材料嚴格把關，每批水泥材料進場后均需對水泥與外加劑進行相容性試驗，對砂、石材料進行含泥量、壓碎值、顆粒級配等指標檢測，各項原料合格后方可投入使用。同時，加強混凝土拌和站的質量管控工作，保證各種材料摻配誤差滿足規范要求，每車混凝土出站前均需進行檢測，滿足要求后方可出站。加強對現場施工人員的技術交底工作，嚴格按照混凝土施工工藝施工，杜絕施工人員私自往混凝土拌和物中加水。

4.2 拱頂空隙問題

在隧道施工過程中，施工不當很容易導致二次模筑襯砌的拱頂產生空隙乃至脫空、空洞。該項目也是高速公路隧道工程驗收環節的必測項目。造成該問題的原因可歸納為以下兩方面：一是在澆筑過程中未能充分排除拱頂的空氣，產生拱頂空洞問題。二是由于某些無法預見的因素，造成拱頂未填充密實飽滿而產生空洞問題，如管路堵塞等。針對這一問題，可以采取一些安全措施，例如把排水閥設定在拱頂處，觀測拱頂的排水狀況，澆筑過程中一旦觀測到混凝土從排水閥中排出，那么就表示拱頂的混凝土已澆筑飽滿[4]。另外，還可以采用強度、剛性都較大的模板架體系，在澆筑過程中借助混凝土泵壓使拱頂處混凝土夯實。此外，隧道往往都有一定的坡度，混凝土具有良好的和易性，混凝土灌筑應從低到高灌注，這樣可以使拱頂填筑密實無空隙。

4.3 鋼筋保護層厚度合格率普遍偏低

二次襯砌鋼筋保護層厚度控制問題是施工質量控制工作的難點和重點，也是測量高速公路隧道工程主體耐久性的重要硬性指標。高速公路隧道二次襯砌施工中，鋼筋保護層厚度不均、合格率較低是經常出現的質量通病。導致這一問題出現的原因主要有以下幾方面：首先，工程管理人員對二次襯砌鋼筋和臺車驗收流于形式，未進行實測實量等關鍵性驗收步驟。施工過程中鋼筋和臺車定位放樣不準，出現中線偏位，導致臺車兩側二襯鋼筋保護層不均勻，合格率大大降低。其次，仰拱施工時，預留鋼筋線型不順、偏位，導致二襯鋼筋搭接、焊接后出現鋼筋骨架扭曲、偏位，致使鋼筋保護層不均勻，合格率偏低。面對此問題，一般可以采用如下處理方式：一是嚴格管理與監控整個施工流程，對鋼筋施工班組進行技術交底，加強與施工人員之間的聯絡與溝通；二是要加密二襯拱腰位置的定位鋼筋，確保臺車定位和澆筑混凝土過程中鋼筋不發生移位晃動。在仰拱鋼筋施工過程中，相關人員密切關注二襯預埋鋼筋的定位環節，確保襯砌鋼筋的準確定位安裝。同時，在混凝土澆筑時，應進行分層對稱澆筑，防止偏壓導致模板變形或位移，以保證二襯鋼筋的施工質量，提高鋼筋保護層合格率。

5 提高隧道二次襯砌混凝土施工質量的措施

5.1 加強原材料質量控制

二次襯砌混凝土施工需要盡可能發揮初期支護的承載能力，但又不能超過其承載能力，因此，二次襯砌混凝土必須具有強度高、耐久性好等性能。施工單位要使用性能較好的混凝土以保證其安全性，并在設計配合比時嚴格控制配合比參數，以確保混凝土的坍落度。采取嚴格控制原材料進場的措施，一方面，要求施工單位做好自查工作，監理時刻進行抽查，符合要求后方可投入使用；另一方面，做好混凝土拌制過程的質量控制工作，確保所有的摻配參數都符合規定，滿足要求后方可出站。

5.2 規范施工工藝以及現場操作

施工中，結合作業水平和作業環境，采用合適的施工工藝，杜絕隧道二次襯砌混凝土施工常見問題。現場施工人員需要嚴格按照混凝土施工工藝施工，不斷優化施工工藝和作業流程。與此同時，混凝土在施工過程中，還要加強對現場施工人員的技術交底工作，在澆筑過程中提高混凝土振搗均勻性，確保混凝土施工連續性，保證二襯鋼筋的施工質量，并提高鋼筋保護層的合格率。

5.3 強化施工監督管理工作

在高速公路隧道二次襯砌施工中，對工程質量的把控是一個系統工程。首先，要嚴格把控二次襯砌混凝土澆筑時間，做好監督測量工作，嚴格按照測量數據指導施工，保證每一道工序的驗收均嚴格執行“三檢制度”，檢查合格后方可進入下一道工序施工。在隧道施工過程中，部分監理人員往往采用人眼觀測、經驗判斷等方式進行計算，忽略實際測量操作，沒有做到根據有關規定以及數據來指導工程施工，沒有認真做好動態管理工作。相關單位需要嚴格執行“三檢制度”，做到施工過程中嚴密觀測、及時糾偏，層層落實各環節作業流程以及監管責任，確保各工序有人管、有人驗、有責擔。在隧道模架的重要部位設立監測站，隨時了解混凝土的施工狀況以及變化情況，提高二襯混凝土施工質量[5]。

6 結語

隨著國民經濟的發展，為了方便交通，我國修建的高速公路數量越來越多，相應的新建隧道也越來越多。在隧道施工建設過程中，二次襯砌混凝土施工質量直接關系到隧道工程質量，不僅承載著隧道防水、安全儲備以及美化外觀等作用，還具有提升支護襯砌安全性的重要作用。傳統的隧道二次襯砌混凝土容易發生缺陷，針對隧道二次襯砌混凝土施工常見問題，明確隧道二次襯砌混凝土施工要點，提高二次襯砌混凝土的整體性及力學性，保證隧道二次襯砌施工質量，從而減少高速公路運營時隧道襯砌發生災害的風險，為類似工程施工提供相關經驗。