高地應力隧道襯砌拱部脫空欠厚處理施工技術研究

摘要 隨著我國隧道工程快速發展，各種隧道工程的建設為我國隧道理論的發展、完善提供了寶貴經驗。其中隧道脫空是導致隧道產生多種形式病害的原因之一。文章以成蘭鐵路工程為研究背景，針對襯砌脫空形成的主要原因，對形成空洞較大、襯砌有效厚度不足部位采用拆換處理方案，使隧道襯砌脫空得以及時處理，降低二次襯砌結構受拉破壞的可能性，確保了隧道二次襯砌質量。

關鍵詞 襯砌脫空；病害；防排水；二襯質量

中圖分類號 U457.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0097-03

0 引言

隨著國家鐵路網的發展與規劃，鐵路建設中的隧道施工技術日漸成熟。在山大溝深的川渝地區，隧道在線路中占的比例越來越高，隧道施工質量的要求也越來越嚴格、規范。工程實踐表明，隧道二次襯砌結構的施工質量缺陷比較突出。二次襯砌的質量缺陷可分為一般缺陷和嚴重缺陷，其中隧道施工中的襯砌脫空缺陷屬于嚴重缺陷。由于襯砌脫空引發的安全隱患大，處理措施復雜，且成本高，對鐵路的運營造成極大的安全影響。該文將對隧道襯砌脫空產生的原因及處理措施進行總結分析，并以成蘭鐵路松潘隧道為例，總結隧道襯砌脫空形成的原因并提出相應處理措施。

1 工程概況

1.1 地質情況

松潘隧道D3K240+996.3～999.2段巖性為炭質板巖夾板巖（T3X），圍巖級別V級，現場開挖揭示圍巖呈灰黑色，薄層狀結構，局部夾方解石巖脈，巖質較軟，局部層理扭曲，節理裂隙發育，巖體破碎，遇水易軟化，易風化剝落，掌子面及拱頂易掉塊，圍巖整體穩定性差，因此將D3K240+996.3～999.2和D3K247+631.5～636兩段由原設計V級復合調整為中等大變形施工[1]。

1.2 襯砌脫空情況

經第三方檢測單位對松潘隧道D3K240+996.3～999.2段進行隧道無損檢測發現，DK240+996.3～999.2脫空，設計厚度55 cm，二襯厚度26～50 cm（最小值、最大值），脫空高度20～30 cm；D3K247+631.5～636脫空，設計厚度55 cm，二襯厚度15～50 cm（最小值，最大值），脫空高度20～35 cm。

該結論報告后，松潘隧道斜井架子隊組織技術人員對D3K240+996.3～999.2、D3K247+631.5～636拱頂脫空進行驗證。結果如下：

1.2.1 D3K240+996.3～999.2段拱頂脫空驗證情況

該段二襯厚度最薄處28 cm，脫空高度20～30 cm，脫空位置為防水板內側，脫空范圍約為4.6 m（環向）×3.1 m（縱向），詳見圖1。

1.2.2 D3K247+631.5～636段拱頂脫空驗證情況

二襯厚度最薄處25 cm，脫空高度20～35 cm，脫空位置為防水板內側，脫空范圍約為6.2 m（環向）×4.5 m（縱向），詳見圖2。

2 襯砌脫空原因分析

（1）最主要原因是襯砌拱部混凝土澆筑過程未嚴格按照襯砌臺車預留的泵送孔逐孔灌注，只從中間孔進行灌注，因隧道線路上設計存在一定坡度，造成上坡端混凝土泵送不完全密實，加之襯砌鋼筋布置較密，混凝土的流動性降低，形成局部堆積，造成空洞。

（2）沖頂混凝土澆筑過程緩慢，封頂時由于輸送泵堵管造成混凝土澆筑過程中斷約1 h。混凝土到達現場后等待時間過長，坍落度損失過大導致泵送時流動性變差，澆筑過程中未加強振搗，出現沖頂時拱部最高點混凝土堆積堵塞引起局部脫空欠厚[2]。

（3）襯砌混凝土澆筑過程中，作業人員振搗頻率、時長未認真按照技術交底執行，責任心不強，未認真觀察混凝土是否振搗密實造成空洞。

（4）現場管理人員責任心不夠，對襯砌混凝土澆筑作業過程監控不到位，尤其澆筑封頂混凝土時未及時與攪拌站、實驗室相關部門及時有效溝通。在澆筑現場未認真觀測拱部混凝土是否澆筑飽滿而導致拱部混凝土未澆筑到設計厚度而引起混凝土局部脫空。

3 襯砌脫空拆換處理措施及注意事項

襯砌拆換處理流程大致分為10個步驟，具體詳見圖3。

3.1 襯砌處理措施

（1）襯砌拆換范圍為拱部140°范圍內。

（2）結合松潘隧道質量缺陷整治圖紙，對襯砌脫空范圍混凝土鑿除，拆除混凝土時開槽形式為倒梯形，如圖例4、5所示。

（3）如有破壞防水板及土工布，須重新按照缺陷整治圖紙及規范要求與原防水板、無紡布連接。

（4）按照缺陷整治圖恢復襯砌鋼筋布置，拆除范圍內預留環向主筋并預留長度為40 d、108 d主筋交叉布置，以便和拆換主筋綁扎連接。

（5）對鑿除范圍周邊混凝土進行鑿毛，并采用高壓水沖洗干凈，保證新舊混凝土之間連接良好。

（6）新舊混凝土接縫處設置遇水膨脹止水條，寬2 cm，用來改善防水性能。

（7）搭設滿堂式Ф48×3.5 mm管扣式支架體系，加固牢靠。

（8）混凝土采用泵送形式進行灌注，混凝土采用C40自密實混凝土。配合比如表1所示。

（9）在澆筑段頂部預留不少于兩根Ф50 mm注漿波紋管，待強度達到設計要求后對背后進行注漿回填密實，確保二襯與圍巖密貼，注漿材料采用M20水泥砂漿。

（10）對重新澆筑混凝土加強灑水養護，保證混凝土施工質量。

（11）組織檢測單位對該段二襯進行復測，確認處理是否達到要求[3]。

3.2 拆換注意事項

（1）為減少對周邊襯砌的擾動，拆換部位混凝土采用人工自拱頂向兩側逐漸鑿除，縱向每環拆除長度小于1 m。

（2）拆除部位縱向間隔2 m布置監控量測點位，每天監測2次，監測拆換范圍內其他部位是否受到擾動，如變形量達到預警值時，應暫停拆換作業，及時對未拆換部位縱向每米采取全環WH175型鋼支護[4]。

（3）拆換整治過程中配備專職安全員，全過程中監督旁站。拆換作業中臺架四周設置警示標識，加強對作業人員和非作業人員的管理，限制無關人員在作業區逗留。

4 支架驗算

隧道襯砌拱部脫空處最大高度8.15 m，擬采用滿堂式Ф48×3.5 mm管扣式支架作為模板支架的基本構件。立桿橫距為60 cm、縱距為90 cm；所有橫桿布局均為1.2 m。滿堂支架頂采用Ф48×3.5 mm鋼管單層布置，鋼管上鋪設縱向木方，縱向木方采用5×10 cm木方單層按間距15 cm布置，縱向方木上鋪設15 mm厚竹膠板[5]。

結構計算采用允許應力法，地基因架設在鋼筋混凝土底板上，不存在強度不足及沉降現象，故不另行計算，具體參數如表2所示。

4.1 荷載計算

4.1.1 荷載分析

鋼筋混凝土自重屬均布荷載，直接作用于底模及側模，根據現場實際情況，模板支架各部分自重荷載為：

（1）鋼筋混凝土自重：q1=24×1.2×0.7=20.16 kN/m2

（2）竹膠板底模自重（板厚1.5 cm，容重7.5 kN/m3）：q2=0.015×7.5=0.113 kN/m2

（3）縱向木方（5×10 cm@15 cm）：q3=（1/0.15）×0.05×0.1×7.5=0.25 kN/m2

（4）鋼管支架體系自重。①單根鋼管自重。按8 m的支架高度計算鋼管自重荷載（含配件、剪刀撐及水平拉桿等），?48×3.5 mm鋼管單位重為3.84 kg/m，加配件乘以系數2.0，則立桿自重平均分配到底層的荷載為：G=8 m×3.84 kg/m×2×9.8 N/1 000=0.602 kN/根。②鋼管支架體系自重。根據支架設計，支架為橫向間距0.6 m，縱向間距0.9 m，平均每1 m2布置了1.852根鋼管，則支架體系自重為：q4=0.602×1.852=1.114 kN/m2。

4.1.2 荷載組合

（1）立桿承受荷載：q立桿=q1+q振搗+q臨時=20.16+2+

2.4=24.56 kN/m2

（2）立桿對地基產生的荷載：q地基=q立桿+q4=24.56

+1.114=25.674 kN/m2

4.2 滿堂腳手架結構立桿驗算

4.2.1 立桿豎向荷載計算

對接立桿的容許荷載[N容]=30 kN/m2。

立桿底部承受總豎向荷載：N=0.9×0.6×25.674 kN/m2

=13.86 kN＜[N容]=30 kN/m2。結論：單根立桿承受荷載滿足容許荷載要求。

4.2.2 立桿穩定性驗算

立桿穩定性驗算具體參數詳見表3。

則立桿的穩定性按下列公式計算：

σ=1.4×N/（φ×A）=1.4×13.86×1 000/（0.715×4.89×10?4）/106

=55.5 MPa＜[σ容許]=205 MPa

結論：支架立桿的穩定性滿足要求。

5 結語

在隧道襯砌脫空問題處理上，通過TLD-2600探地雷達檢測隧道二襯，發現襯砌澆筑后形成的較大范圍脫空或襯砌脫空厚度不能滿足注漿條件的，采取拱部140°范圍進行襯砌拆換處理分析驗證，能夠保證隧道二次襯砌施工質量符合設計要求，使其隧道襯砌脫空缺陷得到有效治理，為隧道施工遇到此類缺陷提供參考。

參考文獻

[1]劉彬. 隧道襯砌脫空缺陷拆換處理施工技術研究[J]. 太原城市職業技術學院學報， 2020（3）： 191-193.

[2]蔣暉光. 某鐵路隧道襯砌脫空安全性分析及處治措施[J]. 施工技術， 2019（1）： 98-103.

[3]韓寶民. 隧道襯砌脫空及欠厚處治施工技術[J]. 四川建材， 2019（6）： 119-120.

[4]趙陽川， 李亞林， 衛敏， 等. 隧道襯砌脫空及厚度不足的原因分析與防治措施初探[J]. 現代隧道技術， 2019（2）： 40-43.

[5]郝旭斌. 隧道襯砌脫空及欠厚處治施工技術的應用研究[J]. 山西建筑， 2020（3）： 134-135.