楊文平，張立興

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

隨著鐵路隧道工程建設(shè)的高速發(fā)展[1]，我國(guó)隧道已經(jīng)進(jìn)入高維修時(shí)期，在鐵路隧道施工中存在的質(zhì)量問(wèn)題也逐步顯露出來(lái)。其中二次襯砌背后脫空導(dǎo)致襯砌產(chǎn)生裂縫，給后期運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患，已成為較為嚴(yán)重的質(zhì)量通病。

1 隧道二襯背后脫空治理必要性

圍巖、初支和襯砌之間依次較緊密接觸是地下結(jié)構(gòu)區(qū)別于地面結(jié)構(gòu)的主要特征。對(duì)于新奧法施工、復(fù)合式襯砌的隧道，初支與圍巖共同變形、共同承載，在Ⅱ、Ⅲ堅(jiān)固地層中，二次襯砌約承受30%圍巖松散荷載，主要作為安全儲(chǔ)備。但在Ⅳ、Ⅴ軟弱圍巖中，二次襯砌不再是一種單純的安全儲(chǔ)備，而是受力結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要組成部分，它承受著50%～70%圍巖松散荷載及較大的后期圍巖變形壓力[2]。隧道開(kāi)挖完成后，圍巖本身應(yīng)力的釋放是一個(gè)緩慢的過(guò)程，在圍巖收斂結(jié)束、初支變形完全穩(wěn)定之后才開(kāi)始施做二襯[3]，形成抗荷環(huán)來(lái)保證隧道的安全。但是目前的隧道施工現(xiàn)狀，由于進(jìn)度要求，初期支護(hù)往往只是起到一個(gè)臨時(shí)的封閉作用，僅僅是保證連續(xù)向前開(kāi)挖施工過(guò)程的安全。當(dāng)圍巖變形過(guò)大或初期支護(hù)變形不收斂，又難以及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，需提前施做二襯來(lái)保證安全[2]。但二襯混凝土在澆筑過(guò)程中常常受到多種因素的影響，在初支與襯砌之間形成空隙，改變了兩者之間本應(yīng)較緊密接觸的受力狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力產(chǎn)生影響，從而減弱了其支護(hù)強(qiáng)度。

由于二襯承載著較大的圍巖松散壓力，若有脫空存在，則使圍巖-初支體系施加于襯砌的荷載不連續(xù)，而出現(xiàn)變形增大或裂紋（裂縫） 破壞，只是由于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載能力余量和初支的過(guò)度承載，延遲和減緩了危害發(fā)生的時(shí)間和程度，因此隧道二襯背后脫空防治就顯得尤其重要。

2 隧道二襯背后脫空檢測(cè)

隧道屬于地下隱蔽工程，一旦建成，存在的問(wèn)題將很難發(fā)現(xiàn)和處理。對(duì)于襯砌背后脫空，檢查的方法有鉆孔檢查法和無(wú)損檢測(cè)法。

鉆孔檢查法：采用混凝土取芯鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔檢查，屬于傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法，特點(diǎn)是效率低，偶然性大，代表性差，而且破壞了襯砌的整體性。

無(wú)損檢測(cè)法：采用地質(zhì)雷達(dá)法，特點(diǎn)是連續(xù)、高效、無(wú)損，具有分辨率高、圖像直觀(guān)、對(duì)場(chǎng)地條件要求低等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)方法相比，該方法可快速準(zhǔn)確地找出隧道襯砌質(zhì)量隱患，避免了傳統(tǒng)方法對(duì)襯砌的破壞，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在施工過(guò)程中得到普遍應(yīng)用。

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar）是利用高頻電磁波在巖體傳播中遇到地質(zhì)界面產(chǎn)生反射的特性，探測(cè)異常地質(zhì)體的一種方法。隧道二次襯砌的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)為30～45 cm厚的素混凝土體，中心頻率為1 000 MHz天線(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)GPR的可探測(cè)深度為0～50 cm。二次襯砌的脫空，在圖像上表現(xiàn)為雷達(dá)波的多次高頻反射，三振相明顯，兩組信號(hào)時(shí)程差較大[4]。

3 隧道二襯背后脫空成因分析

隧道二襯背后脫空主要集中在拱頂和側(cè)壁拱腰。從二襯背后脫空部位分析，大致有以下原因：

1）光面爆破效果不好，造成隧道局部存在較深的凹坑，初支噴混凝土平整度達(dá)不到規(guī)范要求，防水板掛設(shè)后形成一個(gè)空腔，因防水板松弛度所限，在混凝土澆筑后形成空洞。

2）防水板繃得太緊，不能緊貼初支基面，使泵送的混凝土不能流到背后的空隙內(nèi)而形成脫空。如果防水板掛設(shè)太松，在混凝土澆筑過(guò)程中會(huì)因受擠壓形成褶皺，在褶皺之間留下空隙。

3）端頭模板封堵不密實(shí)，從接縫里漏漿、跑漿，使拱部混凝土下落，形成空洞。

4） 施工時(shí)對(duì)原材料質(zhì)量控制不嚴(yán)，砂粒過(guò)細(xì)，施工配合比水灰比偏大、混凝土坍落度過(guò)大，澆筑后混凝土收縮徐變，形成空洞?；蛩淼捞幱谳^陡縱坡上（2%），在上坡端出現(xiàn)脫空。

5）混凝土在澆筑過(guò)程中振搗不密實(shí)，內(nèi)部存在氣孔、空洞等，上部混凝土澆筑完成后在自重作用下下沉，在拱部造成空洞。

6）拱部混凝土澆筑時(shí)，由于泵送壓力或澆筑方式，致使拱頂位置澆筑不到位留下空洞。

7） 拆管過(guò)早、提前脫模。盲目追求施工進(jìn)度，在混凝土初凝前拆管，造成未自穩(wěn)的混凝土掉落形成漏斗，或提前脫模，使低強(qiáng)度混凝土過(guò)量承載，導(dǎo)致襯砌開(kāi)裂和下沉造成襯砌脫空。

8）襯砌臺(tái)車(chē)底座支撐不牢固。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，臺(tái)車(chē)多采用方木支墊行車(chē)軌道，由于襯砌臺(tái)車(chē)附近較潮濕，方木容易糟爛，在混凝土澆筑過(guò)程中或澆筑后方木被壓變形引起臺(tái)車(chē)下沉，形成頂部襯砌空洞。

9）施工馬虎，造成二次襯砌部分脫空。

4 隧道二襯背后脫空的處理

以地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量放線(xiàn)，確定準(zhǔn)確的注漿范圍，標(biāo)注打設(shè)注漿管的位置。對(duì)拱頂部位二襯背后脫空采用拱頂預(yù)留注漿孔進(jìn)行注漿回填，對(duì)拱腰及邊墻處二襯背后脫空采用鉆孔后注漿回填。

4.1 拱頂

檢查拱頂預(yù)留注漿管：為避免襯砌脫空及方便處理，在澆注襯砌混凝土前，每隔5～8 m在拱頂最高處緊貼防水板位置預(yù)埋通長(zhǎng)縱向注漿管。用鋼筋往返插入預(yù)留的鋼管內(nèi)，若插入順利不受阻擋，證明注漿管未堵塞，否則堵塞，將堵塞的注漿管做好標(biāo)識(shí)。沿縱向注漿管方向在距堵塞的注漿孔50 cm處鉆孔（見(jiàn)圖1），安裝φ20注漿管，混凝土孔口縫用膠密封，待膠凝結(jié)后方能注漿。

圖1 拱頂注漿孔布置

4.2 邊墻

打設(shè)回填注漿孔：根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，采取限深措施，沿著脫空位置上、下邊緣處打設(shè)φ20注漿孔（見(jiàn)圖2）。脫空位置較大的，注漿孔間距為2 m，交錯(cuò)布置。埋設(shè)注漿管，長(zhǎng)度為20 cm（外露）+襯砌厚度。

在鉆孔過(guò)程中，如有操作人員操作不當(dāng)導(dǎo)致防水板被打穿，可采用擴(kuò)孔修補(bǔ)的方法進(jìn)行處理，即在打穿部位人工擴(kuò)孔，擴(kuò)孔范圍半徑不大于10 cm，將防水板修補(bǔ)后采用掛模澆筑微膨脹混凝土封堵。

圖2 邊墻注漿孔布置

4.3 注漿施工

拱腰部位注漿液采用水泥砂漿，拱頂脫空部位采用細(xì)石混凝土回填。在脫空位置下邊緣處孔內(nèi)注漿。注漿過(guò)程中，密切觀(guān)察注漿流量、注漿壓力及周?chē)囊r砌情況。當(dāng)脫空位置上邊緣處孔內(nèi)流出漿液立即用木塞封閉檢并保持緩慢注漿，注漿終壓力持壓5 min后即可結(jié)束，然后用速凝水泥進(jìn)行堵孔，保證漿液不會(huì)順著注漿管流出。

注漿應(yīng)在二襯強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行。注漿時(shí)襯砌表面如出現(xiàn)滲漏水部位，可改用壓注水泥-水玻璃或其他化學(xué)漿液進(jìn)行注漿堵水。

4.4 注漿效果及復(fù)查

注漿完成后，必須對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，以確?；靥钭{的質(zhì)量，對(duì)于不符合要求的地段必須進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。檢查的方法有理論分析法和無(wú)損檢測(cè)法。

分析法主要是對(duì)鉆孔記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢查每孔是否達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

無(wú)損檢測(cè)法：用地質(zhì)雷達(dá)在注漿位置進(jìn)行檢測(cè)，檢查背后有無(wú)空洞。

5 隧道二襯背后脫空防治措施

通過(guò)對(duì)脫空成因分析和鑒于對(duì)脫空的處理，施工人員只要認(rèn)真遵守設(shè)計(jì)文件和施工工藝，監(jiān)管人員認(rèn)真檢查、督導(dǎo)，脫空完全是可以預(yù)防的。

1）加強(qiáng)光面爆破控制，欠挖部位應(yīng)先加以鑿除，提高圍巖基面平整度；嚴(yán)格施工過(guò)程控制，對(duì)噴射混凝土表面凹凸顯著部位應(yīng)分層噴射找平，確保初支基面平整。

2）加強(qiáng)防水板（含土工布） 固定控制和鋪設(shè)質(zhì)量控制，固定點(diǎn)間距宜為拱部0.5～0.8 m，邊墻0.8～1 m，底部1～1.5 m，呈梅花形排列[5]，基面凹凸較大處應(yīng)增加固定點(diǎn)。鋪設(shè)松緊應(yīng)適度并留有余量，實(shí)鋪長(zhǎng)度與初期支護(hù)基面弧長(zhǎng)比值為10∶8[6]，以確保混凝土澆筑后與基面密貼。預(yù)防太緊防水板崩裂，太松形成褶皺導(dǎo)致空洞的出現(xiàn)。

3）拱部堵頭板安裝時(shí)注意接縫密貼，可采用雙面膠等措施，保證混凝土澆筑后不漏漿，不跑漿。

4）把好原材料質(zhì)量關(guān)，控制好混凝土的水灰比或采用適量的膨脹混凝土，減小混凝土干縮徐變。

5）澆筑過(guò)程中振搗密實(shí)，盡量排除在混凝土澆筑時(shí)被擠壓到拱部的空氣，仔細(xì)觀(guān)察澆筑情況，確保拱部混凝土填筑飽滿(mǎn)。

6）混凝土澆筑完成后不要急于拆輸送管、脫模，須待混凝土有一定自穩(wěn)能力后再拆管、脫模。

7）襯砌臺(tái)車(chē)支撐穩(wěn)固，做好二襯臺(tái)車(chē)附近的文明施工，防止支墊方木長(zhǎng)期被水浸泡。定期檢查方木受壓能力，防止混凝土澆筑后被壓碎引起臺(tái)車(chē)下沉。

8）要端正對(duì)隧道二次襯砌存在的認(rèn)識(shí)，重視二次襯砌的作用，嚴(yán)格按隧道施工技術(shù)規(guī)范施工。加強(qiáng)各工序作業(yè)人員的質(zhì)量意識(shí)教育，掌握每一道工序的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；加強(qiáng)技術(shù)管理人員的責(zé)任心教育，把好每一道工序質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

二襯背后脫空嚴(yán)重影響了隧道的二襯混凝土受力性能，造成了安全、質(zhì)量隱患。施工前做好各種準(zhǔn)備，施工中加強(qiáng)澆筑盯控，施工完成一定里程后（以300～500 m為宜）采用無(wú)損檢測(cè)檢查二襯混凝土背后脫空情況，并根據(jù)檢測(cè)報(bào)告對(duì)空洞進(jìn)行注漿處理。事前、過(guò)程控制有力，責(zé)任落實(shí)到人，以起到減小或消除襯砌脫空的作用。

[1] 趙勇.中國(guó)鐵路隧道建設(shè)規(guī)劃與挑戰(zhàn)[R].北京：鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心，2010.

[2]新建高速鐵路蘭州至重慶線(xiàn)蘭州至廣元段時(shí)速200 km（雙層集裝箱）客貨共線(xiàn)電化鐵路雙線(xiàn)隧道復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)圖[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2009.

[3]TB 10121—2007，鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]TB 10223—2004，J341—2004，鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)程[S].

[5]新建高速鐵路蘭州至重慶線(xiàn)蘭州至廣元段時(shí)速200 km（雙層集裝箱）客貨共線(xiàn)電化鐵路隧道防排水設(shè)計(jì)參考圖[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2009.

[6] 鐵道部建設(shè)管理司.鐵路隧道防水板鋪設(shè)工藝技術(shù)規(guī)定[S].2010.