蔡泉華

（德清縣德安公路建設(shè)有限責(zé)任公司，浙江 湖州 313299）

襯砌拱頂脫空是長期困擾隧道工程的質(zhì)量問題，嚴(yán)重威脅隧道結(jié)構(gòu)的安全。近年來，因?yàn)楣绊斆摽赵斐梢r砌掉塊從而引發(fā)的安全事故時有發(fā)生。

一、襯砌拱頂脫空須提前主動應(yīng)對

襯砌拱頂脫空問題往往防不勝防，因?yàn)樵斐梢r砌拱頂脫空的原因多種多樣，包括混凝土自然收縮、泵送壓力不足及防水板松鋪不當(dāng)?shù)取Ｍ瑫r，襯砌拱頂脫空一旦形成，即使后期注漿充填也無法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。因此，要提升隧道襯砌質(zhì)量，就必須在澆筑過程中及時發(fā)現(xiàn)并消除襯砌拱頂脫空。

浙江省德清304省道PPP項(xiàng)目中的鎮(zhèn)海至安吉公路德清河口至矮部里段工程PPP項(xiàng)目在建設(shè)過程中，開發(fā)了基于分布式壓密傳感器的襯砌澆筑主動監(jiān)測技術(shù)，并結(jié)合監(jiān)測結(jié)果帶模注漿，取得了良好的防脫空效果。

圖1 隧道環(huán)形鋪設(shè)的分布式壓密傳感器

該項(xiàng)目起點(diǎn)位于浙江省湖州市德清縣武康街道對河口，順接現(xiàn)狀省道09線，并與在建的杭州繞城西復(fù)線莫干山段互通相接，經(jīng)德清縣莫干山鎮(zhèn)筏頭村、瑤塢村，終點(diǎn)位于德清與湖州市安吉縣交界的矮部里，與鎮(zhèn)海至安吉公路安吉段順接。路線全長約14.62公里，設(shè)隧道3515米/5座，其中石壁山隧道長1135米，矮部里隧道德清段長1136米。隧道工程清單量占該項(xiàng)目清單總量的45%，因此隧道工程施工的質(zhì)量對整個項(xiàng)目有決定性影響。

二、基于分布式壓密傳感器的襯砌澆筑主動監(jiān)測技術(shù)

該技術(shù)主要依托分布式壓密傳感器和襯砌澆筑主動監(jiān)測系統(tǒng)，按照一定工藝流程，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取針對性的措施，可以及時發(fā)現(xiàn)并消除襯砌拱頂脫空。

要在澆筑襯砌的過程中實(shí)時、動態(tài)地掌握混凝土澆筑的進(jìn)程和密實(shí)性，必須克服鋼模板的遮擋、信號屏蔽、混凝土性狀變化等困難。既要求結(jié)果準(zhǔn)確可靠、監(jiān)測點(diǎn)足夠密集，又要求監(jiān)測成本低廉、安裝使用方便快捷。對此，作為該項(xiàng)目的合作企業(yè)，德清縣德安公路建設(shè)有限責(zé)任公司聯(lián)合中南大學(xué)等單位，研制了分布式壓密傳感器。

分布式壓密傳感器利用混凝土的擠壓作用，使彈性墊層發(fā)生壓縮變形，從而使彈性墊層兩側(cè)的導(dǎo)電膜片接觸連通，由此判定該測點(diǎn)是否被擠壓密實(shí)。然后通過在一條傳感器上布設(shè)一系列測點(diǎn)（該工程測點(diǎn)間距為60厘米），形成分布式壓密傳感器，最終實(shí)現(xiàn)對襯砌背后不同位置密實(shí)狀態(tài)的監(jiān)測。

在實(shí)際應(yīng)用中，把分布式壓密傳感器環(huán)向或縱向布設(shè)在防水板與土工布之間。隨著混凝土澆筑的不斷推進(jìn)，已澆筑的混凝土?xí)Ψ浪瀹a(chǎn)生擠壓，進(jìn)而擠壓防水板與土工布之間的分布式壓密傳感器，由此識別混凝土的澆筑位置，以及混凝土是否充分?jǐn)D壓防水板，形成密實(shí)的混凝土。因此，通過縱環(huán)向布設(shè)的傳感器，可以全面掌握整個混凝土澆筑的過程，分析和評價(jià)襯砌澆筑的對稱性、平衡性、連續(xù)性和密實(shí)度，從而指導(dǎo)工藝管控。

襯砌澆筑主動監(jiān)測系統(tǒng)主要由分布式壓密傳感器、監(jiān)測延長線、直顯和通信終端、無線路由器和監(jiān)測工控機(jī)5個部分構(gòu)成。

分布式壓密傳感器用于監(jiān)測混凝土澆筑狀態(tài)，可根據(jù)監(jiān)測等級不同，在隧道拱圈環(huán)向、隧道拱頂縱向布設(shè)若干條；監(jiān)測延長線用于延長傳感器接線，使其不受下一模預(yù)先鋪掛的防水板和綁扎的鋼筋影響；直顯和通信終端根據(jù)需要可分為直顯終端和顯傳終端，直顯終端無通信功能，僅能通過指示燈顯示監(jiān)測狀態(tài)，顯傳終端既有顯示功能也有通信功能，可將監(jiān)測狀態(tài)通過無線信號發(fā)送至監(jiān)測工控機(jī)；無線路由器用于工控機(jī)和顯傳終端的數(shù)據(jù)通信；監(jiān)測工控機(jī)用于監(jiān)測、顯示和儲存澆筑監(jiān)測數(shù)據(jù)。

通過襯砌澆筑主動監(jiān)測實(shí)現(xiàn)防脫空，需要按照一定的工藝流程——初期支護(hù)檢查→鋪掛土工布→粘貼傳感器→鋪掛防水板→綁扎鋼筋、臺車就位→連接顯傳終端→混凝土澆筑（帶模注漿）→全部紅燈變綠→澆筑結(jié)束。

在襯砌澆筑過程中，應(yīng)時刻根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取針對性措施。襯砌前后端混凝土高差過大時，應(yīng)調(diào)整進(jìn)料口使混凝土均衡向上澆筑，避免過大高差引起混凝土離析、分層；襯砌左右兩側(cè)混凝土高差過大時，應(yīng)調(diào)整進(jìn)料口加快較低一側(cè)的襯砌澆筑，避免偏壓使得臺車變形或移位；襯砌拱頂顯示存在脫空時，應(yīng)加大泵送壓力持續(xù)澆灌，確實(shí)無法泵送使其密實(shí)時，應(yīng)在二襯臺車對應(yīng)位置預(yù)留的壓漿口處注漿使其密實(shí)。

圖2 隧道縱向鋪設(shè)的分布式壓密傳感器

三、應(yīng)用效果驗(yàn)證及推廣情況

分布式壓密傳感器在該項(xiàng)目首次使用時，采用地質(zhì)雷達(dá)掃描驗(yàn)證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，二者完全一致。為進(jìn)一步分析主動監(jiān)測和精準(zhǔn)注漿的效果，詳細(xì)檢查最早監(jiān)測的9模襯砌，結(jié)果表明該區(qū)段襯砌長度為90米，缺陷累計(jì)長度為1.53米，總?cè)毕萋蕿?.7%，該90米采用分布式壓密傳感器的背后脫空合格率為98.3%。

基于襯砌澆筑主動監(jiān)測技術(shù)的良好效果，浙江交工宏途建設(shè)有限公司組織編制了《基于分布式壓密傳感器的隧道二襯施工工藝作業(yè)指導(dǎo)書》《隧道二次襯砌治理通病治理手冊》《德清304項(xiàng)目2019年度質(zhì)量安全圖冊》，并把有關(guān)技術(shù)措施編入德清304省道PPP項(xiàng)目隧道二襯施工方案中，在全線隧道推廣應(yīng)用。此外，還組織集團(tuán)層面的隧道二襯通病治理現(xiàn)場會，面向全湖州市組織國省道品質(zhì)工程現(xiàn)場會，獲得了廣泛認(rèn)可。

基于分布式壓密傳感器的襯砌澆筑主動監(jiān)測技術(shù)和系統(tǒng)原理簡單可靠、安裝使用方便、成本低廉，值得在公路隧道襯砌通病防控和品質(zhì)工程建設(shè)大力推廣應(yīng)用。此外，還應(yīng)該繼續(xù)圍繞該技術(shù)開發(fā)襯砌澆筑管控平臺，提高澆筑過程的管控力度；研發(fā)與分布式壓密傳感器相配套的縱向抽拔式精準(zhǔn)注漿系統(tǒng)，進(jìn)一步提高注漿的準(zhǔn)確性，最終全面消除襯砌拱頂脫空這一問題。