劉飚

摘要 為了解決二襯混凝土澆筑不密實(shí)、容易出現(xiàn)空洞，嚴(yán)重影響混凝土施工質(zhì)量和襯砌結(jié)構(gòu)受力的問(wèn)題，提出一種基于防脫空裝置的二襯混凝土密實(shí)澆筑技術(shù)。該防脫空裝置利用混凝土中水能導(dǎo)電的原理，通過(guò)判斷防脫空裝置燈是否常亮對(duì)二襯混凝土密實(shí)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。依托鄭萬(wàn)高鐵香樹(shù)灣隧道項(xiàng)目，采用無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)防脫空裝置應(yīng)用效果進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明：（1）文章提出的防脫空裝置具有原理可靠、制作簡(jiǎn)單、安裝快捷等優(yōu)點(diǎn);（2）試驗(yàn)段二襯無(wú)損檢測(cè)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)拱頂、拱腰、邊墻存在脫空現(xiàn)象，表明該技術(shù)應(yīng)用效果良好，可為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞 隧道工程;混凝土澆筑;襯砌脫空;防脫空裝置;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào) U455.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0157-03

0 引言

隨著川藏鐵路等工程的推進(jìn)，我國(guó)隧道工程建設(shè)日益增多，隧道二襯混凝土作為隧道工程中的重要結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量直接影響隧道安全施工與運(yùn)營(yíng)[1]。在隧道二襯混凝土澆筑過(guò)程中，由于材料、施工工藝、施工管理等原因，很容易出現(xiàn)澆筑不密實(shí)、存在空洞等質(zhì)量問(wèn)題[2-3]。張頂立等[4]對(duì)100余座鐵路隧道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，結(jié)果顯示襯砌背后存在空洞長(zhǎng)度占測(cè)試總長(zhǎng)的11.3%。這些問(wèn)題極易導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫甚至掉塊、滲漏水、影響襯砌結(jié)構(gòu)正常受力等問(wèn)題，嚴(yán)重危害隧道施工及運(yùn)營(yíng)[5]。伍毅敏等[6]基于數(shù)值模擬手段研究襯砌脫空對(duì)隧道結(jié)構(gòu)受力的不利影響，數(shù)值模擬結(jié)果表明，相比于無(wú)脫空工況，二襯頂部襯砌脫空會(huì)引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，顯著增大襯砌應(yīng)力及變形，影響襯砌安全。葉藝超等[7]分析了不同脫空模式對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全性的影響，結(jié)果表明，拱腰處出現(xiàn)脫空較拱頂位置出現(xiàn)脫空對(duì)結(jié)構(gòu)更為不利。傅鶴林等[8]基于荷載-結(jié)構(gòu)平面計(jì)算分析模型研究襯砌脫空對(duì)隧道安全性的影響，研究結(jié)果表明脫空范圍對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響極大，當(dāng)脫空范圍大于20°時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的開(kāi)裂、剝落等嚴(yán)重病害。傳統(tǒng)的襯砌脫空的檢測(cè)方法主要為探地雷達(dá)法，其具有無(wú)損、連續(xù)、快速、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)[9]。覃暉等[10]基于支持向量機(jī)的基本原理，建立了一套隧道襯砌空洞探地雷達(dá)圖像的機(jī)器識(shí)別方法。竇順等[11]開(kāi)展了聲振檢測(cè)襯砌空洞的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并提出了襯砌脫空判定標(biāo)準(zhǔn)，為聲振法在隧道二襯脫空檢測(cè)中的工程運(yùn)用提供理論依據(jù)。

1 工程概況

香樹(shù)灣隧道位于重慶市巫山縣和湖北省巴東縣境內(nèi)，全長(zhǎng)12 474.5 m，最大埋深約620 m，為單洞雙線隧道。隧道設(shè)計(jì)縱坡為30‰、19.1‰和?30‰的人字坡;Ⅲ級(jí)圍巖400 m，占總長(zhǎng)的7.6%;Ⅳ級(jí)圍巖4 088 m，占總長(zhǎng)的77.8%;Ⅴ級(jí)圍巖總長(zhǎng)的767 m，占總長(zhǎng)的14.6%。設(shè)計(jì)為Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道。地層構(gòu)造主要受三溪鄉(xiāng)斷裂和巫山向斜影響，伴生較多次級(jí)皺褶，受其影響后巖層產(chǎn)狀變化顯著。隧道洞身地層巖性為泥質(zhì)夾砂，洞身段深部地層巖層局部繞曲，泥巖內(nèi)構(gòu)造節(jié)理裂隙多為密閉型，較發(fā)育;砂巖構(gòu)造節(jié)理裂隙為密閉～微張型，延伸較遠(yuǎn)，較發(fā)育。

2 防脫空裝置的原理與優(yōu)點(diǎn)

2.1 防脫空裝置基本原理

利用混凝土中水的導(dǎo)電性，設(shè)計(jì)一個(gè)由接觸端子、控制箱、指示燈和導(dǎo)線組成的閉環(huán)線路，其中兩個(gè)接觸端子固定在拱頂防水板上。澆筑混凝土?xí)r，混凝土在自重作用下會(huì)下沉，若接觸端子安裝的隧道拱部部位混凝土密實(shí)，則證明二襯所有部位混凝土均密實(shí)。見(jiàn)圖1。

2.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 原理簡(jiǎn)單可靠

依據(jù)導(dǎo)電原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土澆筑密實(shí)度的監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)單可靠。較傳統(tǒng)物探和鉆孔而言，有效地提高了施工過(guò)程中拱頂二襯的檢測(cè)效率。

2.2.2 安裝便捷

防脫空裝置安裝簡(jiǎn)單，在二襯鋼筋綁扎結(jié)束后，只須采用透明膠帶將接觸端子固定在防水板上，并將相關(guān)線路固定在二襯鋼筋上即可，安裝方便快捷，施工影響小。

2.2.3 效果直觀

通過(guò)指示燈是否全亮對(duì)混凝土密實(shí)情況進(jìn)行判斷，簡(jiǎn)單直觀且可靠性高。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 施工工藝流程

隧道二襯混凝土密實(shí)澆筑施工方法為：

（1）施工準(zhǔn)備（安裝防水板、襯砌鋼筋、排氣管）。

（2）安裝接觸端子及導(dǎo)線。

（3）防脫空裝置空載試驗(yàn)。

（4）襯砌臺(tái)車就位。

（5）澆筑混凝土。

（6）點(diǎn)亮指示燈。

（7）判斷混凝土澆筑飽滿。

（8）停止?jié)仓?，關(guān)閉電源。具體工藝流程見(jiàn)圖2。

3.2 防脫空裝置安裝

3.2.1 施工方法

在二襯鋼筋綁扎結(jié)束后，通知電工及工人配合安裝線路，1環(huán)12 m長(zhǎng)的二襯，設(shè)置5個(gè)接觸端子，間距3 m/個(gè)，接觸端子采用透明膠帶固定在防水板上面，布設(shè)線路統(tǒng)一留在堵頭板位置，同時(shí)接入集中控制柜內(nèi)，臺(tái)車就位前提前測(cè)試防脫空裝置線路連接是否通暢，防脫空裝置安裝見(jiàn)圖3。

3.2.2 施工要點(diǎn)

（1）液位連通式防脫空裝置采用裸露l cm端頭的絕緣銅導(dǎo)線，安裝接觸端子線路時(shí)要保證接觸端子頭的干燥。

（2）接觸端子和導(dǎo)線采用粘接方式固定在防水板或RPC管上，防止?jié)仓^(guò)程中脫落。

（3）開(kāi)挖及支護(hù)平整度、防水卷材鋪設(shè)、襯砌臺(tái)車、泵送混凝土、和易性和坍落度等應(yīng)符合相關(guān)要求。

（4）要求安裝位置的防水板背后應(yīng)密實(shí)無(wú)脫空。

（5）控制箱應(yīng)固定在襯砌臺(tái)車上，并做好防護(hù)，指示燈宜采用紅色。

（6）襯砌臺(tái)車就位前進(jìn)行防脫空裝置空載試驗(yàn)，檢測(cè)各條導(dǎo)線是否連通。

3.3 混凝土澆筑施工方法與要點(diǎn)

3.3.1 施工方法

混凝土澆筑過(guò)程中，提前將防脫空裝置開(kāi)啟，當(dāng)防脫空裝置燈亮?xí)r，則可以初步判定混凝土澆筑在此范圍，裝置燈開(kāi)始亮一下后面又熄滅了說(shuō)明混凝土經(jīng)過(guò)后未壓頂密實(shí);當(dāng)防脫空裝置燈一直常亮且堵頭位置和預(yù)留帶模注漿管內(nèi)流出水泥漿，可初步判定此次混凝土澆筑密實(shí)，后續(xù)可通過(guò)無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3.2 施工要點(diǎn)

嚴(yán)格按照相關(guān)要求澆筑混凝土，當(dāng)所有指示燈全亮?xí)r，可初步判定拱頂混凝土澆筑密實(shí)。同時(shí)結(jié)合混凝土用量、RPC管出漿情況等綜合判斷混凝土是否澆筑飽滿。當(dāng)確認(rèn)混凝土澆筑飽滿后關(guān)閉防脫空裝置電源，見(jiàn)圖4。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

對(duì)已采用防脫空裝置進(jìn)行二襯施工的里程段，采用無(wú)損雷達(dá)對(duì)已澆筑的二襯混凝土進(jìn)行實(shí)體檢測(cè)，驗(yàn)證使用防脫空裝置后二襯拱部背后混凝土是否存在空洞或者不密實(shí)現(xiàn)象發(fā)生[12]。測(cè)試結(jié)果顯示，二襯混凝土未發(fā)現(xiàn)拱頂、拱腰、邊墻存在脫空現(xiàn)象，見(jiàn)圖5。

4 結(jié)論

混凝土襯砌澆筑過(guò)程中容易出現(xiàn)空洞的難題給隧道快速施工和結(jié)構(gòu)安全造成很大的制約和影響，該文依托鄭萬(wàn)高鐵香樹(shù)灣隧道項(xiàng)目，提出一種基于防脫空裝置的二襯混凝土密實(shí)澆筑技術(shù)，總結(jié)如下：

（1）所提出的基于防脫空裝置的二襯混凝土密實(shí)澆筑技術(shù)原理簡(jiǎn)單可靠、安裝便捷、效果直觀，不影響隧道施工進(jìn)度。

（2）現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果顯示，已采用防脫空裝置進(jìn)行二襯施工的里程段未發(fā)現(xiàn)拱頂、拱腰、邊墻存在脫空現(xiàn)象，具有良好的應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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