摘 要：隧道二次襯砌的缺陷問(wèn)題，主要表現(xiàn)在襯砌厚度不足和襯砌背后脫空（空洞）?；诖?，以地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理和方法為切入口，就隧道二襯缺陷的形成原因展開(kāi)全面分析，進(jìn)一步探討了有效預(yù)防缺陷的方法和措施，并對(duì)缺陷的處治措施進(jìn)行了總結(jié)，為今后隧道二襯施工提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道二襯；脫空；地質(zhì)雷達(dá)；缺陷防治

中圖分類(lèi)號(hào)：U459.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2024）08-0077-03

1 隧道襯砌脫空檢測(cè)

隨著無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)因其精度高、檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，已經(jīng)成為隧道襯砌缺陷識(shí)別的主要手段。

1.1 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)（Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)GPR）是近年來(lái)一種新興的地下探測(cè)的新技術(shù)。它是利用主頻為106～109 Hz 的電磁波信號(hào)，以寬頻帶高頻時(shí)域電磁脈沖波，探測(cè)介質(zhì)結(jié)構(gòu)位置和分布的無(wú)損探測(cè)儀器，由地面通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射器發(fā)送至地下，經(jīng)地下目標(biāo)體或地層界面反射后返回地面，被雷達(dá)接收器所接收，通過(guò)對(duì)所接收的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到探測(cè)地下目標(biāo)體的目的[1]。

采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道二次襯砌質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，需要將地質(zhì)雷達(dá)的天線(xiàn)密貼于待檢襯砌表面。電磁波通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)進(jìn)入襯砌混凝土介質(zhì)中，遇到混凝土中的空氣、鋼筋等有別于混凝土材質(zhì)時(shí)，由于襯砌混凝土、空氣和鋼筋等物質(zhì)的介電常數(shù)差異較大，電磁波遇到不同波阻抗界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射和折射。通過(guò)接收天線(xiàn)收到反射波，通過(guò)信號(hào)傳輸和處理后，在雷達(dá)圖像上顯示為相應(yīng)的明顯典型特征。根據(jù)雷達(dá)圖像典型特征可以判斷襯砌厚度、空洞以及鋼筋等的位置信息[2]。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理如圖1所示。

天線(xiàn)距缺陷反射面的距離計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：D為天線(xiàn)到缺陷反射面的距離；X為發(fā)射天線(xiàn)到接收天線(xiàn)的距離；V為雷達(dá)波的行走速度；t為雷達(dá)波從發(fā)射至接收到反射波的走時(shí)，用 ns 計(jì)。

1.2 檢測(cè)方法

本次隧道二次襯砌檢測(cè)從小里程往大里程方向沿隧道縱向在拱頂、拱腰及邊墻共布置5條測(cè)線(xiàn)，其中左右側(cè)邊墻各一條（測(cè)線(xiàn)1、側(cè)線(xiàn)2）、左右側(cè)拱腰各一條（測(cè)線(xiàn)3、側(cè)線(xiàn)4）、拱頂一條（測(cè)線(xiàn)5），測(cè)線(xiàn)布置具體位置如圖2所示。

為保證時(shí)間剖面上各測(cè)點(diǎn)的位置與實(shí)際檢測(cè)里程位置相對(duì)應(yīng)，以隧道實(shí)際里程樁號(hào)為基礎(chǔ)，雷達(dá)掃描前需要在隧道邊墻上每5 m或10 m作一個(gè)里程標(biāo)以供核對(duì)。在雷達(dá)掃描過(guò)程中，通過(guò)打標(biāo)器將各個(gè)里程位置實(shí)時(shí)記錄在信號(hào)剖面圖中。

1.3 隧道襯砌檢測(cè)結(jié)果及驗(yàn)證方式

隧道襯砌混凝土脫空的雷達(dá)圖像典型特點(diǎn)如下：脫空?qǐng)D像混凝土界面反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯，且其下部仍有很強(qiáng)的反射界面信號(hào)，兩組信號(hào)的時(shí)程差相對(duì)較大[3]。對(duì)于雷達(dá)判定脫空的缺陷，可現(xiàn)場(chǎng)采用鉆孔打眼和電子微型窺探儀驗(yàn)證的方法對(duì)缺陷進(jìn)行驗(yàn)證。

2 隧道襯砌混凝土脫空（空洞）原因分析

2.1 混凝土澆筑不良

二襯混凝土澆筑導(dǎo)致襯砌背后脫空主要原因有以下4個(gè)原因。

第一，混凝土質(zhì)量不滿(mǎn)足施工要求，二襯混凝土坍落度過(guò)小、流動(dòng)性差，無(wú)法有效填充二襯拱頂空間，導(dǎo)致脫空。二襯混凝土坍落度過(guò)大，通過(guò)附著式振動(dòng)器振動(dòng)后混凝土泌水，加上混凝土本身凝固收縮的特性，二襯背后會(huì)出現(xiàn)一定的小間隙脫空。

第二，在襯砌混凝土澆筑施工中，在拱頂混凝土澆筑時(shí)，開(kāi)窗過(guò)少，存在拱腰混凝土澆筑時(shí)開(kāi)始固定一個(gè)輸送孔“一窗到底”，未嚴(yán)格落實(shí)逐窗、多窗澆筑，極易導(dǎo)致二襯端頭因混凝土流動(dòng)性不足、泵送沖頂壓力達(dá)不到而形成空洞。

第三， 二襯澆筑臺(tái)車(chē)附著式振搗器安裝數(shù)量不滿(mǎn)足施工要求，或因二襯澆筑臺(tái)車(chē)模板剛度小，大量開(kāi)啟附著式振搗器，可能導(dǎo)致模板變形大甚至垮塌風(fēng)險(xiǎn)，致使拱腰和拱頂混凝土振搗不到位，混凝土密實(shí)性差，鋼筋段落因砼阻力大脫空表現(xiàn)更明顯。

第四，現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員履職不到位，二襯模板封模前后未按要求進(jìn)行驗(yàn)收和檢查拱部排氣孔，存在排氣孔未按要求布設(shè)或被混凝土漿體堵塞而空氣排出困難，二襯澆筑到拱頂后，泵送混凝土難以泵入出現(xiàn)“假滿(mǎn)”現(xiàn)象，可導(dǎo)致二襯拱部脫空?，F(xiàn)場(chǎng)施工管理人員未嚴(yán)格落實(shí)最后一方混凝土檢查制度，作業(yè)工人因急躁收工導(dǎo)致混凝土澆筑飽滿(mǎn)程度未達(dá)到要求即停止?jié)仓?，也是二襯拱頂脫空的重要原因之一。

2.2 隧道初支不平整

噴射混凝土面不平整局部凹凸不平，在掛設(shè)防水板后，在背后形成了空腔。隧道初支不平整原因在于針對(duì)圍巖完整性好的Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖段，因光面爆破效果參差不齊，超欠挖問(wèn)題顯著，圍巖自穩(wěn)性好無(wú)需立鋼拱架，且噴射混凝土設(shè)計(jì)厚度薄，使得在進(jìn)行噴射混凝土施工作業(yè)時(shí)很難使其表面平整。針對(duì)Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖段，因噴射工藝執(zhí)行不到位容易造成“排骨架”現(xiàn)象突出，使得防水板鋪設(shè)難度加大，很難與初支面密貼，容易在防水板后面形成空洞。

2.3 防水板鋪設(shè)不良

防水板鋪設(shè)時(shí)的松弛度控制不好，固定點(diǎn)熱熔墊片間距較大或者防水板與熱熔墊片焊接不牢靠，均可造成二襯背后脫空。如防水板鋪設(shè)松弛度過(guò)大，容易引起防水板褶皺，在二襯澆筑中被混凝土擠壓堆積，使混凝土無(wú)法填充，導(dǎo)致二襯背后防水板與初支面局部空腔。如防水板松弛度不足，鋪設(shè)過(guò)于緊繃，在進(jìn)行二襯混凝土澆筑過(guò)程中，防水板將被混凝土不斷拉扯，造成防水板與熱熔墊片發(fā)生脫落，從而引起防水板背后脫空。此現(xiàn)象在拱腰和拱頂處均容易發(fā)生，且易造成長(zhǎng)達(dá)數(shù)米或整板二襯脫空。如果固定防水板用的熱熔墊片不足或者固定質(zhì)量差，也容易導(dǎo)致防水板在二襯澆筑過(guò)程中脫落而下部堆積、上部緊繃，并形成空洞。

3 缺陷的預(yù)防

有效預(yù)防二襯脫空可以從兩個(gè)方面入手，一是加強(qiáng)過(guò)程管控，二是采用先進(jìn)的工藝設(shè)備進(jìn)行施工。

3.1 加強(qiáng)過(guò)程管控

隧道開(kāi)挖完成后，采用3D斷面儀對(duì)開(kāi)挖斷面進(jìn)行檢測(cè)。如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在欠挖現(xiàn)象，可采用2次補(bǔ)炮或用炮機(jī)鑿除的處理方式對(duì)欠挖部位進(jìn)行處理，確保開(kāi)挖斷面無(wú)欠挖，防止圍巖和初支侵限。

加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員和作業(yè)人員施工技術(shù)培訓(xùn)和針對(duì)性的技術(shù)交底?？刹捎肂IM 技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)結(jié)合的方式展現(xiàn)重要施工要點(diǎn)，提高拱架安裝質(zhì)量和噴射混凝土平整度。合理設(shè)置防水板鋪設(shè)的松弛度，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求梅花形排列布設(shè)防水板熱熔墊片，在頂部及拱腰處適當(dāng)加密固定點(diǎn)，同時(shí)加強(qiáng)防水板與熱熔墊片的焊接質(zhì)量，確保二襯混凝土澆筑時(shí)防水板密貼初支面。

對(duì)二襯配合比進(jìn)行優(yōu)化，提高混凝土和易性，減少混凝土凝固后的收縮量，嚴(yán)控二襯混凝土拌合物質(zhì)量。增加二襯澆筑臺(tái)車(chē)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，在拱頂、拱腰、邊墻不同部位安裝足夠數(shù)量附著式振搗器（25個(gè)以上）和足夠時(shí)長(zhǎng)的開(kāi)啟時(shí)間，彌補(bǔ)隧道二襯混凝土拱部、拱腰振搗的空白，改善目前隧道襯砌拱頂范圍內(nèi)混凝土因振搗缺失導(dǎo)致的不密實(shí)及因鋼筋密集堵塞混凝土造成的空洞問(wèn)題。嚴(yán)格按照澆筑工藝分層分窗澆筑和振搗，堅(jiān)決制止拱腰澆筑“一窗到底”，拱頂澆筑“一孔沖頂”的懶省事施工方式，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行間歇反復(fù)沖頂方式（每次沖頂后停歇5～10 min，反復(fù)進(jìn)行3～5次），使得拱頂混凝土達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員履職和考核，嚴(yán)格落實(shí)最后一方混凝土檢查制度，避免人為脫空。

3.2 采用先進(jìn)的工藝設(shè)備進(jìn)行施工

3.2.1 采用先進(jìn)襯砌臺(tái)車(chē)

采用自動(dòng)澆筑二襯臺(tái)車(chē)和自動(dòng)分層逐窗澆筑系統(tǒng)（分層布料機(jī)）如圖3所示。其不用人工拆管、換管、清洗、接管和固定等，操作人員輕松操作控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)泵送接口不同位置的變換，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，管路分層布置可實(shí)現(xiàn)分層澆筑，克服一孔灌到底澆筑導(dǎo)致混凝土離析、產(chǎn)生“人”字坡冷縫的弊端。通過(guò)布料小車(chē)與輸送管路系統(tǒng)結(jié)合的方式，簡(jiǎn)單行走操作對(duì)接相應(yīng)的管路，使混凝土泵送到各工作窗口。經(jīng)三層四點(diǎn)入料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二襯拱墻混凝土的逐窗入模施工。實(shí)現(xiàn)真正意義上的分層逐窗入模，從源頭上避免因澆筑原因?qū)е碌亩r脫空。

3.2.2 采用帶模注漿工藝

帶模注漿工藝是近年來(lái)在隧道施工中防止二襯脫空的重要施工工藝。注漿設(shè)備可固定在二襯臺(tái)車(chē)尾部的簡(jiǎn)易平臺(tái)上，與二襯臺(tái)車(chē)組成一體，也可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況單獨(dú)配置。在二次襯砌混凝土澆筑完成2 h后進(jìn)行且在混凝土初凝前完成，在二襯不脫模的前提下完成。注漿采用流動(dòng)性高的帶有微膨脹性能的充填砂漿，填充砂漿凝結(jié)后應(yīng)具有較高的抗壓強(qiáng)度和較強(qiáng)的粘結(jié)性，以利于與襯砌混凝土結(jié)合成一個(gè)整體。

注漿可采用摻入膨脹劑的水泥漿或?qū)Ｓ玫墓酀{料，水膠比宜為0.5∶1（質(zhì)量比），注漿初壓力在 0.05～0.08 MPa，當(dāng)主注漿口注漿壓力達(dá)到1MPa或者其他注漿口有漿體流出時(shí)，轉(zhuǎn)移至下一注漿口進(jìn)行注漿。當(dāng)端模最高處設(shè)置的溢漿口出漿且達(dá)到注漿漿體濃度后可停止注漿。

4 缺陷整治

在實(shí)際施工中，影響隧道二次襯砌施工質(zhì)量的因素較為復(fù)雜，二次襯砌施工質(zhì)量存在一定缺陷是必然事情。通過(guò)加強(qiáng)施工過(guò)程管控以及采用先進(jìn)的工藝設(shè)備進(jìn)行施工，可以大幅減少襯砌脫空缺陷的出現(xiàn)。當(dāng)通過(guò)雷達(dá)掃描檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隧道襯砌存在缺陷后，應(yīng)根據(jù)具體缺陷性質(zhì)和對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響程度，判定是否處理及選擇處理的方式。當(dāng)前對(duì)二襯脫空缺陷采用注漿填充和鑿除拆換的方式較多，一般認(rèn)為當(dāng)襯砌脫空且實(shí)測(cè)二襯混凝土厚度大于設(shè)計(jì)厚度50%時(shí)，可采用間歇式微膨脹的漿體材料進(jìn)行填充處理。其目的是保證襯砌與初支混凝土之間緊密貼合，改善二襯受力條件。對(duì)于實(shí)測(cè)二襯混凝土厚度小于設(shè)計(jì)厚度50%的點(diǎn)位，應(yīng)采取對(duì)二襯局部開(kāi)“天窗”的方式進(jìn)行鑿除拆換處理。

脫空注漿填充處理施工時(shí)需注意：①每處襯砌脫空缺陷應(yīng)根據(jù)脫空范圍確定鉆孔數(shù)量，鉆孔數(shù)量應(yīng)不低于三個(gè)，將高孔設(shè)置為觀察孔和排氣孔。②回填注漿材料采用微膨脹的漿體材料，可采用加入膨脹劑的水泥漿或?qū)Ｓ玫墓酀{料，水灰比宜控制在0.4以下。③由低向高進(jìn)行灌注，應(yīng)控制初始注漿壓力在0.1～0.2 MPa，最后一孔終壓控制在0.3～0.5 MPa，同時(shí)進(jìn)行間歇反復(fù)注漿方式（每次注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后穩(wěn)壓持續(xù)5 min，然后停歇15 min，再反復(fù)進(jìn)行注漿2～3次），使得拱頂漿飽滿(mǎn)。④在注漿填充過(guò)程中，應(yīng)安排專(zhuān)人密切觀察注漿壓力和襯砌狀況，若發(fā)現(xiàn)襯砌有開(kāi)裂、變形等異?，F(xiàn)象時(shí)應(yīng)立即中止注漿并查找原因，以確保襯砌安全。

脫空采用開(kāi)窗置換處理施工時(shí)需注意：①開(kāi)窗的形狀應(yīng)為規(guī)則，盡量選擇方形、矩形、梯形等規(guī)則形狀，且襯砌窗口破除邊界采用內(nèi)寬外窄的倒梯形。②切口混凝土應(yīng)密實(shí)、無(wú)松散開(kāi)裂等問(wèn)題，并作鑿毛處理。③對(duì)有鋼筋襯砌段，原鋼筋如有銹蝕應(yīng)進(jìn)行除銹處理；對(duì)于素混凝土襯砌段，應(yīng)進(jìn)行植筋處理。④窗口二次澆筑的混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)應(yīng)在原標(biāo)號(hào)的基礎(chǔ)上提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，且應(yīng)采用微膨脹混凝土進(jìn)行澆筑回填，澆筑前應(yīng)對(duì)切口涂刷界面劑。⑤在澆筑混凝土前，提前預(yù)設(shè)回填注漿管孔，等到混凝土初凝前及時(shí)進(jìn)行回填注漿。

5 結(jié)束語(yǔ)

隧道的襯砌脫空問(wèn)題對(duì)隧道結(jié)構(gòu)和日后運(yùn)營(yíng)業(yè)的安全性危害巨大，在實(shí)際施工中隧道二襯施工質(zhì)量的影響因素很多，通過(guò)加強(qiáng)過(guò)程管控、采用先進(jìn)的工藝設(shè)備等施工措施，可有效降低二次襯砌背后脫空及厚度不足的缺陷數(shù)量。對(duì)于隧道二襯已經(jīng)出現(xiàn)的缺陷，通過(guò)雷達(dá)掃描能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其位置和類(lèi)型。在隧道二襯缺陷處理上，應(yīng)根據(jù)缺陷性質(zhì)和對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響程度選擇注漿填充或二襯局部開(kāi)窗置換方式進(jìn)行加固處理，以確保隧道襯砌質(zhì)量，為隧道的順利驗(yàn)收及日后安全運(yùn)營(yíng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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