铁路隧道防止二次衬砌脱空

铁路隧道防止二次衬砌脱空

李耀东

中国水利水电第四工程局有限公司353599

摘要：随着经济社会的不断发展，交通行业得到了前所未有的进步，隧道在线路中占的比重逐渐增大，其在施工过程中的质量问题也越来越突出。文章介绍了隧道衬砌背后脱空治理的意义以及具体的检测办法，进行了成因分析和对脱空的处理，并结合工程实践经验从施工和施工管理角度提出了防治的具体措施，对现场施工减小二衬脱空具有十分重要的意义。

关键词：铁路隧道；二衬脱空；成因；防治措施

引言

近年来西部铁路建设突飞猛进，隧道施工进入了高速发展阶段。截止2015年，已通车运营铁路隧道达上万座，总长度约7000公里，在建的铁路隧道三千余座，长度约7000公里。随着铁路隧道的总延长不断增加，我国隧道已经进入高维修时期，在铁路隧道施工中存在的质量问题也逐步显露出来。其中二次衬砌背后脱空导致衬砌产生裂缝，给后期运营带来安全隐患，已成为较为严重的质量通病。

1.隧道二衬背后脱空治理意义

围岩、初支和衬砌之间依次较紧密接触是地下结构区别于地面结构的主要特征。对于新奥法施工、复合式衬砌的隧道，初支与围岩共同变形、共同承载，在Ⅱ、Ⅲ坚固地层中，二次衬砌约承受较大的围岩松散荷载，主要作为安全储备。但在Ⅳ、Ⅴ软弱围岩中，二次衬砌不再是一种单纯的安全储备，而是受力结构的一个主要组成部分，它承受着50%~70%围岩松散荷载及较大的后期围岩变形压力。隧道开挖完成后，围岩本身应力的释放是一个缓慢的过程，在围岩的收敛结束后、初支变形完全稳定之后才开始施做二衬，形成抗荷环来保证隧道的安全。但是目前的隧道施工现状，由于进度要求，初期支护往往只是起到一个临时的封闭作用，仅仅是保证连续向前开挖施工过程安全的作用。当围岩变形过大或初期支护变形不收敛，又难以及时补强时，需提前施做二衬来保证安全。但二衬混凝土在浇筑过程中常常受到多种因素的影响，在初支与衬砌之间形成空隙，改变了两者之间本应较紧密接触的受力状态，对结构承载力产生影响，从而减弱了其支护强度。

由于二衬承载着较大的围岩松散压力，隧道衬砌背后是否存在脱空将直接影响隧道的安全性能。若有脱空存在，则使围岩-初支体系施加于衬砌的荷载不连续，而出现变形增大或裂纹（裂缝）破坏。只是由于结构的设计承载能力余量和初支的过度承载，延迟和减缓了危害发生的时间和程度，鉴于此隧道二衬背后脱空防治就显得尤其重要。

2.隧道二衬背后脱空检测

隧道属于地下隐蔽工程，一旦建成存在的问题将很难发现和处理，故在每施工完一段里程后，对隧道衬砌质量进行检测很有必要，及时发现施工工艺缺陷，通过调整参数进行处理，最大限度的保证质量。对于衬砌背后脱空，检查的方法有钻孔检查法和无损检测法。

钻孔检查法：采用混凝土取芯钻机进行钻孔检查。属于传统的检验方法，特点是效率低，偶然性大，代表性差，而且破坏了衬砌的整体性。

无损检测法：地质雷达法。特点是连续、高效、无损，具有分辨率高、图像直观、对场地条件要求低等优点。与传统方法相比，该方法可快速准确地找出隧道衬砌质量隐患，有效地解决传统方法对衬砌的破坏问题，具有显著的社会效益和经济效益，在施工过程中得到普遍应用。

地质雷达（GroundPenetratingRadar）是利用高频电磁波在岩体传播中遇到地质界面产生反射的特性，探测异常地质体的一种方法。隧道二次衬砌的常见结构为30~45cm厚的素混凝土体，中心频率为1000MHz天线地质雷达GPR的可探测深度为0~50cm。二次衬砌的脱空，在图像上表现为雷达波的多次高频反射，三振相明显，两组信号时程差较大。

3.隧道二衬背后脱空成因

（1）光面爆破效果不好，造成隧道局部存在较深的凹坑，初支喷砼平整度达不到规范要求，防水板挂设后形成一个空腔，因防水板松弛度所限，在混凝土浇筑后形成空洞。

（2）防水板（含土工布）挂设未预留足够的松散系数，如果防水板（含土工布）绷得太紧，则不能紧贴初支基面，使泵送的混凝土不能穿过防水板流动到背后的空隙内而形成脱空。如果防水板（含土工布）挂设太松，在混凝土浇筑过程中会因受挤压形成褶皱，在褶皱之间留下空隙。

（3）端头模板封堵不密实，浇筑完成后在等强度过程中从接缝里漏浆、跑浆，使拱部混凝土下落，形成空洞。

（4）施工时对原材料质量控制不严，砂粒过细，施工配合比水灰比偏大、混合料坍落度过大，浇筑后混凝土收缩徐变，形成空洞。或隧道处于较陡纵坡上（20‰），浇筑后混凝土收缩徐变，在上坡端出现脱空。

（5）混凝土在浇筑过程中振捣不密实，内部存在气孔、空洞等，上部混凝土浇筑完成后在自重作用下下沉，在拱部造成空洞。

（6）拱部混凝土浇筑时，由于泵送压力或浇筑方式，致使拱顶位置浇筑不到位留下空洞。

（7）拆管过早、提前脱模。盲目追求施工进度，在混凝土未初凝前现场施工人员急于拆管，造成未自稳的混凝土掉落形成漏斗，或提前脱模，使低强度混凝土过量承载，导致衬砌开裂和下沉造成衬砌脱空。

（8）衬砌台车底座支撑不牢固。在现场施工过程中，台车多采用方木支垫行车轨道，由于衬砌台车附近较潮湿，方木容易糟烂，在混凝土浇筑过程中或浇筑后方木被压变形引起台车下沉，形成顶部衬砌空洞。

（9）主观上对二次衬砌存在着片面认识，认为围岩压力是由锚喷砼承受的，二次衬砌仅仅起到安全储备作用。错误的施工指导思想导致了施工马虎，造成二次衬砌部分脱空。

4.隧道二衬背后脱空的处理

4.1拱顶

检查拱顶预留注浆管：为避免衬砌脱空及方便处理，在浇注衬砌混凝土前，每隔5~8m在拱顶最高处紧贴防水板位置预埋通长纵向注浆管。用钢筋往返插入预留的钢管内，若插入顺利不受阻挡，证明注浆管未堵塞，否则堵塞，将堵塞的注浆管做好标识。沿纵向注浆管方向在距堵塞的注浆孔50cm处钻孔，安装φ20注浆管，砼孔口缝用胶密封，待胶凝结后方能注浆。

4.2边墙

打设回填注浆孔：拱顶回填注浆应纳入工序，在衬砌脱模前及时进行。注浆材料采用高结石率的水泥浆或微膨胀水泥浆，注浆压力应达到0.2mpa。注浆过程中发现吸浆量过大时应停止注浆，查明原因后采取处理措施。

在钻孔过程中，如有操作人员操作不当导致防水板被打穿，可采用扩孔修补的方法进行处理，即在打穿部位人工扩孔，扩孔范围半径不大于10cm，将防水板修补后采用挂模浇筑微膨胀混凝土封堵。

4.3注浆施工

注浆液拱腰部位采用水泥砂浆，拱顶脱空部位采用细石混凝土回填。在脱空位置下边缘处孔内注浆。注浆过程中，密切观察注浆流量、注浆压力及周围的衬砌情况。当脱空位置上边缘处孔内流出浆液立即用木塞封闭检并保持缓慢注浆，注浆终压力持压5分钟后即可结束，然后用速凝水泥进行堵孔，保证浆液不会顺着注浆管外侧流出。

注浆应在二衬强度达到100%后方可进行。注浆时衬砌表面如出现有渗漏水部位，可改用压注水泥-水玻璃或其他化学浆液进行注浆堵水。

4.4注浆效果及复查

注浆完成后，必须对注浆效果进行检查，以确保回填注浆的质量，对于不符合要求的地段必须进行补孔注浆。检查的方法有理论分析法和无损检测法。

分析法主要是对钻孔记录进行的统计分析，检查每孔是否达到注浆结束标准。

无损检测法：用地质雷达在注浆位置进行检测，检查背后有无空洞。

5.结束语

二衬背后脱空严重影响了隧道的二衬混凝土受力性能，造成了安全、质量隐患。施工前做好各种准备，施工中加强浇筑盯控，施工完成一定里程后（以300m~500m为宜）采用无损检测检查二衬混凝土背后脱空情况，并根据检测报告对空洞进行注浆处理。事前、过程控制有力，责任落实到人，以起到减小或消除衬砌脱空的作用。

参考文献：

[1]赵勇.中国铁路隧道建设规划与挑战，铁道部工程设计鉴定中心。2011年5月20日

[2]中铁第一勘察设计院集团有限公司.新建高速铁路兰州至重庆线兰州至广元段时速200km（双层集装箱）客货共线电化铁路双线隧道复合式衬砌设计图.[E].2012