隧道工程二次襯砌背后脫空的防治措施

隧道工程二次襯砌背后脫空的防治措施中交一航局蘭渝鐵路項目部楊文平張立興1摘要：隨著隧道在線路中占的比重增大，其在施工過程中的質(zhì)量問題也愈發(fā)明顯。文章介紹了隧道襯砌背后脫空治理的必要性及檢測方法，進(jìn)行了成因分析和對脫空的處理，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗從施工和施工管理角度提出了防治的具體措施，對現(xiàn)場施工減小二襯脫空具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：鐵路隧道；二襯脫空；成因；防治措施2

目錄隧道二次襯砌背后脫空的防治引言第四部分隧道二襯背后脫空的處理第五部分隧道二襯背后脫空防治措施第一部分隧道二襯背后脫空治理必要性第二部分隧道二襯背后脫空檢測結(jié)束語第三部分隧道二襯背后脫空成因分析3保證質(zhì)量滿足驗收脫空檢測成因分析脫空處理治理必要性全文主線4

引言近年來西部鐵路建設(shè)突飛猛進(jìn)，隧道施工進(jìn)入了高速發(fā)展階段。截止2010年，已通車運營鐵路隧道達(dá)8900余座，總長度約6000公里，在建的鐵路隧道2500余座，長度約5000公里[1]。隨著鐵路隧道的總延長不斷增加，我國隧道已經(jīng)進(jìn)入高維修時期，在鐵路隧道施工中存在的質(zhì)量問題也逐步顯露出來。其中二次襯砌背后脫空導(dǎo)致襯砌產(chǎn)生裂縫，給后期運營帶來安全隱患，已成為較為嚴(yán)重的質(zhì)量通病。5陜西省甘肅省12345我公司蘭渝項目部施工管段起訖里程：DK470+918~DK501+005，正線全長30.087km，含5座隧道，其中2座是高危性隧道道。隧道工程長度27.357km占總正線全長90.8%。工程簡介第一部分：隧道二襯背后脫空治理必要性6

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備，而是受力結(jié)構(gòu)的一個主要組成部分，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]。第一部分：隧道二襯背后脫空治理必要性隧道工程斷面及基本概念7隧道開挖完成后，圍巖本身應(yīng)力的釋放是一個緩慢的過程，在圍巖的收斂結(jié)束后、初支變形完全穩(wěn)定之后才開始施做二襯[3]，形成抗荷環(huán)來保證隧道的安全。但是目前的隧道施工現(xiàn)狀，由于進(jìn)度要求，初期支護(hù)往往只是起到一個臨時的封閉作用，僅僅是保證連續(xù)向前開挖施工過程安全的作用。當(dāng)圍巖變形過大或初期支護(hù)變形不收斂，又難以及時補強時，需提前施做二襯來保證安全[2]。但二襯混凝土在澆筑過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)，對結(jié)構(gòu)承載力產(chǎn)生影響，從而減弱了其支護(hù)強度。第一部分：隧道二襯背后脫空治理必要性鉆爆開挖噴砼支護(hù)監(jiān)控量測8

第一部分：隧道二襯背后脫空治理必要性由于二襯承載著較大的圍巖松散壓力，隧道襯砌背后是否存在脫空將直接影響隧道的安全性能。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)計承載能力余量和初支的過度承載，延遲和減緩了危害發(fā)生的時間和程度，鑒于此隧道二襯背后脫空防治就顯得尤其重要。9隧道屬于地下隱蔽工程，一旦建成存在的問題將很難發(fā)現(xiàn)和處理，故在每施工完一段里程后，對隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測很有必，及時發(fā)現(xiàn)施工工藝缺陷，通過調(diào)整參數(shù)進(jìn)行處理，最大限度的保證質(zhì)量。對于襯砌背后脫空，檢查的方法有鉆孔檢查法和無損檢測法。第二部分：隧道二襯背后脫空檢測鉆孔檢查法：采用混凝土取芯鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔檢查，如圖1。屬于傳統(tǒng)的檢驗方法,特點是效率低,偶然性大,代表性差,而且破壞了襯砌的整體性。無損檢測法：地質(zhì)雷達(dá)法，特點是連續(xù)、高效、無損，具有分辨率高、圖像直觀、對場地條件要求低等優(yōu)點。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,有效地解決傳統(tǒng)方法對襯砌的破壞問題,具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，在施工過程中得到普遍應(yīng)用。10第二二部部分分：：隧隧道道二二襯襯背背后后脫脫空空檢檢測測地質(zhì)質(zhì)雷雷達(dá)達(dá)（（GroundPenetratingRadar）是是利利用用高高頻頻電電磁磁波波在在巖巖體體傳傳播播中中遇遇到到地地質(zhì)質(zhì)界界面面產(chǎn)產(chǎn)生生反反射射的的特特性性，，探探測測異異常常地地質(zhì)質(zhì)體體的的一一種種方方法法。。RAMACⅡⅡ型主機(jī)11第二部分：隧隧道二襯背后后脫空檢測隧道二次襯砌砌的常見結(jié)構(gòu)構(gòu)為30~45cm厚的素混凝土土體,中心頻率為1000MHz天線地質(zhì)雷達(dá)達(dá)GPR的可探測深度度為0~50cm。二次襯砌的的脫空,在圖像上表現(xiàn)現(xiàn)為雷達(dá)波的的多次高頻反反射，三振相相明顯，兩組組信號時程差差較大[4]。500MHz天線1000MHz天線空洞反射12第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析隧道二襯背后后脫空主要集集中在拱頂和和側(cè)壁拱腰等等部位。從二二襯背后脫空空部位分析，，總結(jié)得出大大致有以下幾幾個原因：（1）光面爆破效效果不好，造造成隧道局部部存在較深的的凹坑，初支支噴砼平整度度達(dá)不到規(guī)范范要求，防水水板掛設(shè)后形形成一個空腔腔，因防水板板松弛度所限限，在混凝土土澆筑后形成成空洞。光爆效果差初噴平整度差差13第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析（2）防水板（含含土工布）掛掛設(shè)未預(yù)留足足夠的松散系系數(shù)，如果防防水板（含土土工布）繃得得太緊，則不不能緊貼初支支基面，使泵泵送的混凝土土不能穿過防防水板流動到到背后的空隙隙內(nèi)而形成脫脫空。如果防防水板（含土土工布）掛設(shè)設(shè)太松，在混混凝土澆筑過過程中會因受受擠壓形成褶褶皺，在褶皺皺之間留下空空隙。14第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析（3）端頭模板封封堵不密實，，澆筑完成后后在等強度過過程中從接縫縫里漏漿、跑跑漿，使拱部部混凝土下落落，形成空洞洞。15第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析（4）施工時對原原材料質(zhì)量控控制不嚴(yán)，砂砂粒過細(xì)，施施工配合比水水灰比偏大、、混合料坍落落度過大，澆澆筑后混凝土土收縮徐變，，形成空洞。?；蛩淼捞幱谟谳^陡縱坡上上（20‰），澆筑后混混凝土收縮徐徐變，在上坡坡端出現(xiàn)脫空空。（5）混凝土在澆澆筑過程中振振搗不密實，，內(nèi)部存在氣氣孔、空洞等等，上部混凝凝土澆筑完成成后在自重作作用下下沉，，在拱部造成成空洞?，F(xiàn)場塌落度試試驗16第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析（6）拱部混凝土土澆筑時，由由于泵送壓力力或澆筑方式式，致使拱頂頂位置澆筑不不到位留下空空洞。17第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析（7）拆管過早、、提前脫模。。盲目追求施施工進(jìn)度，在在混凝土未初初凝前現(xiàn)場施施工人員急于于拆管，造成成未自穩(wěn)的混混凝土掉落形形成漏斗，或或提前脫模，，使低強度混混凝土過量承承載，導(dǎo)致襯襯砌開裂和下下沉造成襯砌砌脫空。18第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析（8）襯砌臺車底底座支撐不牢牢固。在現(xiàn)場場施工過程中中，臺車多采采用方木支墊墊行車軌道，，由于襯砌臺臺車附近較潮潮濕，方木容容易糟爛，在在混凝土澆筑筑過程中或澆澆筑后方木被被壓變形引起起臺車下沉，，形成頂部襯襯砌空洞。19第三部分：隧隧道二襯背后后脫空成因分分析（9）主觀上對二二次襯砌存在在著片面認(rèn)識識，認(rèn)為圍巖巖壓力是由錨錨噴砼承受的的，二次襯砌砌僅僅起到安安全儲備作用用。錯誤的施施工指導(dǎo)思想想導(dǎo)致了施工工馬虎，造成成二次襯砌部部分脫空。2021中交第一航務(wù)工程局有限公司以地質(zhì)雷達(dá)無無損檢測數(shù)據(jù)據(jù)為依據(jù)，測測量人員進(jìn)行行測量放線，，確定準(zhǔn)確的的注漿范圍，，標(biāo)注打設(shè)注注漿管的位置置。對拱頂部部位二襯背后后脫空采用拱拱頂預(yù)留注漿漿孔進(jìn)行注漿漿回填，對拱拱腰及邊墻處處二襯背后脫脫空采用鉆孔孔后注漿回填填。第四部分:隧道二襯背后后脫空的處理理脫空處理拱頂邊墻注漿施工效果及復(fù)查檢查拱頂預(yù)留留注漿管：為為避免襯砌脫脫空及方便處處理，在澆注注襯砌混凝土土前，每隔5~8m在拱頂最高處處緊貼防水板板位置預(yù)埋通通長縱向注漿漿管。用鋼筋筋往返插入預(yù)預(yù)留的鋼管內(nèi)內(nèi)，若插入順順利不受阻擋擋，證明注漿漿管未堵塞，，否則堵塞，，將堵塞的注注漿管做好標(biāo)標(biāo)識。沿縱縱向注漿管方方向在距堵塞塞的注漿孔50cm處鉆孔，安裝裝φ20注漿管，砼孔孔口縫用膠密密封，待膠凝凝結(jié)后方能注注漿。4.1拱頂?shù)谒牟糠?隧道二襯背后脫空的處理拱頂預(yù)留注漿漿管22第四部分:隧道二襯背后脫空的處理打設(shè)回填注漿漿孔：根據(jù)檢檢測報告，采采取限深措施施，沿著脫空空位置上、下下邊緣處打設(shè)設(shè)Φ20注漿孔。脫空空位置較大的的，注漿孔間間距為2米，交錯布置置。埋設(shè)注漿漿管，長度為為20cm（外露）+襯砌厚度。在鉆孔過程中中，如有操作作人員操作不不當(dāng)導(dǎo)致防水水板被打穿，，可采用擴(kuò)孔孔修補的方法法進(jìn)行處理，，即在打穿部部位人工擴(kuò)孔孔，擴(kuò)孔范圍圍半徑不大于于10cm，將防水板修修補后采用掛掛模澆筑微膨膨脹混凝土封封堵。4.2邊墻23第四部分:隧道二襯背后脫空的處理注漿液拱腰部部位采用水泥泥砂漿，拱頂頂脫空部位采采用細(xì)石混凝凝土回填。在在脫空位置下下邊緣處孔內(nèi)內(nèi)注漿。注漿漿過程中，密密切觀察注漿漿流量、注漿漿壓力及周圍圍的襯砌情況況。當(dāng)脫空位位置上邊緣處處孔內(nèi)流出漿漿液立即用木木塞封閉檢并并保持緩慢注注漿，注漿終終壓力持壓5分鐘后即可結(jié)結(jié)束，然后用用速凝水泥進(jìn)進(jìn)行堵孔，保保證漿液不會會順著注漿管管外側(cè)流出。。注漿應(yīng)在二襯襯強度達(dá)到100%后方可進(jìn)行。。注漿時襯砌砌表面如出現(xiàn)現(xiàn)有滲漏水部部位，可改用用壓注水泥-水玻璃或其他他化學(xué)漿液進(jìn)進(jìn)行注漿堵水水。4.3注漿施工24沈陽耿力GFBY50/70型液壓雙液注注漿泵注漿液拱腰部部位采用水泥泥砂漿，拱頂頂脫空部位采采用細(xì)石混凝凝土回填。在在脫空位置下下邊緣處孔內(nèi)內(nèi)注漿。注漿漿過程中，密密切觀察注漿漿流量、注漿漿壓力及周圍圍的襯砌情況況。當(dāng)脫空位位置上邊緣處處孔內(nèi)流出漿漿液立即用木木塞封閉檢并并保持緩慢注注漿，注漿終終壓力持壓5分鐘后即可結(jié)結(jié)束，然后用用速凝水泥進(jìn)進(jìn)行堵孔，保保證漿液不會會順著注漿管管外側(cè)流出。。注漿應(yīng)在二襯襯強度達(dá)到100%后方可進(jìn)行。。注漿時襯砌砌表面如出現(xiàn)現(xiàn)有滲漏水部部位，可改用用壓注水泥-水玻璃或其他他化學(xué)漿液進(jìn)進(jìn)行注漿堵水水。第四部分:隧道二襯背后脫空的處理4.4注漿效果及檢檢查注漿處理前后后對比圖25通過對脫空成成因分析和鑒鑒于對脫空的的處理，施工工企業(yè)只要認(rèn)認(rèn)真遵守設(shè)計計文件和施工工工藝，監(jiān)管管單位只要認(rèn)認(rèn)真檢查、督督導(dǎo)，脫空完完全是可以預(yù)預(yù)防的，預(yù)防防勝于整治。。第五部分:隧道二襯背后脫空防治措施2627二襯脫空防治措施加強防水板（含土工布）固定控制和鋪設(shè)質(zhì)量控制嚴(yán)把原材料質(zhì)質(zhì)量關(guān)加強振搗初期支護(hù)主觀上重視加強模板拼接保證足夠養(yǎng)護(hù)時間文明施工加強光面爆破破控制加強光面爆破破控制欠挖部位應(yīng)先先加以鑿除，，提高圍巖基基面平整度；；嚴(yán)格施工過過程控制，對對噴射混凝土土表面凹凸顯顯著部位應(yīng)分分層噴射找平平，確保初支支基面平整。。郭家溝斜井光光爆效果第五部分:隧道二襯背后脫空防治措施28南崖山隧道出出口防水板掛掛設(shè)加強防水板（（含土工布））固定控制和和鋪設(shè)質(zhì)量控控制固定點間距宜宜為拱部0.5~0.8米，邊墻0.8~1米，底部1~1.5米，呈梅花形形排列[5]，基面凹凸較較大處應(yīng)增加加固定點。鋪鋪設(shè)松緊應(yīng)適適度并留有余余量，實鋪長長度與初期支支護(hù)基面弧長長的比值為10:8[6]，以確?；炷翝仓笈c與基面密貼。。預(yù)防太緊防防水板崩裂，，太松形成褶褶皺導(dǎo)致空洞洞的出現(xiàn)。第五部分:隧道二襯背后脫空防治措施29堵頭模板加強模板拼接接拱部堵頭板安安裝時注意接接縫密貼，可可采用雙面膠膠等措施，保保證混凝土澆澆筑后不漏漿漿，不跑漿。。第五部分:隧道二襯背后脫空防治措施30合格原材料嚴(yán)把原材料質(zhì)質(zhì)量關(guān)把好原材料質(zhì)質(zhì)量關(guān)，控制制好混凝土的