公路隧道二衬混凝土防脱空施工技术研究

西部探矿工程2019年第2期公路隧道二衬混凝土防脱空施工技术研究

段

瑜*，余平军，黄灿荣

（保<山>施<甸>高速公路投资开发有限公司，云南保山678200）

摘

要：隧道二衬混凝土背后脱空是隧道工程常见的质量缺陷，对隧道二次衬砌混凝土脱空病害进

行了系统分析，并对病害成因进行了分类；针对脱空病害的成因，分别从爆破开挖、初期支护施工、防水板施工、模板及混凝土浇筑施工等方面介绍了二衬混凝土防脱空施工技术；并进一步介绍了混凝土脱空病害的处治技术。

关键词：公路隧道；二次衬砌；混凝土脱空；病害处治

中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1004-5716(2020)02-0178-03

1

概述

根据相关统计资料，所有的长大隧道均存在二衬背后脱空问题，拱部二衬背后脱空长度占到隧道长度的10%以上，边墙部位二衬背后脱空长度占隧道长度的5%~8%。此外，初期支护无钢架的Ⅱ、Ⅲ级围岩段较初期支护有钢架的Ⅳ、Ⅴ级围岩段二衬背后脱空问题更严重。

目前隧道衬砌均设计为复合式衬砌，一般情况下Ⅱ、Ⅲ级围岩二衬承受30%的围岩松弛荷载，Ⅳ、Ⅴ级围岩二衬承受围岩松弛荷载的50%。设计结构分析计算时，均是按复合式衬砌背后回填密实、衬砌背后围岩能提供径向弹性抗力考虑的。因此，不论是拱部二衬背后脱空，还是边墙二衬背后脱空的危害，均改变了二衬结构受力，使二衬局部受力加大，造成了安全隐患。拱部二衬背后脱空则安全隐患更大。

二次衬砌拱顶脱空时，拱部均为正弯矩，即拱部上缘受拉，按常规配筋拱部上缘不配受力钢筋，这就会使拱部上缘受拉开裂，导致渗漏水和腐蚀钢筋，进而使二次村砌混凝土破坏。另一方面，二次衬砌拱顶脱空以后，围岩失去应有的保护和支护，可能使围岩松弛和变形增大，进而导致围岩失稳、脱落破坏。因此，二次衬砌顶部脱空现象是必须加以预防和处理的。22.1

隧道二衬混凝土脱空病害成因分析开挖及初支对二衬脱空的影响

光面爆破效果差是造成隧道二衬背后脱空的首要因素。对于Ⅱ、Ⅲ级围岩段，因初支一般不设计钢架，

*收稿日期：2018-06-09

修回日期：2018-07-02

喷砼很难使表面平顺，使得防水板很难密贴初支；对于Ⅳ、Ⅴ级围岩段，光爆差则有时会造成钢架架立不平顺，造成起伏现象，使得防水板很难密贴初支。光面爆破效果较好，但由于初支施工时未对局部掉块部位进行挂网处理、喷射手技术水平较差或责任心不强等原因造成局部空洞或表面不平顺。2.2

防水板施工对二衬脱空的影响

防水板铺设松弛度不足，局部紧绷，在防水板与喷砼面之间形成空腔。防水板铺设松弛度过大，形成褶皱，造成二衬背后脱空。防水板采用吊带挂设，防水板与初支之间会产生一定的自由度，浇筑砼时易造成防水板局部紧绷而背后脱空。防水板固定点数量不足，砼浇筑过程中易因砼摩擦力而下坍，引起拱部防水板紧绷而脱空。2.3

模板施工对二衬脱空的影响

模板台车底部支撑不牢靠，如果台车在砼强度不足以承受自重前发生下沉、变形则可能导致二衬背后脱空。挡头板封堵不严实，漏浆，造成二衬背后脱空或不密实。此情况多出现于拱顶处。2.4

混凝土浇筑对二衬脱空的影响

混凝土浇筑时仅利用个别窗口，混凝土流动距离过长，距灌注窗口远处易因混凝土供应数量不足、压力不足而造成脱空。混凝土浇筑过程中未振捣密实，浇筑完成后混凝土受自重下沉，造成拱部脱空。混凝土浇筑至拱部时，难以精确掌握混凝土量，拱部混凝土灌注量不足而致使拱部局部形成脱空。拱顶混凝土采用

第一作者简介：段瑜（1982-），男（白族），云南鹤庆人，工程师，现从事高速公路建设管理工作。

2019年第2期西部探矿工程179

一次泵满的方式施工，捣固后混凝土下沉致使拱顶形成空腔。下坡施工时，浇注段与上循环之间会形成空气囊（拱部）而造成衬砌背后空洞。混凝土扩散度不足，封顶时局部泵送不到位，造成二衬脱空。2.5

养护对二衬脱空的影响

混凝土拆模前，如模板台车被运输车辆撞击，则可能造成模板台车移位，导致二衬脱空。混凝土自身收缩、徐变由于混凝土本身的特性，其在浇注后要发生收缩和徐变，致使衬砌与围岩或防水板间出现空隙，此种原因造成的空隙一般小于2cm。3隧道二衬混凝土防脱空施工技术3.1

隧道二衬混凝土防脱空施工工艺流程

通过上述分析可知，影响二衬脱空的因素涉及施工的各个环节，需从开挖、初支、防水板铺设、模板、砼浇筑、砼振捣、养护等环节加以控制。工艺控制流程如图1所示。

图1混凝土防脱空施工流程

3.2光面爆破施工控制技术

将周边眼间距控制在50cm以内，围岩为薄层状

时进一步缩小周边眼间距至45cm。周边眼所用药卷直径为⌀32mm时，采用间隔装药；所用药卷直径为⌀25mm时，采用连续装药。对于装药量，通过试验不断优化。炮眼采用炮泥堵塞30cm以上。对于Ⅳ、Ⅴ级围岩段，一是尽量减小外插角，二是考虑爆破后找顶的影响控制钻眼轮廓线。严谨实施测量放样工作，边墙开挖时亦须测量放样。

3.3

初期支护施工质量控制措施

喷砼施工前，先对局部掉块部位进行挂网处理。喷射作业自下而上连续进行，喷射角度与受喷面垂直，喷嘴与受喷面的距离控制在0.6~1.8m，喷射手须根据回弹情况动态调整。钢架制架方面，一是按照统一标准制作钢架，避免长短不一；二是须通过测量放样，使各钢架位于同一高度、同一平面内。对较大下凹处，须喷至大至圆顺；钢架间须喷射平整，避免喷砼厚度严重不足时在钢架两侧表面高度突变，严禁出现肋骨现象。喷砼完成后当班清除脚部多余混凝土，局部超喷的部位要当班清除，避免凝结成块，影响初支平整度。初支表面的钢筋头也要及时清除3.4

防水板敷设质量控制措施

拱顶隧道中线两侧各3m范围内的防水板固定点间距控制在0.6m以内，拱腰部位的防水板固定点间距控制在0.8m以内，边墙的防水板固定点间距控制在1.0m以内，梅花形布置；基面凹凸较大处增加因定点，使防水板与基面紧贴。防水板固定采用焊接工艺，避

免采用吊带挂设产生的下垂。防水板松弛度控制方面，一是要松紧适宜，二是不仅要注意环向松弛度，还要注意纵向松弛度。混凝土灌注过程中，在灌注窗口采用专用支撑丝杠对防水板进行固定，减少浇筑过程混凝土对防水板的拖拽效应。3.5

模板台车及混凝土振捣施工技术

保证模板施工质量：操作模板台车前行至待衬砌位置后，关闭行走电机，并在行走轮处打好木楔或使用阻车器，防止溜车或衬砌中骨架受偏力产生位移，引起跑、爆模。旋紧底梁下的螺旋支腿，并确保轨道下轨枕数量充足、基础坚实。边模调整至设计尺寸后，上好所有侧模丝杠并确保旋紧。浇筑混凝土前再次复查台车的加固系统，确保支撑可靠。浇筑混凝土前检查一遍浇注窗口，保证各窗口均可正常使用。挡头板须封堵严实，接缝严密，避免漏浆。

强化混凝土浇筑、振捣工艺控制：严禁浇筑混凝土时仅利用中间一排窗口，避免混凝土流动距离过长，距灌注窗口远处易因混凝土供应数量不足、压力不足而造成脱空。浇筑混凝土时不得直接冲向防水板板面，一是防止混凝土离析，二是防水混凝土拖拽防水板造成脱空。在模板台车上设置附着式振捣器，边墙部位每侧3个、拱腰部位每侧3个、拱顶2个。混凝土浇筑过程中采用插入式振捣器配合附着式振捣器捣固。封顶灌注至少利用2个泵送孔，确保灌注到位。封顶时适当

180

西部探矿工程2019年第2期减缓泵送速度，以利捣固、排气和观察充填情况。上坡施工时，在挡头板处紧贴拱顶最高处设置排气兼观察孔。浇筑砼从低往高进行，若挡头板处排气孔泄流由稀变浓，可确认灌注饱满，结束灌注。下坡施工时，利用靠近上循环的端头设置排气兼观察孔，顶部孔口距防水板约2cm。浇筑砼从低往高进行，若排气孔泄流由稀变浓，可确认灌注饱满，结束灌注。控制混凝土施工配合比，拱部封顶混凝土适当提高坍落度。拱顶预埋3根注浆管，供衬砌后拱顶做注浆处理，确保拱顶砼密实。4隧道二衬混凝土脱空病害处治技术4.1

二衬混凝土脱空病害处治方案

脱空高度小于10cm时，采用⌀42mm小导管压注纯水泥浆处理，水灰比为0.5∶1。脱空高度达到10cm以上时，采用⌀42mm小导管压注水泥砂浆处理，水泥砂浆要具有较强的流动性。4.2

二衬混凝土脱空病害处理施工工艺（1）钻孔施工。

①布孔：首先检测结果确定脱空的位置，钻设注浆孔、排气孔，并将排气孔设于较高处。排气孔同时兼具检测功能。

②钻孔：在标记钻孔处用风进行钻眼，根据检测衬砌实际长度进行钻孔，要边钻边进行测量，防止超钻破坏防水板。钻眼到达实际衬砌厚度处停止钻孔，检测衬砌背后是否脱空和防水板是否破损。如钻孔深度达到实测厚度仍未钻透时，应边钻边测量，并做好记录。

（2）注浆施工。

①注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，指导施工。

②注浆过程中随时检查孔口、邻孔有无窜浆现象，如发生窜浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵窜浆口，直至下排孔浆液注满为止，方可采用快硬水泥砂浆或锚固剂封堵。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。

（3）下排孔浆液注满时，采用中间孔继续注浆，其余两孔封堵好，在注浆时观察上面排气孔，直至浆液注满为止，可停止注浆，并及时封堵注浆口和排气孔。

（4）注浆过程派专人负责盯控，填写《注浆记录

表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值、注浆孔窜浆、流浆程度。

（5）当发现检测管（排气管）开始流出浆液时，则基本注满，须再保持缓慢注浆，当压力出现持续升高时，停止注浆。4.3

脱空病害处治施工要点

钻孔前，应精确测定钻孔的平面位置、实际施工厚度等，施工中严格控制钻机偏移及卡钻。施工中做好钻孔记录，边钻边量测，及时掌握钻孔深度，杜绝防水板钻破。钻孔处采用高标号防渗水砼封堵密实。5

结语

本文结合工程案例针对存在偏压、浅埋、断层破碎带等不利施工条件的隧道工程关键施工技术进行研究，分析了浅埋偏压隧道的受力变形特性，对关键施工工艺进行了分析介绍，针对隧道潜在的施工风险，提出了针对性的风险防控措施。这些施工技术及风险防控措施通过工程实践证明是可行的，可为今后类似隧道工程的施工提供参考。

参考文献：[1][2]2017(28).

杨航.解析高速公路隧道衬砌施工与维护技术[J].低碳世界，四川水泥，章恩钊.机制砂在高寿尖隧道衬砌泵送混泥土中的应用2017(7).

[J].

[3]及应用邵顺安[J].,郑景祥福建建材，,郑礼永2017(7)..探地雷达检测隧道衬砌的影响因素[4]准化，徐玉兴2017(4)..地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用[J].中国标[5][6]2017(4).

张开.隧道衬砌支护施工技术及质量控制[J].中国标准化，

院学报，李冰.基于优度评价法的隧道衬砌健康判别方法2017(5).

[J].新余学[7]通世界，徐国庆.寒区隧道衬砌主动保温效果的数值模拟研究2017(29).

[J].交

[8]术张友衡[J].居业，,张帮宏2017(9)..复杂地质隧道衬砌变形分析与工程治理技

[9][10]

2015(1).

陈燕.浅谈隧道衬砌质量检测和缺陷分析处理[J].安徽建筑，孙铭地理，.浅谈隧道衬砌施工影响因素和施工质量控制2017(8).

[J].城市