隧道二次衬砌背后脱空的防治技术总结

隧道二次衬砌背后脱空的防治中交一航局兰渝铁路项目部杨文平张立兴1摘要：随着隧道在线路中占的比重增大，其在施工过程中的质量问题也愈发明显。文章介绍了隧道衬砌背后脱空治理的必要性及检测方法，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指导意义。关键词：铁路隧道；二衬脱空；成因；防治措施2

目录隧道二次衬砌背后脱空的防治引言第四部分隧道二衬背后脱空的处理第五部分隧道二衬背后脱空防治措施第一部分隧道二衬背后脱空治理必要性第二部分隧道二衬背后脱空检测结束语第三部分隧道二衬背后脱空成因分析3保证质量满足验收脱空检测成因分析脱空处理治理必要性全文主线4

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2010年，已通车运营铁路隧道达8900余座，总长度约6000公里，在建的铁路隧道2500余座，长度约5000公里[1]。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。5陕西省甘肃省12345我公司兰渝项目部施工管段起讫里程：DK470+918~DK501+005，正线全长30.087km，含5座隧道，其中2座是高危性隧道道。隧道工程长度27.357km占总正线全长90.8%。工程简介第一部分：隧道二衬背后脱空治理必要性6

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30%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[2]。第一部分：隧道二衬背后脱空治理必要性隧道工程断面及基本概念7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[3]，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[2]。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。第一部分：隧道二衬背后脱空治理必要性钻爆开挖喷砼支护监控量测8

第一部分：隧道二衬背后脱空治理必要性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。9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，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。第二部分：隧道二衬背后脱空检测钻孔检查法：采用混凝土取芯钻机进行钻孔检查，如图1。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。10第二部分分：隧道道二衬背背后脱空空检测地质雷达达（GroundPenetratingRadar）是利用用高频电电磁波在在岩体传传播中遇遇到地质质界面产产生反射射的特性性，探测测异常地地质体的的一种方方法。RAMACⅡⅡ型主机11第二部分分：隧道道二衬背背后脱空空检测隧道二次次衬砌的的常见结结构为30~45cm厚的素混混凝土体体,中心频率率为1000MHz天线地质质雷达GPR的可探测测深度为为0~50cm。二次衬衬砌的脱脱空,在图像上上表现为为雷达波波的多次次高频反反射，三三振相明明显，两两组信号号时程差差较大[4]。500MHz天线1000MHz天线空洞反射射12第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析隧道二衬衬背后脱脱空主要要集中在在拱顶和和侧壁拱拱腰等部部位。从从二衬背背后脱空空部位分分析，总总结得出出大致有有以下几几个原因因：（1）光面爆爆破效果果不好，，造成隧隧道局部部存在较较深的凹凹坑，初初支喷砼砼平整度度达不到到规范要要求，防防水板挂挂设后形形成一个个空腔，，因防水水板松弛弛度所限限，在混混凝土浇浇筑后形形成空洞洞。光爆效果果差初喷平整整度差13第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析（2）防水板板（含土土工布））挂设未未预留足足够的松松散系数数，如果果防水板板（含土土工布））绷得太太紧，则则不能紧紧贴初支支基面，，使泵送送的混凝凝土不能能穿过防防水板流流动到背背后的空空隙内而而形成脱脱空。如如果防水水板（含含土工布布）挂设设太松，，在混凝凝土浇筑筑过程中中会因受受挤压形形成褶皱皱，在褶褶皱之间间留下空空隙。14第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析（3）端头模模板封堵堵不密实实，浇筑筑完成后后在等强强度过程程中从接接缝里漏漏浆、跑跑浆，使使拱部混混凝土下下落，形形成空洞洞。15第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析（4）施工时时对原材材料质量量控制不不严，砂砂粒过细细，施工工配合比比水灰比比偏大、、混合料料坍落度度过大，，浇筑后后混凝土土收缩徐徐变，形形成空洞洞。或隧隧道处于于较陡纵纵坡上（（20‰），浇筑筑后混凝凝土收缩缩徐变，，在上坡坡端出现现脱空。。（5）混凝土土在浇筑筑过程中中振捣不不密实，，内部存存在气孔孔、空洞洞等，上上部混凝凝土浇筑筑完成后后在自重重作用下下下沉，，在拱部部造成空空洞。现场塌落落度试验验16第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析（6）拱部混混凝土浇浇筑时，，由于泵泵送压力力或浇筑筑方式，，致使拱拱顶位置置浇筑不不到位留留下空洞洞。17第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析（7）拆管过过早、提提前脱模模。盲目目追求施施工进度度，在混混凝土未未初凝前前现场施施工人员员急于拆拆管，造造成未自自稳的混混凝土掉掉落形成成漏斗，，或提前前脱模，，使低强强度混凝凝土过量量承载，，导致衬衬砌开裂裂和下沉沉造成衬衬砌脱空空。18第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析（8）衬砌台台车底座座支撑不不牢固。。在现场场施工过过程中，，台车多多采用方方木支垫垫行车轨轨道，由由于衬砌砌台车附附近较潮潮湿，方方木容易易糟烂，，在混凝凝土浇筑筑过程中中或浇筑筑后方木木被压变变形引起起台车下下沉，形形成顶部部衬砌空空洞。19第三部分分：隧道道二衬背背后脱空空成因分分析（9）主观上上对二次次衬砌存存在着片片面认识识，认为为围岩压压力是由由锚喷砼砼承受的的，二次次衬砌仅仅仅起到到安全储储备作用用。错误误的施工工指导思思想导致致了施工工马虎，，造成二二次衬砌砌部分脱脱空。2021中交第一一航务工程程局有限公司司以地质雷雷达无损损检测数数据为依依据，测测量人员员进行测测量放线线，确定定准确的的注浆范范围，标标注打设设注浆管管的位置置。对拱拱顶部位位二衬背背后脱空空采用拱拱顶预留留注浆孔孔进行注注浆回填填，对拱拱腰及边边墙处二二衬背后后脱空采采用钻孔孔后注浆浆回填。。第四部分分:隧道二衬衬背后脱脱空的处处理脱空处理理拱顶边墙注浆施工工效果及复复查检查拱顶顶预留注注浆管：：为避免免衬砌脱脱空及方方便处理理，在浇浇注衬砌砌混凝土土前，每每隔5~8m在拱顶最最高处紧紧贴防水水板位置置预埋通通长纵向向注浆管管。用钢钢筋往返返插入预预留的钢钢管内，，若插入入顺利不不受阻挡挡，证明明注浆管管未堵塞塞，否则则堵塞，，将堵塞塞的注浆浆管做好好标识。。沿纵纵向注浆浆管方向向在距堵堵塞的注注浆孔50cm处钻孔，，安装φ20注浆管，，砼孔口口缝用胶胶密封，，待胶凝凝结后方方能注浆浆。4.1拱顶第四部分:隧道二衬背后脱空的处理拱顶预留留注浆管管22第四部分:隧道二衬背后脱空的处理打设回填填注浆孔孔：根据据检测报报告，采采取限深深措施，，沿着脱脱空位置置上、下下边缘处处打设Φ20注浆孔。。脱空位位置较大大的，注注浆孔间间距为2米，交错错布置。。埋设注注浆管，，长度为为20cm（外露））+衬砌厚度度。在钻孔过过程中，，如有操操作人员员操作不不当导致致防水板板被打穿穿，可采采用扩孔孔修补的的方法进进行处理理，即在在打穿部部位人工工扩孔，，扩孔范范围半径径不大于于10cm，将防水水板修补补后采用用挂模浇浇筑微膨膨胀混凝凝土封堵堵。4.2边墙23第四部分:隧道二衬背后脱空的处理注浆液拱拱腰部位位采用水水泥砂浆浆，拱顶顶脱空部部位采用用细石混混凝土回回填。在在脱空位位置下边边缘处孔孔内注浆浆。注浆浆过程中中，密切切观察注注浆流量量、注浆浆压力及及周围的的衬砌情情况。当当脱空位位置上边边缘处孔孔内流出出浆液立立即用木木塞封闭闭检并保保持缓慢慢注浆，，注浆终终压力持持压5分钟后即即可结束束，然后后用速凝凝水泥进进行堵孔孔，保证证浆液不不会顺着着注浆管管外侧流流出。注浆应在在二衬强强度达到到100%后方可进进行。注注浆时衬衬砌表面面如出现现有渗漏漏水部位位，可改改用压注注水泥-水玻璃或或其他化化学浆液液进行注注浆堵水水。4.3注浆施工工24沈阳耿力力GFBY50/70型液压双双液注浆浆泵注浆液拱拱腰部位位采用水水泥砂浆浆，拱顶顶脱空部部位采用用细石混混凝土回回填。在在脱空位位置下边边缘处孔孔内注浆浆。注浆浆过程中中，密切切观察注注浆流量量、注浆浆压力及及周围的的衬砌情情况。当当脱空位位置上边边缘处孔孔内流出出浆液立立即用木木塞封闭闭检并保保持缓慢慢注浆，，注浆终终压力持持压5分钟后即即可结束束，然后后用速凝凝水泥进进行堵孔孔，保证证浆液不不会顺着着注浆管管外侧流流出。注浆应在在二衬强强度达到到100%后方可进进行。注注浆时衬衬砌表面面如出现现有渗漏漏水部位位，可改改用压注注水泥-水玻璃或或其他化化学浆液液进行注注浆堵水水。第四部分:隧道二衬背后脱空的处理4.4注浆效果果及检查查注浆处理理前后对对比图25通过对脱脱空成因因分析和和鉴于对对脱空的的处理，，施工企企业只要要认真遵遵守设计计文件和和施工工工艺，监监管单位位只要认认真检查查、督导导，脱空空完全是是可以预预防的，，预防胜胜于整治治。第五部分:隧道二衬背后脱空防治措施2627二衬脱空空防治措施施加强防水板（含土工布）固定控制和铺设质量控制严把原材材料质量量关加强振捣捣初期支护护主观上重重视加强模板拼接保证足够够养护时间间文明施工工加强光面面爆破控控制加强光面面爆破控控制欠挖部位位应先加加以凿除除，提高高围岩基基面平整整度；严严格施工工过程控控制，对对喷射混混凝土表表面凹凸凸显著部部位应分分层喷射射找平，，确保初初支基面面平整。。郭家沟斜斜井光爆爆效果第五部分:隧道二衬背后脱空防治措施28南崖山隧隧道出口口防水板板挂设加强防水水板（含含土工布布）固定定控制和和铺设质质量控制制固定点间间距宜为为拱部0.5~0.8米，边墙墙0.8~1米，底部部1~1.5米，呈梅梅花形排排列[5]，基面凹凹凸较大大处应增增加固定定点。铺铺设松紧紧应适度度并留有有余量，，实铺长长度与初初期支护护基面弧弧长的比比值为10:8[6]，以确保保混凝土土浇筑后后与基面面密贴。。预防太太紧防水水板崩裂裂，太松松形成褶褶皱导致致空洞的的出现。。第五部分:隧道二衬背后脱空防治措施29堵头模板板加强模板板拼接拱部堵头头板安装装时注意意接缝密密贴，可可采用双双面胶等等措施，，保证混混凝土浇浇筑后不不漏浆，，不跑浆浆。第五部分:隧道二衬背后脱空防治措施30合格原材材料严把原材材料质量量关把好原材材料质量量关，控控制好混混凝土的的水灰比比或采用用适量的的膨胀混混凝土，，减小混混凝土干干缩徐变变。监控配比比加强振捣捣浇筑过程程中振捣捣密实，，尽量排排除在混混凝土