雷家坡隧道衬砌脱空技术研究

羿士龙

羿士龙

中铁十七局集团第四工程有限公司重庆404100

摘要：二次衬砌为隧道建设中主要结构，为防止围岩变形，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构，具有一定的防水功能，可以提高隧道安全性能，所以衬砌施工质量直接影响施工及线路运行安全。在隧道建设过程中，很容易发生隧道拱顶脱空现象，本文通过对新建郑州至万州高速铁路重庆段土建8标雷家坡隧道施工情况进行研究。

关键词：雷家坡隧道；二衬脱空；成因；预防措施；

参考文献

1、前言

本文通过新建郑州至万州高速铁路（重庆段）土建8标雷家坡隧道介绍了隧道二衬背后脱空治理的必要性和隧道背后脱空的检测方法，并对脱空原因进行分析，讲述背后脱空的处理方法和预防背后脱空的措施，对预防隧道二衬背后脱空施工具有借鉴意义，本文以雷家坡隧道为例，进行分析研究，研究结果如下。

2、雷家坡工程概况

雷家坡隧道为新建郑州至万州高速铁路（重庆段）土建8标重难点工程，雷家坡隧道地处重庆市万州区的大周镇与熊家镇交界处，总长度为8033m。中心里程DK811+006.5，隧道中部设置1座施工斜井，斜井与正洞交汇里程为DK809+720。隧道V级围岩1833m占22.8%，IV级围岩1575m占19.6%，Ⅲ级围岩4625m占57.6%。

3、雷家坡隧道进行二衬脱空治理的意义

雷家坡隧道在二衬进行混凝土浇筑过程中，会存在诸多的因素影响质量，如施工人员、操作工艺、混凝土干缩、徐变等，导致衬砌拱顶和围岩之间会出现空隙。衬砌的受力结构会因为这些空隙而发生改变，降低其支护强度。但当下我国的隧道施工过程中初期支护的作用仅局限于临时封闭，仅起到施工过渡的作用。一旦初期支护无法保正稳定，都是采用二衬进行弥补，已经在实际施工中形成了定律。依靠隧道二衬质量时，若隧道背后存在脱空现象则会直接降低隧道的质量。

4、雷家坡隧道二衬背后脱空检测

雷家坡隧道利用地质雷达法检测拱顶是否存在脱空。此方法可以在短时间内勘测出衬砌背后的质量问题，同时也不会对衬砌混凝土产生破坏，已经在隧道施工中得到广泛应用。地质雷达扫描图见图1

图1地质雷达扫描图

5、雷家坡隧道二衬背后脱空成因

5.1.初期支护问题

隧道开挖过程中，光面爆破效果不理想，存在超挖现象，在初期的支护工作过程中，如果支护面不能达到平整的状态，表面有一些深浅不一的凹坑。在铺设防水板之后，空腔形成。

5.2.防水板问题

铺设注意松弛度，如果防水板铺设过于松弛，在进行混凝土浇筑时，防水板容易受到外部的压力而发生变形的现象，变形之后的防水板会形成皱褶并且出现空隙，影响功能。如果防水板铺设过于紧张，初期支护面与防水板之间就会出现一定距离的空隙，还有可能在大的压力作用之下，将防水板撑坏。

5.3.混凝土问题

整个施工流程中最终一部分为混凝土施工，所以此部分也会出现诸多问题影响质量。在进行混凝土浇筑的过程中，理论上应该将混凝土振捣密实，但是实际上由于很多因素的作用，使得很难达到密实的程度，在混凝土的内部出现气孔以及空洞，影响混凝土的质量。浇筑完毕之后，由于重力作用混凝土会沿着隧道轮廓线向下流动，就会形成拱部空洞的情况。而且在顶部浇筑过程中，采取的浇筑方式有误或泵送压力不足等因素都会造成拱顶位置浇筑没有达到规定要求，遗留一定的空洞。浇筑工作完成之后，还经常出现端头的模板连接松散，不够紧密导致接缝部位出现漏浆以及跑浆的现象，拱顶部的混凝土因此出现下落的情况，空洞就此形成。混凝土完成浇筑后需要进行养护工作，达到养护期限，满足指标要求才可拆除模板，如果提前拆除模板，就会导致混凝土脱落而形成漏斗形状，即本文阐述的衬砌脱空。

5.4.衬砌台车的问题

在施工的现场，衬砌台车所应用的轨道多数是方木垫支而成的。木制的轨道有一个特点，便是容易受到水的腐蚀而出现腐烂的现象。而衬砌台车周围正是潮湿的环境，方木支撑的轨道经常出现部分或全体腐烂的现象，影响了衬砌台车的正常运行。这样一来，台车整体下沉导致混凝土浇筑变形。

衬砌台车端头模存在缝隙、封堵不密实，浇筑混凝土存在震动或混凝土振捣时从端头模缝隙漏浆。台车端头模板的详情如图2。

图2台车端头模板图

6、雷家坡隧道二衬背后脱空具体处理办法

首先依照地质雷达监测的结果，确定注浆的位置与用量。利用拱顶注浆的方式来处理雷家坡隧道二衬背后脱空。注浆花管的材质为PVC，直径为30mm。长度需要比衬砌长度多出200mm，并在管材上设置溢浆孔，孔之间间隔180mm且直径确保为8mm。注浆管详见图3、4。

图3注浆管正面图

图4注浆管剖面图

在布置注浆花管与排气管时切勿捅破衬砌背后的防水板，避免让防水板失去防水性能。

完成此次二次衬砌后，并在下循环二次其次施工之前，同时需要确保封堵孔口的材料达到一定强度后，进行注浆，注浆压力达到0.2MPa或排气管出浆时需结束注浆，并封堵注浆口。

在施工过程中，在钻孔埋设注浆管过程中，管口到围岩之间需要保持5-10cm的间隙，便于浆液通畅流出；利用钢板和膨胀螺栓将注浆管与衬砌固结起来，最后利用法兰盘连接注浆管或注浆泵来进行注浆操作，在注浆过程中需要控制速度，如果输送压力过大，需要停止10分钟左右，确保浆液均匀扩散。需要等到浆液具备一定的自稳能力后才可拆除法兰盘并将注浆口封实。

为了保证注浆效果，需要在预埋注浆管时，埋设检测管，检测管的顶端与围岩之间间隔1-2cm。如果检测管中流出浆液，需要封闭检测管，并减缓注浆速度，若压力不断升高，需要停止注浆。

注浆浆液一般选用水泥砂浆，其具备良好的可灌性、粘结性、抗渗性、耐久性、化学稳定性，同时需要在施工之前进行水泥砂浆配比试验。结束注浆操作之后，需要封实注浆孔，一般都是选用弱膨胀水泥砂浆为密封材料，确保注浆质量。

7、雷家坡隧道预防二衬背后脱空的具体方法

7.1.规范防水板的挂设工作

防水板铺设工作一定要严格控制，首先对需要进行喷射的混凝土的质量进行检测，如果发现有欠挖的部分，要应用技术进行凿除，如果有凹凸不平的地方，要逐层的喷射平整。如果有钢筋的顶端暴露出来，要对此进行切除，然后在抹上泥浆，防止划破防水板。铺设前确保初支表面平整，防水板铺设成功之后，需要用到工人对防水板进行托举，尝试将防水板与初支面进行贴合工作，检查能否贴合。另外，防水板铺设时热熔焊接之间的间距以及热熔焊接点的数量都要满足设计要求，从而确保拱部铺设的防水板保持稳定平整的状态，避免因为掉落褶皱而出现空洞。

7.2.加强混凝土施工

浇筑混凝土过程中需要注意诸多问题，首先，在浇筑拱部时，要确保混凝土各项技术指标良好（和易性及坍落度），且将塌落度控制在200mm，或者在混凝土加入适量的膨胀剂，来降低混凝土的干缩徐变幅度。另外，在浇筑的过程中一定要保证混凝土充分振捣密实，避免混凝土内部出现气泡，进而避免了空洞的产生。当混凝土浇筑到拱部的时候，要在拱部设置具有观察功能的观察孔，派专业人员对浇筑情况进行观察。最后，要保证拱部的两端保持紧密相连，确保漏浆现象不会发生。

7.3.保证衬砌台车的功能

前文提到衬砌台车周围常保持是潮湿的环境而导致方木腐烂，我们要对这一点进行有效的预防。首先，应该做好二衬台车台车周围文明施工的工作，保证周围环境，尽量避免方木在水中长期浸泡。要令专业的施工人员对方木进行不间断的检查，预防二衬台车出现下沉的现象，引起混凝土的下沉及空洞。衬砌台的顶部面板的两端与中间。分别设立1个以上排气孔，孔径为25mm，利用法套丝进行连接，同时此排气孔还可用于观察与注浆。

雷家坡隧道施工时，采用12m衬砌台车，在台车顶部设置三个混凝土输入口，A输入口距离已浇筑的混凝土4m，与端模侧台车模板夹角为60°，B输入口在衬砌台车中间，B输入口距A输入口4m，与端模侧台车模板夹角为60°，C输入口距离端模2cm，C输入口垂直于衬砌台车，拱顶混凝土浇筑后期，先从A输入口继续泵送混凝土，由于压力作用，混凝土将已浇筑侧的空隙填满后向B输入口挤压，泵车压力不足时无法继续压入混凝土时，关闭A输入口，从B输入口继续压入，同样道理，B输入口无法继续压入混凝土时，换C输入口继续压入混凝土，C输入口直到泵车无法压入混凝土时，则二衬混凝土浇筑完毕。一个输入口压入混凝土时，另外两个输入口应关闭。输入顺序为：A→B→C。输入口布置图见图5。

图5输入口布置图

在衬砌台车A、B、C泵送口增设阀门，阀门由销钉、法兰盘、挡板、螺栓组成。为避免混凝土输送完全部拆除螺栓造成混凝土流失，挡板由A、B两块组成。

混凝土输送完，先拆除法兰盘上①号螺栓，关闭A挡板，加固A挡板螺栓；在拆除②号螺栓，关闭B挡板，再加固B挡板螺栓，至此混凝土输入口全部封闭，最后拆除混凝土输送管。此方法可避免拆除输入管时造成的拱顶喇叭口脱空。详见图6。

图6阀门示意图

7.4.使用“液位继电器+RPC”预防脱空

通过对衬砌台车进行改造，在衬砌台车模板中心线位置沿台车纵向方向设置一定数量的注浆孔，并安装注浆固定法兰，在浇筑混凝土前预埋RPC注浆管，注浆管端头固定一根电线抵在拱顶防水板最高处，电线另一端穿过注浆管连接液位继电器，辅助相关配套装置。当二衬混凝土浇筑至拱顶最高点时，因混凝土为带水导电材料，两处预埋点之间电力接通形成回路，声光报警器开启提醒作业人员，作业人员结合二衬台车溢浆情况综合判定混凝土浇筑结束时机。由于电线两头分别预埋在二衬拱顶最高处，只要线路两头同时接触混凝土，就能证实二衬拱已浇筑密实。混凝土浇筑结束后剪短预埋电线，及时从预埋注浆管处进行注浆，注浆材料不仅起到脱空充填作用，且能起到弥补或修复二衬混凝土的缺陷的作用，提高衬砌混凝土整体质量。详见图7。

图7液位继电器回路检测原理图

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通过预埋径向RPC管，预判拱顶衬砌厚度，观察灌注拱顶混凝土时RPC管口的溢浆情况，通过预埋RPC注浆管及时进行带模注浆，解决拱顶混凝土厚度不足与拱顶脱空问题，通过注入微膨胀注浆结合料与混凝土完全结合，使衬砌结构整体性良好。

7.5.台车端头模质量

在安装拱部堵头模板时，需要紧密贴缝、加强检查、固定牢固，必要时利用双面胶堵缝，避免浇筑后出现漏浆、跑浆现象。

7.6.初支面平整度

提高光面爆破的控制要求，对欠挖部位进行凿除，保证围岩基面的平整度；控制好光爆质量及湿喷流程，利用分层喷射混凝土来找平混凝土表面及光爆面不平部位，保证初支基面平整。

7.7.原材料控制

加强控制拌合站各种原材料，尤其是混凝土配合比中的水灰比及膨胀剂比例。提高浇筑过程的振捣工艺，确保将混凝土中的空气全部挤压排出，时刻观察浇筑进展，保证拱部混凝土处于饱满状态。混凝土浇筑结束之后不可立即拆除输送管与模板，需确保混凝土具备一定的自稳能力后再拆除模板。

7.8.提高思想认识

要正确认识雷家坡隧道在郑万铁路（重庆段）土建8标的重要性，正确认识隧道二次衬砌的作用，根据隧道施工质量技术标准进行施工。每一项工作的操作人员都要经过质量教育培训，提高质量意识，保证具备强烈的责任心，只有提高技术人员与管理人员思想认识才能预防雷家坡隧道二次衬砌背后脱空。

8、结束语

高铁建设是我国未来铁路建设的主要方向，在多山地区修建高铁，隧道占有很大的比例，高铁隧道质量要求非常高，而隧道二衬背后脱空现象时常发生且很难“根治”，需要我们提前采取一定的预防措施。主要从以下几个方面来进行，包括规范防水板的铺设工作、加强混凝土的施工工作、检修衬砌台车、提高光面爆破效果以及后期注浆处理工作。总之，就是要全面预防隧道拱顶脱空现象，提高隧道质量。

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