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隧道二次衬砌背后脱空的防治

张立兴，杨文平

〔中交一航局第四工程兰渝铁路工程部〕

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创造显。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

1引言

近年来西部铁路建设突飞猛进，隧道施工进入了高速开展阶段。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，给后期运营带来平安隐患，已成为较为严重的质量通病。

2隧道二衬背后脱空治理必要性

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巩固地层中，二次衬砌约承受30%围岩松散荷载，主要作为平安储藏。但在Ⅳ、Ⅴ软弱围岩中，二次衬砌不再是一种单纯的平安储藏，而是受力结构的一个主要组成局部，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]。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平安。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平安的作用。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平安[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。

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平安性能。假设有脱空存在，那么使围岩-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。

3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，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，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。

图1二衬钻芯取样

无损检测法：地质雷达法，如图2。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屡次高频反射，三振相明显，两组信号时程差较大[4]，见图3。

图2隧道无损检测

空洞反射

空洞反射

图3地质雷达扫描图像

4隧道二衬背后脱空成因分析

隧道二衬背后脱空主要集中在拱顶和侧壁拱腰等部位。从二衬背后脱空部位分析，总结得出大致有以下几个原因：

〔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标准要求，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，那么不能紧贴初支基面，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。