隧道二襯脫空原因分析及防治

梁 敏

(鐵道部工程質量安全監督總站上海站，上海 200071)

隨著新建鐵路等級的提高，隧道施工質量日益受到重視。作為支護和安全儲備的二襯結構在混凝土澆筑過程中常受到地質因素、人為因素、技術因素的影響，在襯砌混凝土與圍巖之間形成脫空，并在各類隧道病害中占有最大的比重，形成安全隱患。如已開通運營的某沿海鐵路，全線74座共計約108.484 km的隧道，檢測發現在各類隧道病害中，隧道二襯脫空占病害總數的 94.9%;某城際鐵路，全線 26座共計約47.658 km隧道，隧道二襯脫空占病害總數的99.4%。二襯脫空首先會改變襯砌受力結構，使圍巖與二襯接觸不均勻導致二襯局部受力增大，最終致使二襯開裂;其次會在脫空處形成水囊，隨時間推移水囊壓力逐漸增大，也會導致二襯開裂滲水。線路開通運營后，每天只能利用有限的天窗時間進行維修，不僅需要投入大量的人力物力，而且還會給列車安全運營帶來極大擾動。因此，在建設期間保證襯砌施工質量，杜絕二襯脫空現象是病害防治的根本之策。

1 隧道二襯脫空的分級

原鐵道部發布的《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定》(鐵運函[2004]174號)第十三條和第十四條中對隧道襯砌混凝土缺陷進行了量化分級，詳見表1、表2。通常情況下嚴重程度為輕微，則不需整改，其他均需進行整改或者返工。表1、表2中:h為設計襯砌厚度;h1為檢測襯砌厚度，當襯砌混凝土存在內部缺陷時，檢測襯砌厚度應換算為有效襯砌厚度，即將檢測襯砌厚度減去內部缺陷削弱的部分厚度;kLc為襯砌背后回填有空洞地段的測線連續長度;sLc為襯砌背后回填不密實地段的測線連續長度。

表1 隧道襯砌厚度及混凝土強度缺陷量化指標

表2 隧道襯砌背后有空洞或回填不密實、基底不密實的量化指標

2 隧道二襯檢測相關規定

隧道襯砌是隱蔽工程，傳統的目測或鉆孔檢測已較少采用，目前常應用地質雷達法對隧道襯砌混凝土厚度及結構進行無損檢測，發現可能存在脫空時，再采取鉆孔取芯確認。隨著無損檢測技術的發展，隱蔽工程已不再隱蔽，隧道施工中的質量問題易被發現，若在拱頂回填注漿完成后檢測發現二襯存在脫空將難以整改。

《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程》(TB 10223—2004/J341—2004)中對襯砌需檢測的部位給予了明確規定。測線布置應符合下列規定:

1)隧道施工過程中質量檢測應以縱向布線為主，橫向布線為輔?？v向布線的位置應在隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和隧底各布1條;橫向布線可按檢測內容和要求布設線距，一般情況下線距8～12 m;采用點測時每斷面不少于6個點。檢測中發現不合格地段應加密測線或測點。

2)隧道竣工驗收時質量檢測應縱向布線，必要時可橫向布線?？v向布線的位置應在隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻各布1條;橫向布線線距8～12 m;采用點測時每斷面不少于5個點。需確定回填空洞規模和范圍時，應加密測線或測點。

3)三線隧道應在隧道拱頂部增加2條測線。

4)測線每5～10 m應有一里程標記。

金麗溫擴能改造工程的湯村隧道為雙線鐵路隧道。施工過程中，上海工程質量監督站委托第三方檢測單位上海建科檢驗有限公司檢測時，縱向布線的位置為隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和左右隧底各布1條。見圖1。

圖1 隧道襯砌檢測測線位置示意

3 隧道二襯脫空原因分析

隧道二襯脫空的原因不僅僅是混凝土施工引起，而是涉及多方面，主要有以下幾點:

1)光爆控制不好，超欠挖情況較多，初支面不平整。初支面坑洼不平會導致防水板掛設后在其背后形成空洞。

2)防水板掛設松弛度不合適。防水板如果掛設太松，在混凝土澆筑過程中會因擠壓形成褶皺，褶皺之間會留下空隙;防水板如果掛設太緊，會造成防水板與初支面之間留下空洞或因壓力太大撐壞防水板。隧道防水板施工主要使用熱風槍焊接熱熔墊圈。施工作業時，熱量過大會焊傷防水板，甚至燒穿防水板，若熱量偏小則焊接質量差，容易脫焊。兩者都易造成防水板掛設的粘結力不足。

3)二襯封端模板拼接不嚴，尤其是拱部端頭模板拼接不密實，存在漏漿、跑漿現象?；炷劣捎谧灾囟诔跄跋鲁翆е鹿安烤植炕炷撩摽?。

4)混凝土在澆筑過程中振搗不密實，澆筑完成后附著式振動器振動時混凝土下沉產生空洞。

5)拱部混凝土澆筑不到位，混凝土沖頂不滿，在拱部留下空洞。

6)輸送泵的泵管拆除過早，混凝土掉落形成漏斗。在混凝土澆筑后，現場施工人員急于拆下輸送管，在拆管時，未形成自穩能力的混凝土掉落下來，形成漏斗，造成襯砌脫空。

7)拱頂注漿管埋設不規范。二襯混凝土澆筑時注漿管堵死導致拱頂回填注漿無法施作，二襯拱頂的脫空得不到填充。

4 防治措施

為防止隧道二襯存在質量缺陷影響列車運營安全，通過對隧道二襯施工中各環節的分析可知，在隧道施工中必須注意以下幾方面:

1)加強光爆控制和初支控制。光爆不好時巖面坑洼不平，極易導致初支面平整度超標，防水板掛設后會在防水板背后形成空洞。防水板掛設前應先對初期支護噴射混凝土平整度進行檢驗，對噴射混凝土表面凸凹顯著的部位，應在保證不出現欠挖的同時分層噴射找平。外露的錨桿頭及鋼筋網端頭應齊根切除，并用水泥砂漿抹平，確?；炷帘砻嫫巾?。

2)防水板采用熱熔焊接時應嚴格按照設計要求的技術條件執行，盡量保持作業人員的穩定性。此外，防水板最好邊掛設邊用手將防水板壓向巖面，測試松弛度是否合適，尤其要注意拱部吊點的連接數量和間距是否滿足設計要求。要保證拱部防水板掛設穩固，防止防水板因掛設不穩在混凝土澆筑過程中掉落壓入兩側混凝土，造成拱部空洞。

3)因為木模易在現場加工，二襯封端模板一般采用木模板拼接而成。模板拼接時須隨時用電動木工鋸按現場需要進行木模加工，確保模板拼接密貼，同時也要加固牢靠。二襯端模施工完畢后要有專人檢查并將模板縫密封，澆筑混凝土時也要安排專人隨時檢查端模漏漿及加固情況，如有異常及時處理。

4)混凝土澆筑時務必保證振搗密實，澆筑完成后需要安排專人復檢拱部混凝土是否澆筑盈滿，若澆筑不滿則繼續通過地泵壓入混凝土直致完全盈滿。根據施工經驗，以長12 m、高9.5 m襯砌臺車為例，臺車上需設置高40 cm、寬60 cm的振搗窗口24個，每側12個。在振搗窗口底邊距地面1.8，3.8，5.8 m處各布設1層，窗口沿線路方向間距3 m均勻布設。附著式振搗器在距地面7.6，8.9 m處各布置1排，沿線路方向間距4 m均勻布設，見圖2。附著式振搗器開啟后振動力強，長時間開啟極易造成封端模板爆模，也會導致下部已澆筑好的混凝土表面起砂。當澆筑至拱頂時，上下兩層附著式振搗器不可同時開啟，每層振搗器開啟時間3 s左右，不宜超過5 s，兩次開啟的間隔時間為5～10 min。

圖2 臺車振搗窗口及振搗器布置示意(單位:m)

5)二襯混凝土澆筑時常因澆筑工藝及混凝土和易性差等原因導致混凝土無法壓滿拱頂。根據施工經驗，混凝土的現場坍落度應控制在180～200 mm。坍落度過大易導致混凝土和易性差，粗骨料會在豎向泵管的底部堆積導致堵管;坍落度過小則混凝土流動性不佳，不僅容易堵管，而且受地泵壓力限制，難以將拱頂完全壓滿。

12 m臺車在拱頂設置3個混凝土灌入口(見圖3)，混凝土先由1#輸入口壓入，將靠近已澆筑端的二襯拱頂澆滿混凝土后，逐步將混凝土向模板端擠推，從而既能有效保證靠近已澆筑端的二襯拱頂澆滿混凝土，也便于旁站人員從端模處觀察拱頂混凝土的澆筑情況。當地泵功率不足以繼續輸送混凝土時，改由2#輸送口繼續輸送至結束。3#輸送口是應急備用口。

圖3 二襯混凝土澆筑口示意

混凝土澆筑到拱部時設置觀察孔，安排技術員或質檢員值班，及時觀察澆筑情況，確保拱部混凝土填筑飽滿。

6)混凝土澆筑時，應安排專人現場值班?；炷翝仓瓿珊笠笫┕と藛T不要急于拆下輸送管，須待混凝土有一定自穩能力(可觀察最后一車混凝土試塊的凝固情況)后再拆。在拆下輸送管的同時，迅速關閉窗口，用球狀松軟物堵塞，再用條木和楔木支撐牢固，防止漏漿，避免混凝土掉落。

7)預埋好拱頂注漿管，做好拱頂回填注漿工作。拱頂回填注漿是補救二襯拱部脫空的最佳措施。在隧道最頂部貼緊防水板縱向打孔埋設PVC管，再用鍍鋅鋼管引出二襯(引出的管口位于拱頂)，在二襯強度達到設計強度后進行拱頂注漿?？紤]到拱頂至底板高度差產生的水頭壓力0.1 MPa和現場試驗的終壓，注漿泵出口處注漿壓力0.1～0.2 MPa，持壓時間10 min時注漿效果最理想。注漿壓力過小，則注漿不密實甚至漿液不能注入注漿管;注漿壓力過大，漿液會滲流至縱向盲管，導致盲管堵塞。拱頂注漿管布設見圖4。

圖4 拱頂注漿管布設示意

5 結語

隧道運營安全日益受到重視，隧道二襯質量是隧道工程質量評定及運營隧道病害整治的重點之一，研究改良二襯施工工藝，加強施工過程質量管控是預防二襯產生脫空的必要措施。

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵運函[2004]174號 鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定[S].北京:中國鐵道出版社，2004.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB 10223—2004/J341—2004 鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程[S].北京:中國鐵道出版社，2004.

[3]鐵道部工程設計鑒定中心.高速鐵路隧道[M].北京:中國鐵道出版社，2006.

[4]鐵道部第二勘測設計院.鐵路工程技術手冊 隧道[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

[5]田家琳.地鐵新線區間隧道下穿地鐵既有線的二襯施工技術[J].鐵道建筑，2008(6):60-62.

[6]佘健，何川.隧道二次襯砌病害通用處治方法研究[J].中國鐵道科學，2005(1):26-31.