淺談隧道二襯鋼筋保護層的重要性及控制

文/卓國勇 中國水利水電第十六工程局有限公司 福建福州 350002

近年來，新奧法原理在隧道施工中廣泛應用，但業界人士對二襯是否參與受力意見不統一[1]。根據實地多個項目檢測發現，在西南地區特有的喀斯特地貌、炭質泥巖等圍巖情況下，二襯的作用仍然十分重要。研究數據表明，保護層偏厚，鋼筋未能及時承載應力，將降低結構受力有效面積；保護層偏薄，鋼筋容易銹蝕，將降低結構耐久性。根據調查統計顯示，目前全國隧道工程二襯鋼筋保護層厚度合格率處于40%～70%的之間，針對此情況，亟需認真分析原因，制定有效措施，提高合格率。

1、二襯鋼筋保護層的作用機理

1.1 化學保護作用方面

保護層厚度即位置關系，結合化學、物理兩方面的保護作用對其進行分析。保護層越厚、密實度越高，粘結性越好，同時有效抵抗空氣中的CO2滲入混凝土與Ca(OH)2反應降低鋼筋周圍環境的PH值，阻止鋼筋表面在高堿性環境下形成的鈍化膜遭受破壞而銹蝕，延長結構的耐久性[2]。但保護層太厚（正偏差嚴重超標），會造成結構有效截面尺寸減小，易出現受拉區混凝土開裂而鋼筋并未參與受力，影響結構的安全性，且厚度超過5倍鋼筋直徑時，粘結力通常不再增加。保護層太薄（負偏差嚴重超標）、密實度差，且表面混凝土的碳化造成強度、堿度的降低并出現收縮情況，很快將發生上述化學反應，鋼筋表面形成銹坑和銹斑會對周圍混凝土產生壓力并剝落，銹蝕問題持續惡化，影響結構的耐久性。

1.2 共同受力作用方面

鋼筋作為鋼筋混凝土結構物中的一道重要工序，通常在Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ級圍巖區段的二襯中設置有鋼筋。因其有較強的抗拉強度，彌補了混凝土抗拉強度低的不足，且兩者的彈性模量接近，能形成較好的膠合力及良好的握裹性，有效承擔軟弱圍巖中隧道二襯常見的拱腳外側及仰拱內側的拉應力[3]。為確保兩者之間能協同受力，鋼筋保護層厚度的控制對二襯質量影響很大。

2、隧道二襯保護層厚度偏差原因

二襯鋼筋通常由雙層鋼筋網構成，總體呈圓筒形，安裝工藝相對復雜。安裝過程中，外層鋼筋網安裝精度受初支面平整度及環形鋼筋垂直度影響，易出現偏位或輕微變形；內層鋼筋網定位時，為保證兩層鋼筋網間距，則會因外層鋼筋網的偏差隨之偏位，從而導致鋼筋保護層偏厚或偏薄。

2.1 施工人員質量意識低

在實例隧道工程項目施工過程中，經現場對二次襯砌施工班組負責鋼筋制安的工人進行考核發現，考核通過率不足60%，普遍存在施工人員質量意識差，對質量控制要點和要求理解不徹底，直接影響二次襯砌混凝土鋼筋保護層質量。

2.2 二次襯砌混凝土鋼筋骨架安裝精度差

采用現場測量的方式，對已完成鋼筋安裝的二次襯砌混凝土鋼筋骨架位置、間距進行測量復核，發現部分鋼筋間距存在較大偏差，對局部混凝土保護層影響大，導致鋼筋保護層合格率達不到要求。

2.3 保護層墊塊安裝錯誤

采用現場檢查的方式，對已完成鋼筋安裝的二次襯砌混凝土的鋼筋保護層墊塊進行檢查，發現墊塊數量每平米少于4個，未呈梅花形布置，墊塊固定隨意，未采用細鐵絲綁牢。不符合要求。

3、鋼筋保護層厚度控制措施

3.1 鋼筋骨架安裝精度提升措施

3.1.1 鋼筋間距定位簡易卡具設計

選用5米長2.5號等邊角鋼（25＊3，1.124kg/m），根據不同圍巖的二襯環形鋼筋間距，分別在角鋼兩面等距離沖孔，選用成套螺帽、螺栓（若干）固定于角鋼孔上。該簡易定位卡具攜帶輕便，便于安裝，且至少適用于兩種鋼筋間距。

3.1.2 雙層鋼筋厚度定位筋計算及加工

定位U型筋加工前，根據不同等級圍巖段的雙層鋼筋厚度、鋼筋直徑、保護層厚度等參數精確計算下料長度，數量足夠，保證兩層鋼筋的有效連接和固定。

3.1.3 主要技術措施

定位卡具及定位筋使用：定位卡具在環向鋼筋安裝時，分別固定于拱腳、拱部、拱頂等位置，U型定位筋根據圖紙要求，適當加密安裝。通過此兩種技術措施，可以有效提高縱向間距和層間厚度，確保鋼筋骨架整體牢固，穩定性好，減少鋼筋網片安裝后因自重失穩、綁扎不牢或砼振搗而導致的變形，有效提升鋼筋保護層合格率。

加強測量控制：在每倉二次襯綁扎鋼筋前對隧道初支凈空進行測量放樣，確定隧道輪廓線長度，根據長度下料；外層鋼筋綁扎結束后再次進行測量放線，確定內層主筋的具體為止，在外層鋼筋上焊接定位鋼筋，控制內層主筋的位置；定位筋設置好后，先綁扎二襯兩端頭處鋼筋，端頭鋼筋綁扎完后從兩端頭拉水平線，粉筆標出環向主筋布設位置，然后施工中間部分鋼筋，各鋼筋交叉處均應綁扎。安裝完成后復測鋼筋骨架安裝位置、間距，確保滿足設計及規范要求。

加強鋼筋骨架安裝過程監管：鋼筋骨架安裝過程中全過程旁站，發現問題及時修正，二襯臺車定位前對鋼筋骨架安裝質量進行三檢制檢查，準確無誤后方可進行二襯臺車定位。

3.2 提升保護層墊塊安裝精度

二襯內層鋼筋綁扎結束后，在主筋上綁扎高強度保護層墊塊，墊塊數量按4個/㎡控制，局部要求加密，且呈梅花形布置，墊塊用細鐵絲綁牢在外層鋼筋上，安裝的過程中施工班組長及部位負責人全過程旁站。

保護層墊塊綁扎完成后進行二襯臺車定位，定位完后檢查保護層墊塊是否有損壞或掉落的，發現損壞或者掉落的及時更換補齊。檢查保護層墊塊是否全部貼近襯砌臺車模板，發現有未貼近模板的要對主筋進行調整，直到全部合格為止。

3.3 混凝土澆筑控制措施

混凝土澆搗安排專人指揮，采用分流串桶從檢查窗泵入，從拱腳到拱部到拱頂的順序，且兩側對稱、連續澆筑。混凝土振搗采用插入式振搗器和臺車附著式振搗器配合振搗，振搗過程中盡量不要觸碰保護層墊塊，并時常檢查墊塊是否完整或掉落。通過相應措施，將大大減少澆筑和振搗造成鋼筋變形和移位。

3.4 提升施工人員水平和意識

（1）全員培訓：組織對二次襯砌施工班組全員的覆蓋培訓，培訓率100%，細致、全面的對各個工序進行技術質量交底，嚴格把控每個環節，提高施工作業人員的質量意識，使每個施工人員熟練掌握每道工序的操作要點。

（2）全員考核：對隧道工程技術、質量管理人員及施工人員進行考核，要求考核成績在80分以上，不合格的可進行二次培訓并補考，再次不合格的人員進行調崗或清退。

（3）加強日常監管：施工過程中部位負責人、施工班組長認真進行檢查，加強過程監管，發現問題及時處理，不合格及時返工，加強每道工序過程控制，確保二次襯砌混凝土鋼筋保護層合格率達到70%以上。

結語：

總而言之，鋼筋保護層厚度對鋼筋混凝土結構的受力情況和耐久性起著至關重要的作用，亟需采取相應措施解決當前二襯鋼保合格率低的現狀。本文分析了二襯鋼筋保護層厚度合格率低的原因，總結了相應的技術措施。同時，現場加大了施工流程的控制力度，將隧道施工工序標準化、規范化、簡單化，加快了施工進度，端正了施工人員的思想，有效提高了合格率，保障了保護層的施工質量，大大提升了二襯鋼筋混凝土結構的穩定性和耐久性，將質量安全融入了構筑物的使用壽命。