隧道二次襯砌混凝土施工技術要點分析

楊 龍 飛

(山西省交通建設工程監理有限責任公司，山西 太原 030012)

1 隧道二次襯砌的作用

相比于初襯結構，隧道二襯對工程質量影響更大，其作用因圍巖級別不同而存在差異。對于一級穩定圍巖，由于其結構較為穩定，施工過程中初襯結構與圍巖變形系數較小，此時二襯則以隧道防水、安全儲備以及美化外觀為主要作用，基本不用承受圍巖壓力；對于二級硬質圍巖，雖然初襯結構與圍巖變形系數同樣較小，并且也無需承受較大圍巖壓力，但在具體施工中出于錨桿鋼筋銹蝕的考慮，容易導致初襯結構穩定性較差，因此該類圍巖中隧道二襯以提升支護襯砌的安全性為主要目的。

2 隧道二次襯砌混凝土施工要點

2.1 施工方法

根據工程實際與經典支護理論，隧道二襯施工是以初襯支護為基礎，施工技術表現復雜。對于二襯混凝土施工，由于其前提是初襯結構已趨于穩定，因此混凝土澆筑通常采用順作法(即由下至上、先墻后拱)連續灌注。

2.2 施工時間

作為隧道二襯混凝土施工的重要參數，施工時間的確定對工程整體質量影響重大。通常情況下，二襯混凝土施工應在錨噴支護(初襯)與圍巖變形基本穩定后實施，而噴錨支護與圍巖穩定的判定需滿足3個條件：1)圍巖變形速率減緩趨勢明顯；2)拱腳附近水平收斂量應小于0.2 mm/d；3)已產生位移至少達到80%總位移量。其中，位移速率與位移量是以械式收斂計實測數據為依據，同時基于安全性考慮，拱頂下沉速度與水平位移應為不少于7 d的實測平均值，而利用回歸分析法則可計算出總位移量。

2.3 混凝土施工

1)仰拱混凝土。基于混凝土流動性與密實度的保證，隧道仰拱施工宜使用坍落度為120 mm～140 mm的混凝土，并且采用插入式振搗器振搗，其過程應防止對背貼式止水帶和防水層造成破壞。作為非承重結構，仰拱混凝土澆筑完成在強度達到2.5 MPa時便可拆模，覆蓋灑水養護時間不得少于14 d(有防水要求)。

2)拱墻混凝土。拱墻混凝土坍落度宜為140 mm～160 mm之間，采用粒徑為5 mm～20 mm級配良好的碎石作為粗集料，中砂為細集料。拱墻混凝土施工應由下至上分層(分層厚度不大于400 mm)對稱澆筑，采用平板式與插入式振搗器組合的方式實施振搗，同時為保證混凝土接縫質量和便于排氣，澆筑作業應從施工段開始。混凝土澆筑過程中應控制好放料、停料及振搗時機，尤其以混凝土泵滿后剎尖停泵時機為重點控制，不得強行泵送，以防將模板臺車壓垮。

3)拱頂混凝土。拱頂混凝土的施工，混凝土通過泵送軟管(泵送壓力不宜大于0.5 MPa)由模板臺車的進料窗口由低至高逐級注入，當混凝土澆筑面接近頂部時，實施封頂處理，同時在堵頭上端安裝兩個φ50 mm的排氣管(采用膠管或塑料管等輕質管，以防沉入混凝土中)，以確保倉內空氣可以順利排除。混凝土澆筑過程中，當發現排氣管中有水(實為混凝土表層稀漿或離析水)流出時，即已表明灌注飽滿，此時立即停止泵送作業并撤出泵送軟管與排氣管，最后堵死圓孔即可。混凝土封頂過程中，為便于空氣排除，提升灌注密實度，應盡量從內向端模方向實施灌注。

2.4 回填壓漿

一般情況下，隧道二襯結構背后回填注漿應在二襯混凝土強度達到80%后進行，注漿材料采用1∶1水泥凈漿，注漿壓力在0.05 MPa～0.1 MPa之間，終壓宜為0.2 MPa。縱向注漿管宜采用管徑為20 mm～42 mm的PE管(聚乙烯管)，縱向間距結合施工縫位置按3 m～5 m控制，在防水板敷設完成后膠粘于拱頂模筑襯砌外緣、防水板內側，兩端分別連接于事先預設的鍍鋅鋼管(管徑根據注漿管管徑確定)注漿口。同時為便于連接，鍍鋅鋼管注漿口相對襯砌內緣應外露30 mm～50 mm。注漿完成后對于局部空洞部位應采用無損檢測手段(如探地雷達)檢測出來后進行個別鉆孔壓漿。

3 隧道二次襯砌混凝土施工注意事項

3.1 混凝土收縮

混凝土收縮分為干收縮與自收縮兩種形式，其主要病害是使隧道二襯結構因開裂而出現滲水現象。干收縮是指混凝土停止養護后，處于干燥或高溫環境中的混凝土結構因內部毛細孔和混膠孔吸附水的喪失而引起的體積收縮現象；而自收縮則是在恒溫絕濕條件下，混凝土因膠凝材料(如水泥、粉煤灰等)水化作用所造成的自身收縮現象，二者均會不同程度的引發混凝土結構裂縫的出現。研究表明：當混凝土中W/C(水灰比)<0.35時，干收縮與自收縮程度基本相同；而當W/C>0.5時，混凝土以干收縮為主，自收縮則可忽略不計。故此，對于隧道二襯結構裂縫的防治，施工過程中應以混凝土干收縮(所占比例較大)為重點控制。

混凝土干收縮為不可逆收縮，其對結構開裂影響嚴重。在混凝土環境濕度降低情況下，毛細管水因蒸發作用而使臨界半徑減小，管道負壓增大，從而造成混凝土因管壁壓應力產生而發生收縮。由于隧道二襯施工大多采用大流動性泵送混凝土，澆筑完成后早期含水量較大且失水較快，而此時混凝土強度極低，如若養護不及時，極易因毛細管負壓迅速增加而出現開裂現象，這也是隧道二襯結構通常在拆模后出現裂縫的原因所在，因此，加強養護措施對于隧道二襯結構裂縫的控制極為重要。

此外，混凝土干收縮程度還與其配合比密切相關，水泥用量大、水灰比較高、砂率較大時，均可加大混凝土收縮量，當然，混凝土徐變也會隨之變化并對其變形性能產生影響，從某種程度而言，混凝土徐變的增加對其收縮危害具有一定的緩解作用。但需注意的是，混凝土收縮與徐變的影響因素并非完全一致，當混凝土水泥用量增加時，收縮增加而徐變減小，這將使混凝土開裂機率極大的提升。

3.2 混凝土溫裂

溫度對混凝土的影響主要表現為環境溫度與混凝土內部水化熱引起的溫升兩個方面。具體為：

1)環境溫度。對于地下結構而言，由于氣候對其影響較小，因此通常可以忽略環境溫度的影響，但是對于短隧道和中長隧道洞口來說，環境溫度對二襯結構混凝土影響較大，尤其是夏季高溫與冬季寒冷季節，混凝土熱脹冷縮現象明顯，極易造成二襯結構出現開裂病害；

2)水化熱溫升。隨著大流動性泵送混凝土在隧道二襯結構中的廣泛應用和混凝土強度等級的提升，加之人為主觀“強度等級越高越安全,就高不就低”思想的影響，均使混凝土中水泥用量不斷增加，導致結構因水化熱提高、散熱集中而出現溫度裂縫。對于水泥標準的控制，國家在GB 175—2007通用硅酸鹽水泥中給予了規定，并對水泥強度要求更嚴(提高了等級)，而國內水泥市場供大于求,部分生產廠家為提升市場競爭力，采用高強度等級作為低強度等級出售，使水泥細度與早期水化熱提高。近年來，隧道二襯與建筑基礎結構混凝土開裂現象逐年增加，水化熱以及溫度變化已成為影響混凝土結構開裂的主要因素之一。

4 結語

基于隧道二次襯砌混凝土結構強度與抗滲性能的提升，對于混凝土裂縫的防治，本文建議性提出以下3點措施：

1)當襯砌厚度大于500 mm時，應按大體積結構考慮，綜合分析水化熱對混凝土結構的影響；2)除不利受力影響外，泵送大流動性混凝土的施工工藝、配合比、結構溫度與收縮為造成隧道二襯裂縫與滲水病害的主要因素，對此在施工過程中應引起重視；3)對于隧道二襯裂縫及滲漏病害的治理，對結構承載力影響較小的裂縫可采用壓漿法處理，滲水則可根據具體部位進行堵排(堵水建議采用化學壓漿法)結合治理的方法。