公路隧道二次襯砌脫空原因分析及防治措施

林小輝

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司， 福建 福州 350001）

0 引言

福建某高速公路業主委托檢測公司對所在項目隧道進行二次襯砌（下文簡稱二襯）空洞和厚度檢測，采用地質雷達檢測3 條測線，共計檢測21192m 測線長，合格率96.8%，其中小于二襯厚度1/2 的空洞有15 處之多，無法滿足規范要求。隧道二襯背后脫空現象頻繁出現，已成為困擾隧道施工的一道難題，且二襯背后脫空病害隱蔽性強，在隧道各類病害中占比極大，危害也大，加上后期整治困難，影響行車安全，因此，針對公路隧道二襯脫空進行原因分析并采取相應的防治措施就顯得尤為重要。

1 隧道二次襯砌脫空原因分析

公路隧道二襯混凝土的澆筑受到施工人員、技術水平、二襯臺車加工及混凝土性能等各方面因素影響，易在襯砌與圍巖間形成空洞或空隙，進而改變襯砌的受力結構，大大削弱其支護強度，最終可能影響到公路的行車安全。隧道二襯脫空主要有以下幾個因素：

（1）初支不到位引起的脫空。隧道開挖光爆效果差，局部超挖嚴重，為減少噴射混凝土數量，人為采用支擋或填塞雜物等方法，造成初支空洞，最終導致二襯混凝土背后脫空。此類人為故意造成的初支空洞多見于早期施工的隧道，鑒于目前隧道檢測手段愈發先進，此類因素造成的背后脫空現象反而較為少見。

（2）防水板掛設不到位引起的脫空。隧道初支面不平順時，若防水板掛設的松弛度不夠，將導致防水板與初支不密貼，在防水板背后形成空腔；若防水板掛設的太松，在澆筑二襯混凝土時可能因混凝土的推擠形成褶皺，在褶皺處留下空隙，導致二襯脫空。初支較平順時，若防水板背后的固定點數不足，在二襯混凝土澆筑時受沖擊，也可能導致防水板脫落，造成二襯拱頂脫空。

（3）二襯臺車及模板引起的脫空。二襯臺車底座支撐不到位，在二襯混凝土澆筑中或澆筑后出現變形下沉，造成拱部空洞；二襯端頭模板拼接不密實、不到位，出現漏漿、跑模現象，混凝土在初凝前因自重下沉導致二襯脫空。

（4）二襯混凝土澆筑引起的脫空。二襯混凝土澆筑時因臺車布料孔設置不均勻，導致布料不均，振搗不密實，澆筑后在附著式振動器振動時混凝土下沉進而引起拱部脫空；下坡段二襯施工時，由于預留通氣孔堵塞，澆筑段與上循環之間在拱部形成空氣囊造成二襯背后空洞；二襯沖頂時混凝土供應不及時、和易性差或者振搗不到位，均可能形成二襯局部空洞。

（5）拱頂預埋注漿管埋設不到位或者澆筑時堵塞，導致拱頂回填注漿未施作到位。傳統的拱頂注漿工藝，在二襯強度達到設計強度后進行拱頂注漿，注漿管一旦堵塞，就可能造成無法對二襯拱頂處的空洞進行有效修補，最終在二襯拱頂處留下空洞。

（6）其它原因造成二襯背后空洞。比如二襯混凝土硬化過程發生化學反應收縮變形，人為經驗判斷或二襯混凝土方量計算失誤等均可能引發缺陷。

（7）部分隧道不同部位襯砌脫空分布情況如圖1 所示。

圖1 部分隧道不同部位襯砌脫空分布示意圖

2 隧道二襯脫空誘發病害

隧道二襯脫空誘發病害絕大部分是因脫空導致二襯厚度不足所引起的。一方面二襯脫空影響隧道結構受力，嚴重時在早期出現隧道二襯混凝土表面開裂，影響后期安全運營。另一方面，二襯背后空洞也間接影響隧道使用壽命。在福建省沿海地區一通車高速公路隧道，曾發生拱頂二襯混凝土掉塊現象，險些釀成事故，最后調查原因，就是二襯背后脫空導致二襯厚度嚴重不足引起的。

3 隧道二襯脫空防治措施

（1）加強隧道光爆及初支控制。從源頭上入手，做好隧道開挖施工，嚴格按照設計要求及爆破方案控制炮眼間距，避免嚴重的超欠挖發生；同時，加強隧道初支質量控制，對局部超欠挖部位進行整修，做到初支表面平順；建議采用先進的設備，如隧道多臂鑿巖臺車（圖2）、濕噴機械手（圖3）等，提高隧道整體光爆及初支效果；最后，在澆筑二襯前對初支進行檢測，發現空洞情況提前進行整改，可有效減少因初支不到位導致的二襯背后脫空。

圖2 多臂鑿巖臺車

圖3 濕噴機械手

（2）規范防水板掛設施工。防水板掛設前應對初支面進行檢查，初支表面平整度應滿足規范要求，初支表面外露的錨桿頭要切除，并采用水泥砂漿抹平，避免防水板被錨桿頭刺破；防水板掛設時，要盡量做到防水板與初支面密貼，且不能留有太多余量，采用熱熔焊接時，檢查焊接點數量及間距是否滿足設計要求，做好鋪設的松弛度控制，可以用手將防水板壓向巖面，簡單測試松弛度是否適宜，要保證防水板掛設牢靠穩固，避免澆筑時受混凝土推擠造成脫落，造成拱頂脫空。

（3）加固臺車及模板。兩車道二襯臺車鋼板厚應不小于10mm，三車道隧道二襯臺車鋼板厚應不小于12mm，確保面板的剛度能夠滿足要求；臺車模板應與混凝土有適當的搭接，撐開就位后檢查臺車各節點連接是否牢固，有無錯動移位情況，模板是否翹曲或扭動，位置是否準確，底座支撐要確保牢靠；封端模板拼接前應按現場實際需要加工，確保模板間拼接密貼、加固牢靠；同時，封端模板頂部宜留有觀察小窗口，以觀察封頂混凝土情況。

（4）強化二襯混凝土施工控制。嚴格落實逐窗澆筑工藝要求，在二襯臺車每個窗口間設置一臺附著式振搗器，混凝土邊入模邊振搗，每次入模時，混凝土應振搗密實；各預留孔洞應封堵到位，拱部澆筑前預留通氣溢漿孔，注意避免堵塞，防止下坡施工時，澆筑段與上循環之間形成空氣囊；澆筑二襯拱部混凝土時，要適當調整水灰比，根據施工經驗，將塌落度控制在180-200mm 為宜，同時，要確保混凝土連續供應且具有良好的和易性。

（5）采用帶模注漿工藝。通過在隧道拱頂貼緊防水板處安裝縱向注漿花管，由鍍鋅鋼管引出拱頂二襯外，待二襯混凝土澆筑完成4-6 小時后進行帶模注漿，注漿過程應以壓力表和端模出漿情況作為注漿雙控標準，臺車處壓力表超過1MPa或端模漏出的漿液與制漿機中一致時，判定該孔注漿完成。與傳統拱頂注漿工藝相比，該工藝在二襯混凝土初凝前完成，因此注漿材料與二襯混凝土之間結合較緊密，對襯砌無損傷，且不影響二襯外觀，能夠較好的消除二襯背后脫空現象的發生。

（6）設置拱頂防空洞報警裝置。針對拱頂二襯脫空高發的現狀，在二襯立模時，設置拱頂防空洞報警裝置。其工作原理如下（圖4）：隧道二襯三通管液位繼電器防空洞報警裝置采用三通管液位繼電器法，通過在隧道二襯臺車預留溢漿孔位置安裝三通管液位繼電器裝置，當拱頂混凝土澆筑上升到接觸點后，電纜線導電，繼電器裝置會發出聲光報警提示作業人員，再通過觀察三通管溢漿情況，綜合判斷二襯拱頂澆筑密實情況，可以有效減少隧道二襯拱頂脫空的發生，是過程控制的有力保障措施之一。

（7）利用信息化管理技術預防二襯背后空洞。主要利用信息傳遞方式直觀監測襯砌混凝土澆筑密實情況，該系統包含一個本地可視化的采集終端以及固定在隧道頂端用于檢測注漿的傳感器。運用物聯網技術實現對隧道二襯混凝土飽滿情況的安全監管，將隧道安全質量管控數字化、智能化，達到防止二襯混凝土背后出現空洞的目的。

4 結語

加強隧道施工過程管控，采用新設備、新工藝，在施工期間確保公路隧道二襯施工質量，消除二襯脫空現象是此類病害防治的根本之策。

圖4 三通管液位繼電器防空洞報警裝置原理圖