隧道二次襯砌空洞病害分析與整治

沈 冰 中國鐵路上海局集團有限公司工務部

1 設備概況

滬昆線K314+294 #14 隧道（義烏左線隧道）位于義烏普速場-義烏西區間，隧道全長3 592 m，采用曲墻式復合襯砌，于2006 年建成。隧道內線路為滬昆下行線，直線加曲線，坡度為3‰～6.3‰，鋼筋混凝土軌枕，碎石道床，雙側排水溝，電氣化區段。隧道屬低山地貌，地形起伏較大，沖溝發育，地表橫坡大，坡面植被茂密，地面高程75 m～370 m，相對高程約50 m～300 m。進口端地形較緩，覆土較厚，出口縱坡較陡，坡嶺荒蕪。隧道區內地表水較發育，經取樣測試，水質為HCO3-·Cl--Na+·Ca2+型水，對砼有弱～中等溶出型侵蝕性。無不良地質及特殊巖土（滬昆線#14 隧道見圖1）。

圖1 滬昆線#14 隧道（左側）

隧道分布地層主要有：上覆第四系全新統坡洪積層（Q4dl+pl）、坡殘積層（Q4dl+el）及坡積層（Q4dl）：侏羅系上統勞村組下段（J3I1）、下段（J3I2）等底層。

2 隧道病害

工區在進行隧道周期性檢查時發現，滬昆線#14 隧道2 790 m 處（隧道內5 m 標），行車方向右側拱頂有疑似掉塊，手電照射后陰影面較厚，存在掉落危急行車安全隱患。

隨后工區對滬昆線#14 隧道2 790 m 處拱頂進行敲擊檢查，現場利用敲擊桿敲擊后，露出防水布，周圍無滲水現象，敲落砼板厚2 cm～5 cm，面積0.5 m2左右，砼層仍有分層現象（空響面積約 5 m2，長 5 m，寬 0.8 m-1.2 m）（2 790 m 處敲擊后病害情況見圖2）。

圖2 2 790 m 處敲擊后

同時檢查還發現滬昆線#14 隧道2 150 m 處拱頂襯砌空洞 0.8 m（深度）×3 m（環向），砼最薄處 3 cm（2 150 m 處空洞病害情況見圖3）。

圖3 2 150 m 處空洞

鑒于上述情況，工務段立即聘請第三方檢測單位對隧道拱頂進行無損檢測，

具體檢測結果如下：

（1）根據地質雷達對滬昆線#14 隧道拱部襯砌的檢測圖像，得到了測線區域襯砌厚度，該隧道二次襯砌厚度除個別病害處小于設計厚度外，其它區域二襯厚度滿足設計要求。

（2）襯砌背后空洞、不密實共154 處，病害測線長度共781.3 m，占測線總長度的7.25%。

（3）對義烏左線隧道鋼筋、拱架布置進行檢測，雷達檢測結果：鋼筋、拱架布置符合設計要求。

根據此結果，評定滬昆線#14 隧道襯砌安全等級為嚴重A1 級，該隧道嚴重危及行車安全。其中有9 處襯砌厚度偏薄的空洞應優先進行加固（見表1）。

表1 襯砌厚度偏薄空洞表

3 病害分析

形成上述問題的可能性很多，首先是水泥的類型與型號。礦渣水泥、低熱水泥、快硬水泥等收縮性較強，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較弱。水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發生收縮時間越長。第二，骨料品種。石英、石灰巖、花崗巖等材料吸水性較小、收縮性較低。砂巖、板巖等吸水性較強、收縮性較高。另外骨料的密度也對收縮性很重要。第三，用水量。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮性越高。第四，施工過程。機械振搗的過程也很重要。振搗的時間太短，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻；時間太長，造成分層都會使密度不均勻，易發生收縮裂縫。第五，混凝土澆筑期間技術措施不當。由于泵送壓力不足或混凝土流動性不足，泵送口角度不合理，防水層松鋪長度不足，封口不當等原因造成的脫空，是混凝土澆筑期間形成空洞的主要原因。第六，設計問題。一是設計初對于地形與地質的調研不夠，直接造成了空洞。二是對隧道洞承重壓力的計算方式方法不對，或是誤差太大。三是對于地表條件考慮不準，深埋與淺埋劃分不清。第七，隧道運營過程中形成空洞的原因。一是襯砌材料老化劣化，由于使用時間的問題，材料的老化劣化不可避免；二是保養維修的不及時；三是道運營過程中，襯砌背后回填物中可能存在松散土體或易腐蝕分解的材料。

但根據現場情況，空洞范圍較大，最大可能為泵送壓力不足或混凝土流動性不足造成脫空。二次襯砌采用混凝土泵通過輸送管壓入模板，因任何原因造成的輸送泵壓力不足都會導致模板內混凝土壓力不足而不能充分灌滿模板，尤其是距離泵送孔較遠的位置。混凝土流動的動力來自輸送泵，阻力包括：輸送管對混凝土的粘滯力和摩阻力、將混凝土提升到拱頂位置的勢能損失、泵送口處的局部損失，以及模板和襯砌鋼筋對混凝土的粘滯力合摩阻力等。襯砌鋼筋對混凝土的阻力不可忽視，在許多工程中都存在有鋼筋區段比無鋼筋區段襯砌空洞更多、更大的現象。

4 整治措施

針對上述問題，經過認真討論研究，并參考其他單位對此類問題的處理方法，最終決定采用自密實混凝土輔助以鋼筋骨架對空洞進行修補（見圖4）。

圖4 襯砌空洞整治圖

4.1 清除松散混凝土

在空洞范圍內，將小于20 cm 的松散層全部鑿除，鑿除完畢后用切割機修整周邊，成為規則的形狀，最后將砼表面清洗干凈，除去浮灰等不利于粘結的物質。

4.2 鉆孔植筋

在凹槽周圍鉆孔，鉆孔分上下兩層，層間距20 cm，每層鉆孔間距25 cm，孔徑φ14 mm，然后采用植筋膠植筋，植筋采用直徑φ12 mm 鋼筋，錨固深度控制在20 cm 外露長度30 cm，搭接時接頭錯開搭接，以便于搭接。

4.3 掛設鋼筋網

在修補位置至少增加1 倍鋼筋，網片采用φ12 mm 鋼筋，網格間距25 cm，箍筋采用φ10 mm 鋼筋，網片鋼筋于錨固筋之間采用焊接方式連接牢固，焊縫長度不得小于5 cm。

4.4 模板安裝

在凹槽外圍10 cm 處鉆孔設置錨固筋，鉆孔直徑φ20 mm，孔深20 cm，采用φ18 鋼筋或絲桿進行錨固；將混凝土面沖洗干凈后，安裝模板及泵送混凝土注漿管，并利用錨固筋進行固定，最后利用玻璃膠將模板四周縫隙進行堵塞。

4.5 隱蔽前檢驗

待準備工作做好之后，由施工方進行自檢，自檢合格后報設備管理單位進行檢查驗收；檢查驗收合格后，方可進行注漿施工。

4.6 灌注混凝土

用C45 自密實混凝土對空腔進行填充，自密實混凝土里面加微膨脹劑（型號：KL-16），注漿一次性完成，不得任意停泵，以防堵塞管路。注漿前計算好所需混凝土量，包括混凝土輸送管里面的量，以防注漿不飽滿。

4.7 封閉處理

注漿完成后封閉注漿孔口，割除外漏鋼筋并對施工縫處采用環氧樹脂涂刷進行封閉處理。拆模后及時涂刷外養護液對混凝土進行養護。

4.8 效果檢查及注漿

注漿結束72 h 后，拆除模板并對注漿處再次打孔驗證。若未注漿飽滿，再次注漿。

4.9 后期處理

混凝土表面處理待砼修補完成后3 d 以上，再對表面進行色差處理，采用黑白水泥進行試拌，確認顏色后對砼表面進行色差處理，保證修補砼和原有砼的基本色澤一致。

5 結束語

在高鐵事業飛速發展的今天，高鐵的建設與運行水平甚至成為了國家名片。對于鐵路工程來說，基礎設施設備的安全決定了人們的出行安全，隧道工程作為鐵路工程的重要組成部分，其安全性與穩定性更是重中之重。及時發現和整治隧道襯砌空洞病害是所有鐵路工務工作者的目標，要把及早發現和整治隧道隱患，進一步提高基礎設施的穩定性，在養護保養以及管理方面還有大量的工作要做。