鐵路隧道二次襯砌質量問題原因分析及防控技術研究

邸立建

(中鐵二十二局集團市政工程有限公司 廣東廣州 510000)

1 引言

鐵路隧道二次襯砌是隧道工程在初期支護內側施作的模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，與初期支護共同組成復合式襯砌[1]。二襯的施工質量對后期的鐵路運營有很大影響，為此，鐵路總公司將初支、襯砌的厚度和混凝土強度不足等問題納入質量安全紅線管理。本文根據實體檢測中發現的質量問題，分析原因并總結出科學有效的防控措施，減少并杜絕出現實體質量問題，具有十分重要的工程學術意義和經濟價值。

2 工程概況

玉磨鐵路作為中老昆(明)萬(象)鐵路國內段，起于云南省玉溪市，途徑普洱市、景洪市，止于磨憨口岸。本標段全長38.878 km，其中隧道9座，全長27.82 km，占比71.6%。由于隧道占比大，二襯的施工質量控制顯得尤為重要。

玉磨鐵路地處滇西南，隧道圍巖構成復雜，級別涵蓋了Ⅱ至Ⅴ級，以Ⅳ、Ⅴ級為主。受地質構造和地震影響，圍巖破碎、風化差異性大、基巖裂隙水發育，自穩能力差，拱部及邊墻塌方掉塊、掌子面不穩、涌水突泥極易發生。

3 隧道實體檢測存在的主要問題

按照實體質量檢測有關文件要求，根據施工進度，對部分隧道進行了實體質量檢測。檢測結果顯示，各隧道均不同程度存在二襯混凝土局部厚度不足、二襯局部(背后)脫空、局部混凝土不密實等問題。

4 缺陷原因分析

4.1 二襯厚度不足原因

(1)在開挖過程中局部欠挖或初支鋼架定位安裝不準確，造成初支局部侵限。在進行初支斷面掃描時，掃描斷面縱向間距過大或環向點位間距過大而沒有掃到局部侵限部位，造成二襯局部厚度不足。

(2)開挖及初支預留變形量較小，監控量測不到位，初支變形過大造成局部侵限。二襯施工前未再次掃描斷面或斷面掃描不到位，未檢測到侵限部位，造成二襯局部厚度不足。

(3)混凝土輸送泵選型不當或故障、老舊而動力不足[2]，混凝土難以灌滿拱部，二襯拱部因局部脫空而造成脫空部位厚度不足。

4.2 二襯(背后)脫空原因

(1)在混凝土澆筑完成時，受拱頂初支局部凸凹不平順、存在縱坡、難以觀察等施工條件限制，致使局部混凝土難以灌滿拱部而存在空腔，造成拱部混凝土和防水板之間脫空。

(2)Ⅱ、Ⅲ級圍巖無鋼架支護段開挖時，光爆效果差或受圍巖破碎、風化發育不均等地質原因影響，局部溜坍掉塊，造成巖面凸凹不平或有較大凹坑。噴射混凝土支護時，未將凹坑噴滿或噴平順，在凹凸不平的初支表面上鋪設防水板，施工難度較大，防水板難以緊貼初支表面。澆筑二襯混凝土時，凹坑處防水板緊繃，阻擋混凝土填滿凹坑，造成防水板后脫空。

(3)在Ⅳ、Ⅴ級圍巖有鋼架地段，初支噴射混凝土控制不到位，造成拱架間混凝土不平順，呈明顯的“肋骨”狀。鋪設防水板時，防水板預留松弛度不足，拱架間防水板未緊貼初支面，造成防水板背后脫空。

(4)防水板鋪設時松弛度不合適[3]，控制不到位。預留松弛度較小時，防水板難以緊貼凹坑處初支面，即使受到澆筑混凝土的壓力也無法緊貼初支面，造成防水板后脫空；預留松弛度較大時，容易出現空鼓，受到澆筑混凝土的壓力而產生褶皺，在褶皺部位造成防水板后脫空。

(5)混凝土澆筑完成后，拱頂混凝土自然收縮產生空隙或空洞[4]。

4.3 二襯混凝土不密實原因

(1)混凝土澆筑速度控制不到位和混凝土運輸車間隔時間過長，致使澆筑不連續，造成接觸面處新舊混凝土結合不好而產生不密實現象。

(2)混凝土和易性差且拱部未按要求進行多孔送料，局部砂漿流向較低部位，只剩下粗骨料，造成混凝土不密實。

(3)混凝土振搗不到位。特別是拱腰以上主要采用附著式振搗器，振搗效果不易觀察，振搗質量難以控制。

(4)在有鋼筋的二襯混凝土澆筑時，進料窗口不足或較高，導致下料時混凝土受鋼筋的影響造成骨料分離，粗骨料堆積部位易造成混凝土不密實。

(5)二襯臺車自由端模板接縫不嚴，混凝土澆筑過程中易出現跑漿、漏漿現象，造成二襯施工縫處脫空、不密實現象比較突出[5]。襯砌施工縫處背貼、中埋式止水帶受埋設位置空間限制，很難縱向及環向安裝到位且固定牢固，一旦在澆筑混凝土過程中發生扭曲、脫落、褶皺等現象，施工縫處必將出現不密實、脫空、開裂、掉塊等現象[6]。

5 防控技術探討研究

5.1 二襯厚度不足防控技術

(1)嚴格控制超欠挖

編制適合隧道各段圍巖的爆破施工方案。由于西南地區地質條件復雜多變，圍巖性質不均，爆破方案應具有較強的針對性。

在開挖過程中，不斷優化爆破方案。根據超前地質預報及掌子面揭示地質情況確定每循環開挖進尺長度和炮孔位置、間距、深度、外插角及裝藥數量，并根據爆破效果不斷積累經驗，確保光爆效果達到預期要求，嚴格控制超欠挖。

(2)加強超前支護施作效果

按照設計要求施作超前支護，特別是對局部圍巖破碎、裂隙發育部位加強超前支護，防止溜坍、掉塊造成開挖輪廓凹凸不平。

(3)加強監控量測，預留適宜變形量

根據圍巖類別及開挖方法編制圍巖監控量測實施辦法并嚴格執行，分析總結同類圍巖的變形規律，確定合適的預留變形量。防止預留變形量過大造成二襯厚度過大、預留變形量過小造成初支侵限換拱或二襯厚度不足問題。

(4)嚴控隧道初支斷面檢測

將初支斷面檢測納入工序管理。在鋪設拱墻無紡布及防水板前必須再次進行初支斷面檢測，測量明顯凸出斷面和局部較為凸出部位，防止由于局部侵限點檢測不到位而導致該部位二襯厚度不足。

5.2 二襯脫空防控技術

(1)嚴格控制超欠挖

采用光面爆破技術，嚴格控制超欠挖，保持開挖輪廓線平順。

(2)嚴格控制初支噴射混凝土質量

初噴混凝土應在開挖后及時進行，厚度不少于4 cm。噴射時應先填平巖面較大凹洼處，初噴混凝土面應大致圓順[7]。Ⅱ、Ⅲ級圍巖，實際受圍巖地質不均、變化差異大等影響，光爆效果難以達到要求，巖面凹凸不平時，要通過噴射混凝土來調整以達到初支表面平整度要求；Ⅳ、Ⅴ級圍巖初支混凝土厚度較大時，需分層噴射。噴射混凝土表面應平整、密實。

當因地質、施工等原因造成噴射混凝土表面平整度達不到要求的，及時在下一循環噴射混凝土施工時補噴平順。采用濕噴機械手，配以高水平的操作手，可以有效提高混凝土噴射速度和質量；對拱部等不平順部位進行補噴時，比普通濕噴機更為方便快捷。

通過逐榀鋼架間打孔驗證，檢查初支厚度是否滿足設計要求、初支背后是否存在脫空或不密實現象。發現初支脫空或不密實現象，進行注漿處理。

(3)嚴格控制無紡布、防水板施工質量

二襯防水施工前，對初支表面進行檢查，將噴射混凝土未能覆蓋的超前小導管、錨桿和鋼筋頭等齊根切除，采用水泥砂漿磨平。

將無紡布采用射釘和熱熔墊圈固定在初支基面上，固定點間距滿足設計要求，必要時進行加密。無紡布要與初支表面密貼鋪設，無褶皺、隆起和緊繃現象。

防水板下料長度應適當加長，實際鋪設長度與初期支護面實測長度之比宜為10∶8，鋪設完成后防水板與初支表面應密貼無空洞[8]。采用電磁焊接機將防水板與熱熔墊圈焊接牢固，防止澆筑混凝土時防水板脫落，造成拱部脫空。

(4)采用中高壓混凝土輸送泵

中高壓混凝土輸送泵可明顯減少拱頂脫空現象，特別對于單線鐵路隧道，拱頂曲線半徑較小，中高壓混凝土輸送泵更有助于將拱頂混凝土泵滿。

(5)嚴格控制混凝土性能

嚴格控制混凝土的和易性和坍落度，特別是沖頂補方階段，混凝土現場坍落度宜為設計配比的上限，防止因為和易性及流動性差造成拱頂局部脫空。攪拌好的混凝土應在1/2初凝時間內入泵，并在初凝前澆筑完畢[9]。

(6)帶模注漿工藝控制

優化臺車設計，在襯砌臺車頂部預留帶模注漿孔來保證帶模注漿順利進行[10]，并將帶模注漿納入工序管理，嚴格按照施工技術交底組織施工。帶模注漿分為縱向注漿和徑向注漿?？v向注漿管布置剖面見圖1，徑向注漿管埋設剖面見圖2。

圖1 拱部縱向注漿管埋設剖面

圖2 拱部徑向注漿管埋設剖面

帶模注漿應采用高結石率的水泥漿或微膨脹水泥漿，注漿壓力應達到0.2 MPa。徑向注漿過程中，如果注漿壓力超過1.0 MPa未出濃漿，即更換注漿孔，直至注漿滿足要求[11]。通過地質雷達及時檢測注漿效果，對不滿足要求的部位再次進行打孔注漿。

(7)采用鐵路隧道襯砌拱部防脫空裝置

拱部防脫空裝置采用液位連通式或壓觸連通式。防脫空裝置由接觸端子、控制箱、指示燈和導線組成，工作電壓采用不高于24 V的安全電壓。

5.3 二襯混凝土不密實防控技術

(1)嚴格控制混凝土的質量。由于西雙版納地處亞熱帶，溫度較高，要采取降溫等措施保證到場混凝土的性能良好。

(2)加強現場施工管理，保證混凝土澆筑連續穩定。每一板二襯澆筑前計算出混凝土的方量、車數，結合澆筑速度，計算出每一車混凝土到達的間隔時間，確保連續澆筑，防止因混凝土供應不及時或等待時間過長而影響其性能，減少施工縫或施工縫結合處的質量缺陷[12]。

(3)加強施工工藝控制，采用“三逐兩孔兩振”工藝。三逐:逐層和逐窗澆筑，逐板注漿。兩孔:拱頂均勻分布的兩個孔澆筑。兩振:邊墻以插入式振搗器為主，附著式振搗器為輔；拱部以附著式振搗器為主，插入式振搗器為輔。

(4)采用木模配合鋼端模加固二襯端頭模板，盡量做到模板拼縫嚴密，固定牢固，不漏漿。在施工過程中，專人監控端模，發現漏漿及時封堵，避免二襯接頭處混凝土不密實。

(5)采用中埋式止水帶定位卡，提高中埋式止水帶的安裝質量，有效減少由于止水帶安裝不到位造成的二襯接頭處混凝土不密實等現象。定位卡埋設后中埋式止水帶使用效果見圖3。

圖3 二襯中埋式止水帶定位卡使用效果

6 結束語

通過對二襯實體質量問題進行原因分析和防控技術及工藝研究，強化過程控制，本標段二襯混凝土實體質量顯著改觀。后續施工經第三方實體檢測，混凝土厚度不足問題基本消除，二襯背后脫空和混凝土不密實問題比例大幅降低。因此，在隧道二襯施工過程中，有針對性地采取上述綜合防控技術及措施，對提高二襯實體質量有著積極有效的作用。