隧道襯砌質(zhì)量缺陷原因分析及預(yù)防措施

劉雪娟

（中鐵上海工程局集團(tuán)第一工程有限公司，安徽 蕪湖241000）

1 引言

隧道襯砌必須有足夠的強(qiáng)度、耐久性和一定的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性。實(shí)際施工中，襯砌質(zhì)量缺陷時(shí)有發(fā)生，勢(shì)必對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生不良影響。本文結(jié)合在建鐵路隧道項(xiàng)目，介紹了隧道襯砌常見(jiàn)的缺陷類型，分析了導(dǎo)致襯砌常見(jiàn)缺陷的原因，提出了預(yù)防隧道襯砌缺陷發(fā)生的措施。

2 缺陷類型

隧道襯砌常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷有空洞、脫空、不密實(shí)等。（1）空洞：依據(jù)《鐵路運(yùn)營(yíng)隧道襯砌安全等級(jí)評(píng)定暫行規(guī)定》（鐵運(yùn)函〔2014〕174 號(hào)），襯砌背后未回填深度及直徑大于10cm，即屬于有空洞。（2）脫空：襯砌背后未回填深度及直徑小于10cm（不含），多沿隧道縱向呈帶狀分布。（3）不密實(shí)：襯砌背后全部用填料回填，但填料內(nèi)空隙較大。

3 檢測(cè)方法

3.1 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)法是利用介質(zhì)對(duì)電磁波的反射特性，對(duì)介質(zhì)內(nèi)部的構(gòu)造和缺陷（或其他不均勻體）進(jìn)行探測(cè)，適用于檢測(cè)襯砌厚度、襯砌背后的回填密實(shí)度和襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋等分布。

3.2 工業(yè)內(nèi)窺鏡驗(yàn)證

對(duì)地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)到缺陷的部位，采用工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行驗(yàn)證，鉆取直徑25mm，厚度約為二次襯砌厚度的通道，清除通道內(nèi)的雜物，然后將探頭推進(jìn)到通道內(nèi)，探頭上安裝有攝像頭，可在儀器上觀察通道內(nèi)的情況，從而對(duì)缺陷處進(jìn)行直觀驗(yàn)證。

4 工程現(xiàn)狀及原因分析

4.1 工程現(xiàn)狀

對(duì)承建的5 座隧道進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)果顯示，因襯砌脫空、空洞、不密實(shí)導(dǎo)致的缺陷發(fā)生率為6.5%～8.5%，缺陷平均發(fā)生率為7.8%，如表1 所示。

表1 隧道缺陷率統(tǒng)計(jì)表

4.2 原因分析

導(dǎo)致隧道襯砌缺陷的原因主要有以下幾個(gè)方面。

隧道圍巖光面爆破效果差，造成隧道開(kāi)挖輪廓凹凸不平，噴射混凝土施工時(shí)未完全充填不平整處。TB 10753—2018《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，噴射混凝土表面平整度應(yīng)符合兩突出物之間的深長(zhǎng)比≤1/20 的規(guī)定。如果2 次測(cè)量間距過(guò)大，測(cè)量頻次不足，則不能獲得縱向方向相鄰1m 之間的斷面數(shù)據(jù)，因此，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)不平整處。若遺漏的不平整處沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)噴整治，很可能導(dǎo)致二次襯砌形成脫空或空洞。

防水板鋪設(shè)過(guò)緊，二次襯砌混凝土被防水板阻斷而不能完全充填凹陷位置，導(dǎo)致防水板與初期支護(hù)面不密貼，形成脫空或空洞。防水板鋪設(shè)過(guò)松，施工時(shí)會(huì)形成褶皺，在二次襯砌與防水板之間形成脫空。防水板的固定間距不合理也可能導(dǎo)致脫空或空洞發(fā)生，尤其在拱部，如果固定位置過(guò)大，泵送混凝土壓力不足時(shí)，致使防水板與初期支護(hù)之間形成脫空或空洞。

二次襯砌混凝土和易性差，砂漿石子分離，流動(dòng)性差，加之混凝土施工時(shí)，布料不、振搗方法不當(dāng)，因模板臺(tái)車開(kāi)窗不合理，導(dǎo)致漏振、過(guò)振等，使局部砂、石集中，導(dǎo)致襯砌缺陷發(fā)生。

澆筑拱頂時(shí)，隨著拱頂空間的逐漸減小，空氣難以排出，并且由于空氣壓力的作用，混凝土?xí)y以進(jìn)入，導(dǎo)致作業(yè)人員誤以為已澆筑完成[1]，采取何種措施使作業(yè)人員能直觀地判斷拱頂混凝土是否灌注密實(shí)，有效預(yù)防拱頂脫空，需要思考和研究。

5 預(yù)防措施

5.1 改進(jìn)初期支護(hù)斷面測(cè)量

將傳統(tǒng)的斷面測(cè)量?jī)x萊卡全站儀替換為新型Trimbies×10掃描儀，該掃描儀可實(shí)現(xiàn)三維影像掃描，通過(guò)縱向全斷面連續(xù)掃描，更全面更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)噴射混凝土不平整的缺陷，并及時(shí)補(bǔ)噴，為后續(xù)二次襯砌施工提供平整初期支護(hù)面，有效減少因初期支護(hù)不平整引起的二次襯砌脫空及空洞缺陷。

5.2 規(guī)范防水板鋪設(shè)施工

防水板施工松緊應(yīng)留有余量，實(shí)鋪長(zhǎng)度與初期支護(hù)基面弧長(zhǎng)的比值可為10∶8，同時(shí)防水板固定點(diǎn)間距在拱部應(yīng)加密，可為0.5～0.8m，邊墻可為0.8～1.0m，且呈梅花形排列，并在基面凹凸較大處增加固定點(diǎn)。

5.3 優(yōu)化二次襯砌混凝土施工

由于拱頂部位的特殊性，5 座隧道拱頂部位缺陷發(fā)生率占缺陷總數(shù)量的63%，并且脫空是拱頂部位的主要缺陷，因此，合理設(shè)計(jì)沖頂混凝土的配合比及做好施工控制尤為重要。

配合比設(shè)計(jì)時(shí)可參考以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)CECS 203:2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的要求，水粉比控制在0.80～1.15，單位體積粉體量控制在0.16～0.23，單位體積漿體量控制在0.32～0.40。（2）適當(dāng)提高粉煤灰摻量，大量試驗(yàn)資料研究表明，粉煤灰有“微粒效應(yīng)”“活性效應(yīng)”“減水效應(yīng)”及“界面效應(yīng)”，可以明顯改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土可泵性、密實(shí)性[2]。（3）機(jī)制砂中石粉含量控制在15%～20%。有關(guān)試驗(yàn)研究也表明,機(jī)制砂中的石粉可以完善混凝土顆粒級(jí)配，增加漿體數(shù)量，改善工作性[3]。同時(shí)，合理布置二次襯砌模板臺(tái)車開(kāi)窗數(shù)量，規(guī)范振搗，避免漏振、過(guò)振等，也是保證二次襯砌施工質(zhì)量的有效措施。

5.4 拱頂采取有效防脫空措施

拱頂部位采取2 個(gè)措施防止脫空：（1）在拱頂防水板上布置防脫空觸頭，并與液位繼電器相連，當(dāng)混凝土充滿后繼電器全部由綠燈變成紅燈；（2）為防止混凝土澆筑時(shí)沖頂現(xiàn)象導(dǎo)致脫空裝置誤指示，在臺(tái)車高端距邊緣30cm 處預(yù)留一處觀察孔，指示燈全部亮紅燈，同時(shí)有濃砂漿通過(guò)觀察孔溢出，即認(rèn)為混凝土充滿。

6 工程應(yīng)用

選取了“隧道5”進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。改進(jìn)措施后，本座隧道襯砌空洞、脫空、不密實(shí)缺陷發(fā)生率由7.8%下降至2.3%，襯砌質(zhì)量改善率達(dá)71%。隧道襯砌質(zhì)量的改善，帶來(lái)了良好的社會(huì)效益，同時(shí)，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

保證襯砌質(zhì)量，減少襯砌缺陷，是工程界持續(xù)研究和探討的課題。導(dǎo)致隧道缺陷的原因繁多而復(fù)雜，本文分析了導(dǎo)致隧道襯砌空洞、脫空、不密實(shí)缺陷的主要原因，提出了預(yù)防措施，通過(guò)實(shí)際工程應(yīng)用，驗(yàn)證了預(yù)防措施能有效改善隧道襯砌質(zhì)量，對(duì)確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義。