隧道襯砌厚度極嚴重不足施工整治方法探討

高 濤 中國鐵路上海局集團有限公司寧波工務段

某隧道病害主要表現為襯砌厚度極嚴重不足，局部出現襯砌混凝土剝離（圖1）。拱腰處對剝離段進行面積約0.8 m2～1.0 m2鑿除拓寬排查，該處襯砌厚度不足5 cm，襯砌混凝土內部僅僅設置單層鋼筋。鑿孔探測，圍巖極破碎，夾雜黃色沙粒，有少量水滲出。初期支護鋼拱架及噴射混凝土結構較完整，隧道二次襯砌混凝土較密實無疏松，強度保持較好。該段襯砌混凝土平均厚度僅10 cm 左右，并且臨近拱部范圍襯砌厚度僅為3 cm～5 cm，臨近隧道拱頂處二次襯砌存在局部脫空，敲擊時明顯有空音。經多次排查發現，隧道病害范圍縱向約8 m，環向約6 m。

圖1 隧道病害位置示意圖

1 施工方法

1.1 病害處二襯內輪廓測量

對已經探明的病害范圍，沿縱向方向向兩端個延伸3 m，采用全站儀測量現有二襯結構的凈空尺寸。根據量測結果，確定臨時鋼拱架的半徑，并進行臨時鋼拱架的加工。每節鋼拱架長度為1.8 m-2.2 m。

1.2 臨時鋼架支撐（圖2）

圖2 臨時鋼拱架示意圖

為確保施工安全，施工中需采取臨時鋼架支撐。臨時鋼架采用工20 a，間距每米1 榀，鋼架半徑根據現場實測隧道襯砌內輪廓擬定。臨時鋼架底部焊接200 mm×200 mm 的鋼墊板，支承于隧道溝槽蓋板面上，施工中應確保鋼架基礎穩固。臨時鋼架在隧道邊墻部分采用ф20 植筋固定，植筋深度不小于30 cm，環向間距40 cm，植筋采用A 級膠。為增加鋼架穩定性，隧道邊墻部分臨時鋼架設置Φ22 縱向連接筋，環向間距1.0 m。

1.3 隧道拱部周邊圍巖徑向注漿

為改善隧道襯砌背后圍巖狀況，以提高襯砌背后圍巖的自穩和自承能力，在臨時鋼架支撐后，對病害地段的隧道拱部周邊圍巖進行5 m 徑向注漿加固。注漿管采用Φ42 mm 壁厚3.5 mm鋼花管，間距1.5 m×1.5 m，梅花型布置。

在管口安設灌漿嘴，從低到高灌注注漿材料注漿采用純水泥漿，水灰比0.5：1～1：1.5，注漿壓力：初壓為0.2 MPa～0.3 MPa，終壓為1.0 MPa～1.5 MPa。注漿壓力達到設計終壓后穩定10 min，可結束注漿。封孔作業：停泵后立即封閉孔口閥門，拆卸和清洗管路，割除外露鋼管，待漿液凝固后用塑膠泥封堵孔口，保證封孔后結構不滲水、漏水。

隧道軸線分左右逐段壓注，由兩端向中央，由低處向高處依次注漿；注漿是一項連續作業，不得任意停泵，以防堵塞管路（圖3）。

圖3 隧道注漿孔布置圖

1.4 侵限初期支護更換

1.4.1 原初支鋼拱架置換

鋼拱架置換與二襯混凝土重筑采取分區作業方式，將病害區域沿縱向每4 m 劃分一個作業區域，每個作業區域分A、B、C 三個作業單元進行施工。先施做A 單元，待澆筑混凝土達到設計強度后在施做C 單元，C 單元澆筑的混凝土達到設計強度后再施做B單元（圖4）。

圖4 分區作業示意圖

先根據鉆探結果首先在A 作業單元內每榀侵限初期支護鋼拱架左右兩側10 cm 處用切割機切縫，用電鉆或風鎬將范圍內的混凝土鑿除，然后將原鋼拱架分段割除。采用弧形靠尺確定二襯欠挖厚度，將欠厚圍巖鑿除至設計深度。清理圍巖表面，噴射5 cm的混凝土封閉掌子面，以確保圍巖穩定。對于接觸網吊柱基座等特殊構件部位，2 m 范圍內的混凝土不得隨意鑿除，若影響到施工，及時反饋設計單位，設計單位現場確認，制定專項設計方案。在原鋼拱架割除的端部焊接連接板，用螺栓將置換鋼拱架與原鋼拱架連接在一起。安裝置換鋼拱架時應自下而上應分段連接。然后鉆設錨栓，鋪設10 cm×10 cm 鋼筋網片，將鋼筋網片與錨栓和鋼拱架焊接咋一起，噴射20c m混凝土。因天窗時間較短，在鑿除混凝土時應均勻鑿除，且必須保證同一里程處的鋼拱架的置換必須在一個天窗點內完成。置換的鋼拱架間的二襯用鋼帶與錨栓加以保護。

1.4.2 鑿除缺陷混凝土及欠挖圍巖

同一作業區內連續更換3 榀鋼拱架后，拆除作業區內的鋼帶，鑿除混凝土至原設計輪廓。鑿除混凝土應自下而上均勻鑿除，圍巖鑿除至原設計輪廓線每鑿除1.5 m×1.5 m，應立即對圍巖噴射5 cm 的混凝土，封閉掌子面，然后在鑿除其他混凝土，依次進行。鑿除混凝土時，缺口應內寬外窄，形成倒梯形，對于新澆筑混凝土有夾持作用。切口表面應粗糙，但結構應致密，不得留有松散、氣泡、裂隙等，混凝土切口四周鑿毛標準為凹凸差不小于6 mm 的粗糙面。全部鑿除后，掛設鋼筋網片噴射20 cm 的混凝土。掛網噴射混凝土必須在一個天窗時間內完成。

1.4.3 修補、恢復隧道二襯防排水系統

在開鑿過程中做好防水板、土工布的保護，對于靠近防水板的混凝土，操作規范，采用小型切割機開鑿，確保外漏的防水板完整，無破損，否則，擴大開鑿范圍，直到露出完整的防水板為止。

露出防水板與新鋪設的防水板采用專用的電熱融器進行焊接連接，局部損壞的及時補焊修復，新鋪設的防水板松緊合適，密貼至圍巖面，但不能過緊。每根錨栓在靠近防水板與二襯內側外包一道遇水膨脹止水條，避免錨栓起到流水引排作用。

1.5 混凝土澆筑

1.5.1 植筋

在二次襯砌中部環、縱向植入Φ16 的螺紋鋼，環、縱向間距20 cm，植入深度按30 cm、50 cm 交替布置。植筋采用A 級錨固劑錨固。如二次襯砌內存在完好鋼筋，可利用既有鋼筋，確保澆筑混凝土與鋼筋有效粘結，連接牢固。

1.5.2 安裝錨栓

利用臨時鋼架作為支撐，在臨時鋼架上鋪設模板，結合二次襯砌鋼筋和錨栓和鋼帶對模板進行固定。錨栓采用Φ 16螺紋鋼錨栓，間距環向縱向40 cm，嵌入巖石不小于40 cm。錨栓必須進行張拉試驗，確保拉拔力達到設計要求。

1.5.3 涂刷混凝土界面劑

為了有效增強新舊混凝土之間的粘結力，沿新舊混凝土結合部，涂刷混凝土界面劑。界面劑是由水泥等無機膠凝材料、填料、聚合物膠粉和相關的外加劑組成的粉狀物。具有高黏結力，優秀的耐水性、耐老化性，使用時按一定比例摻水攪拌使用。

1.5.4 模板安裝

在襯砌表面鋪設模板，混凝土開鑿量超出1.5 m 1.5 m 的面積，采用鋼模板，鋼模板上需設置接地，接地鋼筋采用Φ16的螺紋鋼，接地鋼筋與每塊鋼模板采用雙面焊接，焊接牢固可靠，并接入隧道溝槽內的縱向接地鋼筋或接地端子。也可以參照隧道內接觸網接地方式，接地鋼筋間隔一定距離用鋼卡固定在隧道二次襯砌的混凝土表面上。

1.5.5 澆筑混凝土

通過灌料孔灌入C30 微膨脹自密實混凝土，混凝土現場按照設計配合比，采用滾筒式拌合機機械拌制，應具有較好的流動性。在砼灌注前，由專業技術人員及監理工程師，對于混凝土的質量做好過程檢測工作。采用插入式震搗器搗固，充分回填鑿開的孔洞及二襯脫空不密實部位。封口模板做特殊設計，在靠近拱頂位置預留30×30 孔洞，該處設活動板，利用孔洞澆筑最后的混凝土，封口處預埋直徑25 mm 的注漿管，待混凝土強度上升后對孔洞未澆筑密實部位進行壓力注漿。

針對同一模筑砼地點，需利用多個封鎖點進行分段施工的處所，必須采用穩妥的臨時封堵措施，防止未凝固的砼掉落。錨栓安裝、防排水恢復、結構鋼筋植入、拉拔試驗完成后，安裝整體模板，采用錨栓鋼筋、結構鋼筋緊拉模板，同時模板背面采用Φ22 螺紋鋼環向做受力筋，5 cm 的方木做橫向結構加固，錨栓、結構筋、背拉鋼筋、橫向方木相互焊接、螺栓連接組成了模板固定的受力組合體系。

1.5.6 回填注漿、拆除模板

為了進一步提高新澆筑混凝土密實性，確保澆筑的二次襯砌混凝土厚度符合要求，通過預留注漿孔進行注漿。回填注漿壓力不大于0.2 MPa，水比比為0.5：1。待注漿完成1 h后，拆除模板，根據規范標準要求，承重模板在混凝土強度達到設計強度的75%，方可拆除模板，一般是混凝土澆筑完成14天以后，具體拆模時間按照同條件試塊的強度而定。模板轉移必須由專人盯控，不得隨意堆放在施工臺架上，不得拋擲，每拆除一塊，立即調運至地面，確保施工安全。

1.5.7 混凝土表面打磨

二襯全部施做完畢后對新澆筑的混凝土表面打磨處理，在新混凝土表面并向既有混凝土四周延伸100 cm 范圍內刮涂水泥基滲透結晶型防水涂料二遍，且涂抹厚度不應小于2 mm（圖5）。

圖5 隧道二次襯砌鑿槽、植筋、嵌補示意圖

1.5.8 設置邊墻排水槽

為防止病害地段修復后出現隧道拱部及邊墻滲漏水，在病害段隧道邊墻設置邊墻排水槽，設置間距3 m～5 m。具體方法如下：

沿環向方向，采用切割機切割成內寬外窄的倒梯形水槽，內寬13 cm、外寬10 cm、深度10 cm的倒梯形排水槽。 在切割完成的排水槽內安裝Φ100 半圓形塑膠管，確保流水順暢。采用射釘結合金屬鋼卡，將Φ100 半圓形塑膠管固定，鋼卡沿塑膠管方向50 cm每道。

清水沖洗排水槽，且將松動的混凝土及時鑿除，確保排水槽無雜物、無碎碴，按照配合比拌制防水堵漏劑，粉料：水為1：0.4，攪拌均勻。放置片刻，待手捏略有硬感時，灰刀填入槽內，并用力擠壓，輕砸表面使其向內部及四周壓緊、擠實。

先按照配合比對于材料進行稱量，粉料：水=1：0.4 的比例，將稱量好的水倒入攪拌桶，開啟攪拌器，邊攪拌邊倒入防水涂料，攪拌均勻。涂刷基面要牢固、干凈、平整，不滲水面必須充分潤濕至飽和但不能積水，采用抹子或刮板多遍涂抹（至少兩遍），每遍用料不應小于1.5 kg/m2，成膜約0.9 mm～1.1 mm。上一遍涂層硬化后（手壓不留指紋），將其噴濕（但不能積水），再進行下一遍施工，直至達到規定的涂層厚度（不小于2.0 mm）。涂抹時要稍用勁并來回多次使其密實，同時注意搭接。

待最后一道涂層硬化后，馬上進行保濕養護2～3天。養護方式可主要為噴水（圖6）。

圖6 隧道邊墻排水槽設置示意圖

2 結束語

二襯厚度極嚴重不足段通過臨時鋼架支撐，圍巖徑向注漿加固，初期支護鋼架置換，二次襯砌鑿槽、植筋、嵌補等措施進行綜合整治。有效解決存在的安全隱患，確保了行車安全。