隧道二次襯砌防脫空綜合施工技術(shù)探討

張慶雨

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 順義 101300）

0 引言

在中西部地區(qū)，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，地形地貌的特殊性導(dǎo)致高速公路隧道占比高，隧道施工過(guò)程中易出現(xiàn)塌方、大變形、突泥突水、瓦斯等不良地質(zhì)災(zāi)害，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，質(zhì)量把控稍有疏忽，就容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重后果。隧道施工中，二次襯砌施工是最重要環(huán)節(jié)。受多種原因的影響，隧道二次襯砌混凝土脫空現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。采取科學(xué)合理措施減少出現(xiàn)脫空缺陷的概率，提高隧道結(jié)構(gòu)的安全性，降低后期治理維護(hù)的成本，是隧道襯砌施工亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)。基于此，本文對(duì)隧道二次襯砌防脫空綜合施工技術(shù)進(jìn)行探討。

1 隧道二次襯砌脫空原因

二次襯砌脫空缺陷多出現(xiàn)在拱頂、施工縫處或者仰拱底部，為隧道比較常見(jiàn)的也難以根治的一種質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致隧道襯砌脫空的因素較多，主要有以下幾種：

（1）初期支護(hù)噴混原因：初期支護(hù)的平整度不達(dá)標(biāo)，隆起或凹陷，若隧道整體縱坡較小，形成的凹凸面直接造成襯砌的結(jié)構(gòu)尺寸不足或者脫空；

（2）混凝土自身因素：混凝土自身收縮較大，坍落度較大或較小時(shí)，漏振或振搗不密實(shí)，會(huì)導(dǎo)致形成背后脫空，這是形成襯砌脫空的主要原因之一；

（3）防水板的鋪設(shè)原因：防水板鋪設(shè)采用熱熔墊圈焊接，防水板鋪設(shè)不平整、鋪設(shè)過(guò)于緊張、出現(xiàn)隆起現(xiàn)象時(shí)造成襯砌空洞；

（4）施工過(guò)程控制不嚴(yán)：在襯砌混凝土澆筑施工過(guò)程中，不嚴(yán)格進(jìn)行過(guò)程控制，再加上作業(yè)工人責(zé)任心不強(qiáng)，只是簡(jiǎn)單從臺(tái)車端頭模板進(jìn)行觀察，如果襯砌鋼筋密度大，混凝土和易性稍差，都很容易引起混凝土在澆筑過(guò)程中形成空洞，尤其施工至隧道拱部時(shí)，在隧道每板襯砌單元兩端銜接部位容易出現(xiàn)空洞[1-2]。

2 隧道襯砌防脫空施工技術(shù)措施

將三維掃描儀、測(cè)溫線布控、可視化端頭模、防脫空預(yù)警裝置、工業(yè)內(nèi)窺鏡及帶模注漿等6種措施綜合應(yīng)用，可有效降低二次襯砌混凝土脫空的概率[2]。首先通過(guò)先進(jìn)的三維掃描儀掃描初期支護(hù)斷面，精確計(jì)算理論澆筑混凝土量，與實(shí)際澆筑量進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)澆筑方量的對(duì)比確定有無(wú)明顯脫空；通過(guò)測(cè)溫探頭感應(yīng)混凝土與空氣的溫度差異，確定混凝土是否澆筑飽滿；觀察二次襯砌端頭各個(gè)部位模內(nèi)混凝土流動(dòng)情況，避免有明顯脫空缺陷的存在；在拱部防水板預(yù)埋5個(gè)液位連通器，混凝土澆筑飽滿后通過(guò)漿液將5個(gè)連通器形成回路，信號(hào)指示燈亮起，從而判定混凝土澆筑密實(shí)；通過(guò)預(yù)留注漿孔采用工業(yè)內(nèi)窺鏡探頭觀察混凝土襯砌是否存在空腔；采用帶模注漿填充因混凝土收縮導(dǎo)致的空腔。綜合應(yīng)用這6項(xiàng)措施，可有效地避免或減少二次襯砌混凝土脫空的情況。

2.1 三維掃描儀掃斷面

采用天寶SX10三維激光掃描儀對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行掃描，該三維掃描儀可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云分割、斷面線提取、超欠挖量值分析、報(bào)表管理等功能，可以自主設(shè)置測(cè)點(diǎn)間距，最小精度能達(dá)到0.5mm，且能在10min內(nèi)完成12m斷面掃描，并繪制出斷面圖[3]。通過(guò)測(cè)得斷面圖計(jì)算混凝土理論澆筑量，可以指導(dǎo)二次襯砌混凝土澆筑，誤差能控制在0.5%之內(nèi)，確保二次襯砌厚度，避免出現(xiàn)較大面積的空洞。

通過(guò)三維掃描儀計(jì)算混凝土理論澆筑方量，與襯砌混凝土實(shí)際澆筑方量進(jìn)行對(duì)比，判定襯砌混凝土是否存在空洞。若相差量較大，則可能在混凝土澆筑時(shí)存在施工不規(guī)范的情況，或存在混凝土的和易性不滿足要求、鋼筋層間距不合理等情況，導(dǎo)致有空洞的存在。

2.2 測(cè)溫線布控

在隧道拱部防水板上不同位置埋設(shè)若干個(gè)測(cè)溫探頭，通過(guò)引線從臺(tái)車端頭引出測(cè)溫線頭，通過(guò)測(cè)溫探頭感應(yīng)混凝土溫度與空氣溫度的差異，判斷混凝土是否密實(shí)[4]。

（1）防水板掛設(shè)完成后，在防水板拱部120°范圍內(nèi)，間隔2m間距設(shè)置測(cè)溫探頭，通過(guò)超細(xì)導(dǎo)線連接，從端頭定型模板縫間引出，作為溫度測(cè)試連接線。

（2）未澆筑混凝土之前連接導(dǎo)線，分別測(cè)出空氣的溫度和混凝土中的溫度（通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得），并做好記錄，便于澆筑混凝土后進(jìn)行對(duì)比。在混凝土澆筑到拱頂后，采用測(cè)溫顯示儀連接導(dǎo)線，逐一檢測(cè)探頭的溫度，并與未澆筑之前的溫度進(jìn)行對(duì)比。

（3）逐一分析每個(gè)探頭的溫度，若探頭的溫度與未澆筑前測(cè)得的空氣中的溫度接近，則基本可以判斷該處混凝土沒(méi)有澆筑滿，需要繼續(xù)澆筑；若溫度顯示與試驗(yàn)時(shí)測(cè)得混凝土中的溫度接近，則基本可以判斷該點(diǎn)混凝土已經(jīng)澆筑完成。

通過(guò)測(cè)溫線布控，對(duì)比溫度差異可以粗略判斷埋設(shè)測(cè)溫探頭部位是否完成混凝土澆筑，一定程度上可以降低混凝土背后脫空的概率。測(cè)溫探頭布置圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 測(cè)溫探頭縱向布置圖

圖2 測(cè)溫探頭橫向布置圖

2.3 可視化端頭模

二次襯砌端頭模板采用CHY系列隧道臺(tái)車端頭模板，在二次襯砌臺(tái)車端頭一圈安裝與臺(tái)車弧度一致的可視端頭模。臺(tái)車端頭板裝置使用開(kāi)窗模式，窗口為透明有機(jī)玻璃窗口，在隧道灌注混凝土?xí)r，操作人員可在隧道臺(tái)車端頭板窗口外實(shí)時(shí)觀察灌注混凝土的情況，確保澆筑密實(shí)[5]。

采用CHY系列隧道臺(tái)車硬質(zhì)可視化端頭模板，具有足夠剛度和強(qiáng)度，足以抵擋模內(nèi)混凝土壓力，可視化端頭模與初期支護(hù)巖壁之間采用5cm寬的橡膠帶，防止?jié)仓炷習(xí)r漏漿。模板上設(shè)置可視窗口，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中埋止水帶的對(duì)夾，保證止水帶居中埋設(shè)，澆筑作業(yè)工人還可以在二次襯砌端頭的各個(gè)部位通過(guò)端頭鋼模上的可視化窗口清晰地觀察混凝土在模內(nèi)的流動(dòng)情況，從而實(shí)現(xiàn)灌注量的良好控制，可很大程度上避免因混凝土和易性差或鋼筋骨架過(guò)密導(dǎo)致的混凝土空洞。可視化端頭模的優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下方面：

（1）便于觀察。二次襯砌臺(tái)車定位后，將兩塊對(duì)夾止水帶的可視化端模撐開(kāi)，將防止漏漿的橡膠帶撐緊在巖壁上，調(diào)節(jié)加固螺栓。澆筑混凝土?xí)r，從兩側(cè)邊墻向拱頂，通過(guò)可視化端模的窗口時(shí)刻觀察混凝土的流動(dòng)情況，防止模內(nèi)因混凝土和易性或者鋼筋間距密集而出現(xiàn)混凝土局部空洞或空腔的情況。

（2）拆除便捷。當(dāng)臺(tái)車就位后，翻轉(zhuǎn)下鋼模，使下鋼模立于臺(tái)車端部，鋪上中埋止水帶及背貼止水帶，將可視堵頭板裝置放于中埋止水帶及背貼式止水帶之間，使用端頭板的伸縮功能將止水帶壓緊。拆除時(shí)，采用伸縮桿合龍堵頭板，將其取出。當(dāng)隧道出現(xiàn)超挖、欠挖時(shí)，可以采用墊塊調(diào)整解決。模板安裝及拆除操作簡(jiǎn)易，大大提高了端模安裝和拆除效率，省時(shí)省力。可視化端頭模及安裝效果如圖3所示。

圖3 可視化端頭模及安裝效果

2.4 防脫空預(yù)警裝置

二次襯砌混凝土澆筑前，在頂部防水板均勻預(yù)設(shè)5個(gè)液位連通器，連通器信號(hào)端口與對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈連接，信號(hào)燈與提供電力的配電箱連接，利用澆筑混凝土中的漿液使得連通器形成回路，根據(jù)指示燈狀態(tài)來(lái)判斷混凝土是否澆筑飽滿密實(shí)。此工藝在二次襯砌拱頂混凝土澆筑過(guò)程中可有效減少混凝土灌注不密實(shí)和空洞現(xiàn)象[6]。

施工要點(diǎn)：在臺(tái)車上安裝一組5個(gè)信號(hào)燈，每個(gè)信號(hào)燈都有連接線頭，澆筑混凝土前將信號(hào)燈與預(yù)先埋設(shè)的液位連通器連接。首先將連通器短路，試驗(yàn)預(yù)警裝置是否完好；逐個(gè)短路，信號(hào)指示燈逐個(gè)亮起，則裝置完好。

混凝土澆筑過(guò)程中，當(dāng)混凝土充滿模內(nèi)空腔時(shí)，混凝土中的漿液使得埋設(shè)在頂部防水板的液位連通器形成回路，信號(hào)指示燈亮起，說(shuō)明混凝土已澆筑密實(shí)，若信號(hào)燈未亮起，則表明混凝土未澆筑完成。其工作原理見(jiàn)圖4。

圖4 二次襯砌防脫空預(yù)警裝置工作原理圖

2.5 工業(yè)內(nèi)窺鏡

二次襯砌臺(tái)車拱頂預(yù)留注漿孔，每模臺(tái)車預(yù)留4個(gè)，預(yù)留注漿孔通過(guò)垂直安裝RPC管，澆筑完混凝土，待混凝土初凝后，利用內(nèi)窺鏡攝像頭通過(guò)預(yù)留注漿孔進(jìn)行觀察，查看襯砌拱頂是否存在空洞，若存在可估算空洞體積大小，可以有效指導(dǎo)后續(xù)帶模注漿的進(jìn)漿量，通過(guò)進(jìn)漿量來(lái)判斷空洞是否填充滿[7]。

2.6 帶模注漿

由于混凝土自身干縮性，襯砌混凝土施工易造成襯砌拱頂脫空。為了提高隧道拱頂襯砌的整體性和密實(shí)度，預(yù)防襯砌拱頂脫空，可應(yīng)用帶模注漿施工工藝。在二次襯砌臺(tái)車模板拱頂中心線位置沿臺(tái)車縱向方向設(shè)置4個(gè)注漿孔，并安裝注漿用固定法蘭，在澆筑混凝土前預(yù)埋RPC注漿管，混凝土澆筑結(jié)束待初凝后及時(shí)利用預(yù)埋注漿管進(jìn)行注漿[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了確保隧道二次襯砌施工質(zhì)量，提高隧道二次襯砌混凝土工程的驗(yàn)收通過(guò)率，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)于隧道二次襯砌混凝土施工，工前做好作業(yè)工人的技術(shù)交底，強(qiáng)化施工人員的責(zé)任心，樹(shù)立質(zhì)量為本的意識(shí)。

（2）通過(guò)三維掃描儀、測(cè)溫線布控、可視化端頭模、防脫空預(yù)警裝置、工業(yè)內(nèi)窺鏡及帶模注漿等6種措施在二次襯砌混凝土施工過(guò)程中的應(yīng)用，有效地降低二次襯砌混凝土出現(xiàn)脫空的概率。

（3）定期對(duì)以上6項(xiàng)措施涉及到的儀器和設(shè)備進(jìn)行檢查、更換，確保在實(shí)施過(guò)程中能正常使用，避免出現(xiàn)因設(shè)備和儀器的自身因素導(dǎo)致的隧道脫空。

總之，在隧道二次襯砌施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制好采取的技術(shù)措施，即可降低隧道襯砌脫空的質(zhì)量通病。