公路隧道二衬脱空成因分析及处理措施技术研究

闵娟

摘要：公路隧道脱空是导致但隧道产生多种形式病害的原因之一，随着新奥法的推广和应用，一般采用复合式衬砌结构，二次衬砌脱空问题变得十分普编，这种病害形式显著改变结构的受力状态，增大二次衬砌结构受拉破坏的可能性，文章分析了隧道二衬脱空的产生原因，提出相应的预防对策，对公路隧道脱空治理的关键技术进行探讨分析。

关键词：隧道二衬；脱空；注浆；钻孔

1 工程简介

石鼓隧道为博深高速公路控制性工程，从银屏山自然保护区通过，双洞六车道，左、右线隧道分离布设。左线起屹桩号ZK32+447～ZK36+458，长4011米，最大埋深534米；右线起屹桩号YK32+459～YK36+339，长3880米，最大埋深504米，是全线的控制工程。并且隧址区地质情况比较复杂，地下水丰富。由于所处位置的特殊地形、地貌和环保要求，隧道施工只能从深圳端往博罗端独头掘进。查阅现有文献，在没有竖井、斜井及平导等辅助设施的条件下，石鼓左线隧道独头掘进长度4011米，超过了独头3455米的潭峪沟隧道，是目前国内最长的单向三车道公路隧道。

2、衬砌空洞成因与对策

隧道二次衬砌混凝土是自下而上浇筑的，受自重作用或者有鋼筋网段混凝土浇筑段，混凝土很难被浇筑密实，由此产生空洞。隧道二次衬砌脱空与施工方法、机械设备和混凝土配比等都有密切关系。通过大量工程实践，对衬砌空洞的成因及对策有如下几种。

2.1 混凝土收缩造成脱空

混凝土具有凝固收缩特点，如果不采用膨胀混凝土，即使将模板内灌满，在混凝土凝固后，拱顶仍不可避免地出现小空隙。如果混凝土水灰比较大，混凝土收缩则更为明显。避免混凝土收缩产生空洞的主要方法是通过添加减水剂、泵送剂来降低混凝土水灰比，提高混凝土的流动性，或通过加入适量的膨胀剂，用以抵消混凝土的收缩。

2.2 泵送压力不足造成脱空

泵送压力过大，压坏模板台车，致使振捣坍陷，导致顶面混凝土与衬砌间出现空隙，产生脱空；泵送压力不足，模板内的混凝土压力则不足，导致拱顶面的混凝土在输送过程中把部分空气密闲在狭小的空间内无法排出，造成留有空隙，产生脱空。在施工前对输送泵进行检查，从而保证合理且足够的泵送压力，钢筋密集处，应放慢浇筑速度，且应振捣密实，机械振捣不便时可辅助人工振捣；或可加入泵送剂，从而增加混凝土的流动性。

2.3 泵送口角度不合理造成脱空

模板台车拱顶一般设置有三个或三个以上的泵送孔，这些泵送孔大多垂直模板设置。混凝土从管内进入模板，流动方向改变为 90°，由此带来的压力损失很大，造成衬砌远端脱空。为了减少这种压力损失，可以将两端的泵送孔调整为60°。通过现场对比实践表明，这能极大地减少衬砌脱空的发生。

另外，在有的区段，隧道坡度较明显，此时如果仍采用中间孔泵送的方法，较高的一段则很难浇筑密实，如果采用低位孔泵送，则衬砌脱空更为明显。因此，在隧道坡度很小时，推荐采用中间孔泵送；坡度较大时，应从高位孔泵送。

2.4 防水层松铺不足造成脱空

由于超欠挖的普遍存在，加上初期支护施工质量不佳，初期支护表面经常出现纵向或环向凹凸起伏。在初期支护表面不平整时，如果防水层铺挂过紧，二次衬砌混凝土将被防

水层阻断而不能完全充填凹陷位置，因此形成边墙空洞。如果混凝土泵送压力过大，则可能挤破防水层，造成渗漏水。为了防止此类空洞的出现，衬砌施工前应严格按规范要求进行初期支护平整度检查，不满足要求的应进行补喷整平；同时，防水层的铺挂必须保证足够的松铺系数。

铺设防水卷材时应尽可能的选用复合式卷材，避免其过度沉落，悬吊点应设置密集并与钢钉连接良好，且事先计算好富余量，对于钢筋段，最好于顶部多设置砂浆垫块，将顶部卷材顶起来。

2.5 封口不当造成脱空

混凝土灌满并达到一定压力后，二次衬砌浇筑即可结束，此时需要停止泵送并封闭泵送口。在封口方法上，目前仍有大量单位采取拆管后用编织袋、土工织物封堵泵送口的方法。采用这种方法时，拆除输送管后混凝土在自重作用下会向下流出模板，直接导致泵送口对应拱顶衬砌脱空，这是衬砌中部脱空的主要原因。对此，推荐采用阀门方法进行封口，在泵送口与输送管之间增设一个阀门，阀门与衬砌模板、阀门与输送管之间均采用螺栓和法兰盘连接。当泵送结束后，先把阀门与衬砌模板的连接螺栓取下，将挡板复位关闭阀门后再重新用螺栓连接。此后再取下阀门与输送管间的螺栓，拆下输送管，已经进入模板内的混凝土就不会流出。

2.6 拱架与模板刚度不足引起脱空

由于拱架与模板刚度低，在浇筑完混凝土后引起模板和拱架的变形或下沉；模板支架底部不坚实，支架疏松，导致顶部模板下沉量过大，造成顶部衬砌混凝土下沉脱空，选用坚固、稳定，符合刚度要求的支撑结构；隧道衬砌使用全新钢模，规格、强度要符合设计要求，立模时要求模板结合紧密，尺寸要符合设计要求。

2.7 提前脱模引起脱空

盲目追求施工进度，拆除模板时间过早，使低强度混凝土过量承载，破坏了混凝土结构；脱模后没有进行混凝土的潮湿养护，导致衬砌开裂和下沉脱空；混凝土拆模时的强度必须符合设计或规范要求，脱模时不得损伤混凝土；传统的混凝土洒水养护方法，由于洒水不均匀，使混凝土早期强度得不到保证，可使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。

3、脱空处理方案

公路隧道二次衬砌出现空洞后，要加强对隧道裂缝变化过程的长期持续监测，密切关注其发展状态，同时应及时采取维护加固措施进行处理。

3.1拱顶脱空形成的空洞处理

1、在衬砌混凝土达到设计强度后，进行衬砌拱顶注浆填充。

2、加强对空洞部位二衬混凝土强度检测，待达到设计强度后即开始进行注浆处理。

3、注浆主要采用符合设计要标的水泥砂浆，施工前进行浆液配比选定，并进行现场试验后确定。

4、注浆通道采用在二衬混凝土施工时预埋注浆管进行注浆施工。

5、注浆根据设计线型采用从下坡方向向上坡方向注浆方式，控制注浆压力不大于 0.5Mpa，以免压力过大，影响其他部位二衬混凝土。

6、注浆结束的标准根据注浆压力，注浆量及现场有关检测资料综合判断确定

3.2拱腰脱空形成的空洞处理

1、在衬砌混凝土达到设计强度后，检查确定拱腰空洞位置，进行中空钻孔注浆方法处理。

2、在钻孔的过程中应采取循序渐进的原则，首先根据无损检测结果确定该段的二次衬砌实际厚度，然后确定钻进的最终长度应控制在小于检测厚度的 3-5cm处，钻孔时应先试钻，在钻进过程中，若发现钻速突然增高或其它異常情况，应立即停止钻进，防止损坏衬砌防水层。

3.3 浆液配合比及注浆处理

1、浆液配合比：采用单液水泥浆，采用普通硅酸盐水泥，并通过试验按需掺配高强减水剂、速凝剂及其他添加剂；添加剂的性能质量需符合规定，使用前必须进行效果试验，初凝的凝结时间不宜超过5min，终凝的凝结时间不宜超过 10min。

2、注浆压力和注浆管设置：应等到二次衬砌混凝土强度达到设计强度后方可注浆，且需初压为0.2-0.5Mpa，终压不大于 0.5Mpa，可采用逐渐加压式或定压式进行注浆，注浆速度为30-60L/min，注浆时还需注意将注浆芯管安装在预埋的注浆管上，且预埋的注浆管间距不宜太大。预埋的注浆管不可破坏防水板，并在注浆管端头设置防堵设施，注浆结束后应及时将注浆管孔封堵密实。

3、注浆前进行吸水试验来检查注浆管路系统，采用 1.5-2.0倍注浆终压进行吸水试验，从而检查机械设备是否正常、注浆管路系统能否耐压，有无漏水，试运行20min后，再进行注浆现场试验，从而确定注浆参数。试验及压浆过程中，要求有工程技术人员在场，对数据进行记录、观察，并根据现场注浆实际情况，作出准确判断，及时调整浆液稠度和凝固时间。

4、注浆前应先对管孔进行清理，并合理的安排注浆顺序。注浆时若出现浆液很难注入或注入量很小并且压力迅速上升的情况，应增大水灰比、降低浆液稠度，同时检查注浆管有无堵塞，并及时进行管路疏通。若发现浆液注量很大且注浆压力很低或压力上升缓慢，应马上停止注浆，检查是否有漏浆或串浆的现象并及时加以堵塞，并按其情况可适当的调整水灰比。

5、注浆结束标准需用注浆压力、注浆时间和注浆量三个方面来确定。当出现下述情况之一时即可结束注浆：①当注浆压力达到设计终压时；②当注浆量达到或超过理论注浆量，孔口管出现冒浆时；③当注浆压强已达到设计终压，且稳压10min后，即使进浆量仍未达到理论浆量，也可结束注浆。

3.4方案特点

1、注浆工艺简单，操作方便、安全。

2、浆液具有良好的可灌性，且固结收缩小，具有良好的粘接性、抗渗性、耐久性及化学稳定性。

3、二次衬砌厚度大部分不足处基本都有脱空、不密实的现象存在，通过分析打孔注浆可以使二次衬砌的厚度、混凝土密实度以及混凝土强度三方面同时都能达到要求。

结语：

二衬背后脱空是目前隧道施工普遍存在的质量问题，其严重影响了隧道的二衬混凝土受力性能，造成了安全、质量隐患。浇筑时按照设计与规范要求预留注浆孔和注浆管，在二衬混凝土施工完成一定里程后，采用无损检测检查混凝土背后脱空情况，并根据检测报告对空洞进行注浆处理。

参考文献：

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[2] 《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

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