隧道衬砌拱顶脱空原因分析和处理及防治

王义东

摘 要：在隧道工程的施工过程中，常常出现模筑衬砌拱顶脱空的情况，进而引发质量和安全隐患，所以，要高度重视衬砌拱顶脱空现象。结合工程实例，分析了衬砌拱顶脱空的原因，并针对相关问题提出相应的处理方法和防治措施，以期达到减少或消除拱顶脱空的目的。

关键词：隧道衬砌；拱顶脱空；原因分析；处理方案

中图分类号：U457+.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.142

隧道工程是道路建设中的重要组成部分。对于已经运营的或正在施工的隧道，衬砌拱顶脱空已经成为了普遍存在的质量通病。根据新奥法理论，初期支护主要承载围岩压力，二衬只承受一部分压力。当隧道处于偏压或浅埋等地段初支收敛无法稳定时，一般需要紧跟施做衬砌补救。这时，衬砌承载着较大的围岩松散压力，衬砌将在第一时间对围岩和初支变形起到主动限制作用，如果隧道衬砌背后存在脱空的情况，将会直接影响隧道的安全性能，进而造成巨大的安全隐患。因此，隧道衬砌背后脱空处理和防治就显得尤为重要。

1 工程实例

承秦高速公路某合同段为山区高速公路，设计时速为80 km，双向四车道。该合同段某隧道工程长428 m，最大埋深64 m，将浅埋暗挖法与新奥法相结合，联合施工。在施工过程中，采用雷达检测车扫描检查衬砌，发现部分段落拱顶和拱腰部存在不同程度的脱空现象。

2 产生的原因

一般的隧道结构采用初期支护、防水层和二衬构成的复合式衬砌，采用整体式衬砌台车浇筑。在混凝土浇筑过程中，通过台车模板两侧的窗口向模板内泵入混凝土，浇筑至窗口位置时关闭该窗口，再从上一层窗口泵入。拱顶部分通过台车模板顶部的泵送口注入，注满后封口。经过相关分析和研究，因为施工工艺、质量控制不当，拱顶和部分超挖处时常会脱空，而衬砌拱顶脱空的主要原因有以下几点。

2.1 拱架背后喷射混凝土不密实

拱架背后喷射混凝土不密实，留有空洞，使得混凝土浇筑后，在等强过程中初喷混凝土受到挤压而破裂，混凝土进入空洞内，进而造成拱部混凝土下落。

2.2 防水层松铺不足

如果隧道开挖存在超欠挖，初期支护施工质量不佳，初期支护表面不平整，防水层铺挂过紧，没有足够的富余量，那么，当衬砌混凝土由下而上浇筑时，会逐步撑紧防水板，造成拱部防水板与初支分离、绷紧，泵送混凝土压力不足，拱部产生空洞。如果混凝土泵送压力过大，则可能会挤破防水层，出现渗漏水的情况。

2.3 混凝土自身徐变

混凝土施工配合比中的水灰比偏大，混凝土坍落度大，使得混凝土收缩徐变变形过大，进而导致衬砌拱顶脱空。

2.4 拱部预埋管和补注浆做不到位

当二衬完成后，鉴于混凝土徐变收缩作用，拱部混凝土与防水板之间会有一定程度的脱空，有的隧道设计已经考虑在衬砌混凝土达到设计强度后进行注浆回填。但是，往往施工单位不重视拱部回填注浆工作，导致注浆管道预埋不到位，没有对砌拱部埋设注浆管道采取有效的保护，使得注浆管被混凝土封堵或被防水板顶死无空隙，致使浆液无法注入而造成脱空。

2.5 泵送压力不足

衬砌利用混凝土泵通过输送管压入模板时，因为输送管黏滞力和摩阻力、泵送口处的局部势能损失以及模板和衬砌钢筋对混凝土的黏滞力和摩阻力，使得输送泵压力不足，模板内混凝土压力不足而不能充分灌满模板，导致衬砌拱顶脱空。

2.6 泵送口角度不合理

模板台车拱顶一般设置有3个或3个以上的泵送口，这些泵送口大多垂直于模板设置。当混凝土从管内进入模板时，流动方向改变 90°，压力损失会很大，使得衬砌脱空。

2.7 混凝土振捣不密实

在浇筑混凝土的过程中，因为振捣不密实，内部存在气孔、空洞等。当上部混凝土浇筑完成后，在自重作用下，出现了下沉现象，进而造成了拱部空洞。

2.8 拆管过早，混凝土掉落

衬砌浇筑完成后，如果急于拆下混凝土输送管，那么，还未形成自稳能力的混凝土会随着输送管掉落下来，进而造成衬砌脱空。

2.9 封口不当

衬砌混凝土浇筑完成后，应封闭泵送口，如果封口不严密，混凝土就会在自重作用下向下流出模板，导致与泵送口对应的拱顶衬砌脱空。

3 拱顶脱空处理方案

目前，常用的处理衬砌脱空的方法有钻孔、注浆充填脱空部位，这样可以使得衬砌背后更加密实。