谈泡沫混凝土在隧道脱空治理中的技术应用

刘文宝 （安徽省交通科学研究院，安徽 合肥 230000）

随着我国社会经济不断的提升，交通基础设施标准要求越来越高，施工规范化在不断提升。我国初期阶段建成通车的隧道，由于施工条件的限制及时间的推移和围岩自身的变化，导致隧道二衬背后出现脱空缺陷，给隧道运行带来极大安全隐患。同时，随着隧道的使用及地质条件的变化，岩石的流变以及动荷载等因素二衬作为支护安全储备也将承受部分荷载，那么背后存在脱空现象造成了围岩荷载不能均匀传递到二衬结构上，导致二衬受力不均，甚至出现由于局部应力过大，造成二衬坍塌，带来不可挽回的损失。

1 工程概况

安徽省试刀山隧道长开工时间为1993年11月，左、右线隧道分别于1996年6月和1995年12月竣工通车。

通过雷达扫描及钻孔验证，发现隧道衬砌背后空洞较多，局部空洞深度达到2.3m，衬砌背后空洞呈基本贯通形态。经统计，右洞大部分空洞低于80cm，空洞深度大于80cm以上约60m，占5.45%，其中150cm以上约40m，占3.63%。左洞空洞深度基本低于80cm。

根据公路隧道养护规范：关于突发性坍塌，根据资料显示，当拱背上存在高30cm以上空洞切有效衬砌厚度小于30cm时，空脱落石就有可能砸坏衬砌结构，国内外均有过类似事例。因此，发生此类情况时，可安照3/4状况值评定。尤其是曾经发生过塌方的地方或节理发育、漏水严重的地段，尤其应给予充分注意。

当衬砌背后有空洞时，二衬结构的受力和围岩的应力状态会发生改变，隧道支护结构的承载力会下降，并会随着衬砌背后空洞深度的增加结构承载力的退化呈阶段性下降，隧道衬砌结构变形和裂缝会进一步发展，经营过程中始终会存在安全隐患。采取有效措施将隧道的空洞填塞压满，使围堰和支护结构充分密贴，最大限度的恢复隧道支护结构的承载能力，保证隧道结构继续安全运营。

2 泡沫混凝土性能

泡沫混凝土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。由于泡沫混凝土中含有大量封闭的细小孔隙，使其具有下列良好的物理力学性能。

①轻质性：泡沫混凝土的干密度一般为300～1600kg/m3。是普通混凝土的 1/5～1/8 倍，可减轻建筑物整体荷截。

②高强性：泡沫混凝土配置可通过调整水泥种类、掺量和气泡含有率，控制强度0.3～2.0MPa。

③高流动性：泡沫混凝土具有良好的流动性，可通过管道泵送，实现垂直高度100m，水平距离500m的远距离输送。

④防水性：现浇泡沫混凝土吸水率较低，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，其透水系数为10～5cm/s量级使其具有一定的防水性能。

⑤低弹减震性好：泡沫混凝土的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。

⑥生产、施工方便：泡沫混凝土可在厂内生产成砌块，也可在现场施工，直接现浇成屋面、地面和墙体。使用专业水泥发泡机自动化作业，可泵送实现垂直高度200m的远距离输送，工作量为80～300m3/d。

因此，本隧道缺陷治理选取泡沫混凝土作为回填材料，能够很好地填充二衬拱顶空腔。

3 施工工艺、工法

3.1 工艺性试验

本次注浆回填首次采取了体外空腔模拟试验。模拟隧道空洞形态的实测参数。拱部净空高度实测数据是主要参数，以40～80cm占77.8%的特征代表值65cm模拟其空间大小，取原隧道拱部曲线半径R=552cm，并截获隧道拱部中轴左右横切线各2.5m绘制空洞形态断面图，纵向长度10m绘制平面图，依据试验目的和参数拟定注浆孔、出气孔位置和大小。并以此作为试验段施工和现场试验的场地基础设施。如下示意图。

通过对长10m，宽5m，高2.3m的空腔进行反压注浆，达到强度后开挖模拟腔体，揭示空腔体全部注满，证明泡沫混凝土注浆工艺能够有效注满腔体，试验得出结论如下：

泡沫混凝土配合比

现场实测流动度170mm，容重850kg/m3，抗压强度试验试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体，实测28d抗压强度高达2.2MPa，满足需求。

该配合比配制的泡沫混凝土能有效自流至10m范围内，故现场采取在拱顶每隔20m钻取注浆孔。

3.2 施工方法

3.2.1 泡沫混凝土制备

泡沫混凝土的生产采用专用发泡设备根据确定的施工配合比要求，设定泡沫混凝土的泡沫含量，泡沫与水泥基浆料按一定比例经过混泡机的充分混合，形成符合设计标准的泡沫混凝土。

3.2.2 泡沫混凝土的浇筑

泡沫混凝土通过专用输送泵与拱顶钻取的注浆口相连接，控制注浆压力在0.1～0.2MPa。同时，注浆采用隔孔二次回注法，先注奇数孔，再注偶数孔。当第一次注浆时，周边裂缝一旦有泡沫混凝土渗出，则停止注浆。整改隧道注浆完成一遍后，再进行返回二次注浆。这一做法有效避免了因未到泡沫混凝土凝固时间而从裂缝中流出。

3.2.3 结果分析

通过对隧道二次检测分析，试刀山隧道衬砌背后脱空基本完全注满，并无渗漏水现象。证明泡沫混凝土注浆工艺成功地应用在隧道脱空治理中，为隧道治理理论提供一个强有力的支撑。泡沫混凝土注浆回填工艺可作为一重要课题进行研究。

4 结束语

通过对试刀山隧道的脱空治理，充分证明了泡沫混凝土能够很好的对二衬脱空进行回填，并成功治理了隧道渗漏水问题。对将来治理已通车隧道脱空提供了可靠的实践经验。隧道施工过程中同样可采用泡沫混凝土对拱顶脱空，甚至对岩溶、塌腔均能够起到很好的效果。为公路隧道工程质量提供了可靠的保证。