隧道二衬质量问题成因分析及预防措施

谢云扬

（中铁十五局集团第三工程有限公司 四川成都 610000）

1 引言

隧道施工中二次衬砌混凝土的浇筑经常受到技术因素、施工工艺、环境因素和其他一些人为因素的影响，使二次衬砌局部存在空洞、不密实等现象，尤其是在拱腰、拱顶部位更易形成脱空，从而改变二衬的整体受力结构，减弱二衬的支护强度，进而直接影响隧道的安全性能和使用寿命。由于此等情况的存在，将使二次衬砌无法在围岩和初期支护受力变形的时候起到主动抵抗变形的作用，只能在变形发展到一定程度后被动支撑承受，而给隧道造成巨大的安全隐患［1］。故分析研究隧道二次衬砌实体质量问题产生的原因，进而总结出科学有效的预防措施，具有重要的学术意义和工程应用价值［2］。

2 工程概况

巴罗二号隧道全长5 817m，是玉磨铁路众多隧道之一。该隧道地处滇西南，围岩条件差，围岩强度主要为Ⅳ、Ⅴ级，围岩种类多为泥岩、炭质泥岩和炭质页岩，岩体整体性差比较破碎、基岩裂隙水较发育，且存在滑坡、顺层偏压、有害气体等不良地质条件。

现以巴罗二号隧道出口工区二次衬砌施工为例，对隧道实体质量问题成因进行分析，并探讨施工预防措施。

3 隧道二衬实体检测情况

根据铁路总公司《关于进一步加强铁路隧道工程质量检测工作的通知》（铁总建设函［2014］637号）要求，建设指挥部组织第三方检测单位对部分已施工隧道进行了实体质量检测，检测结果显示，各隧道均不同程度地存在二次衬砌厚度不足、二衬脱空、二衬背后脱空、二衬不密实等现象。

4 原因分析

4.1 产生二衬厚度不足的主要原因

（1）在隧道开挖过程中存在局部欠挖现象，二次衬砌施工前的初支断面的量测扫描不能完全反映初支喷射混凝土面是否侵限，造成二衬浇筑后局部厚度不满足设计要求。

（2）初期支护施工后，二次衬砌施工不及时，与初支施工的间隔时间较长，期间围岩和初期支护受力变形较大，致使初支局部侵限，此情况下浇筑二衬砼从而导致二次衬砌局部厚度不能满足设计要求。

（3）二衬混凝土浇筑完成后，拱顶回填注浆不到位，对拱顶存在的空隙未能填充饱满，导致拱部混凝土厚度不足。

4.2 产生二衬脱空、二衬背后脱空、二衬不密实的主要原因

（1）隧道开挖作业存在超挖现象，且在岩面形成较深的凹坑，在初期支护施工时没有将凹坑进行处理，导致喷射混凝土后初支面不平顺，在土工布、防水板铺设后形成空腔，又因为防水板铺设松弛度有限，使二衬混凝土浇筑后形成空洞。

（2）防水板铺设施工中不能够掌握防水板合适的张弛度。防水板的铺设过于松弛、预留的富裕量大时，在二衬混凝土浇筑过程中防水板会因为受到混凝土的挤压而形成褶皱，在褶皱与褶皱之间留下空隙［3］；防水板的铺设未考虑合适的预留量而挂设过紧时，由于防水板的限制二衬混凝土不能浇筑饱满，在防水板与初支面之间留下空隙形成脱空。

（3）二衬混凝土在浇筑时，由于“三逐两孔两振”工艺落实不到位，导致浇筑的混凝土有不密实现象，更有甚者混凝土的内部会存在气孔、空洞等，在自重作用下拱部混凝土下沉形成拱顶脱空［4］。

（4）二衬拱部混凝土浇筑时，由于施工人员经验不足、浇筑方式欠妥、混凝土和易性欠佳、泵送压力不足等问题，不能将拱顶混凝土浇筑饱满，使二衬拱部出现脱空现象。

（5）二衬混凝土浇筑时衬砌台车自由端端头模板封闭不密实，二衬混凝土浇筑后的凝固过程中出现跑浆、漏浆现象，使二衬混凝土施工缝处脱空、拱部脱空现象发生［5］。

（6）混凝土的和易性差，在二衬浇筑过程中出现离析现象，加之振捣作业不到位，使浇筑后的混凝土出现不密实的情况。

（7）二衬浇筑完成后，在混凝土尚未形成足够的自稳能力时拆除泵送管，拱部混凝土有部分随泵送管掉落，使二衬拱部形成漏斗状脱空。

5 防治措施

5.1 严格控制超欠挖

（1）加强现场施工人员对爆破方案的执行力度。要求测量人员使用全站仪对周边眼进行测量放样，减少人工操作误差，提高爆破效果。

（2）优化爆破方案，施工中根据现场围岩实际情况对周边眼开眼的位置稍作调整：对比已开挖段爆破效果硬岩可布在原周边眼轮廓线稍外5～10 cm，软岩可将周边眼向内调整5～10 cm［6］，改善超欠挖状态。

5.2 提高喷射混凝土施工质量

（1）喷射混凝土作业时严格按照要求埋设钢筋头并以此控制喷射混凝土的厚度，通过适当加密埋设的钢筋头数量，来改善初支面的喷射平整度。

（2）喷射混凝土施工间歇，安排施工人员人工处理喷砼面，确保喷射混凝土面平顺。

（3）因地质原因产生超挖的一次喷射混凝土不能保证喷射混凝土面平整的，安排下一循环喷射混凝土施工时进行补喷平整。

5.3 规范土工布、防水板铺设

（1）二衬防排水施工前先把喷射砼表面外露的锚杆头和钢筋露头齐根切除，再使用水泥砂浆进行抹平处理；将初支面断面扫描工作纳入工序管理，防排水施工前进行断面扫描，根据扫描成果安排施工人员对侵限喷射混凝土进行凿除；另外对初期支护喷射混凝土表面凹坑深宽比大于1／10的用水泥砂浆填平，确保初支面平顺。

（2）土工布要与喷射混凝土表面密贴铺设，确保平顺，没有褶皱和隆起现象。

（3）防水板的焊接固定要合理掌握松弛程度，使防水板铺设后与基面起伏一致、平顺自然。现场施工中发现，使用超声波焊机进行防水板施工时，由于人员、设备问题会经常出现焊穿防水板现象，影响隧道防水板施工质量，经项目部考察分析后，更换使用磁焊枪进行防水板焊接，使防水板焊接速度明显提升、焊接质量显著改善并避免了焊穿防水板的现象（见图1）。现已将磁焊枪焊接工艺全标段范围内推广使用。

图1 磁焊枪焊接施工及焊接效果

5.4 加强混凝土浇筑过程的控制

（1）二次衬砌混凝土在拌和站集中拌和，生产和运输的协调工作由现场管理人员和拌和站调度配合完成。优秀的调度工作能保证混凝土及时入模，减少和避免混凝土供应不及时或者滞留现场过久对砼浇筑产生不良影响。

（2）二衬混凝土的振捣工作要严格按照“三逐两孔两振”工艺中“两振”的要求使用附着式振捣器振捣和插入式振捣器振捣相结合的方式进行。振捣要合理有效，避免重复振捣和过振。一块区域振捣完毕后，需要改变插入式振捣器在混凝土中的水平位置时，要将振捣器保持震动竖向缓慢提出不能直接在混凝土中水平拖动振捣器，也不能持插入式振捣器驱赶混凝土进行浇筑振捣［7］。附着式振捣器使用时应该设独立的控制开关，单独开启，单次振捣的振捣时间还应控制在10～15 s。

（3）二衬砼浇筑过程要严格执行“三逐两孔两振”施工工艺。二衬混凝土的浇筑应该按从下往上顺序逐窗入模，在浇筑拱部混凝土时还要确保使用2～3孔入料。二衬衬砌台车的前进方向拱顶模板封闭时必须预留观察窗口，方便施工人员通过检查窗口随时掌握拱顶混凝土的浇筑情况［8］，使二衬拱部混凝土的浇筑达到饱满效果。

（4）二次衬砌砼浇筑后的拆管，要等浇筑的混凝土有一定的自稳能力后进行，避免混凝土掉落造成拱顶脱空。

5.5 其他注意事项

（1）初期支护钢架安装过程中要严格检查钢架纵向连接钢筋的焊接是否牢靠；钢架与钢架单元间、钢架与锚杆、钢架与锁脚锚管等焊接是否牢固，务必确保初支喷射混凝土施工后结构的稳定可靠。

（2）二次衬砌土工布、防水板铺设施工前要先检查初期支护，避免初支背后空洞或喷砼不密实的情况，若发现初支有空洞或不密实的情况立即安排注浆，复检合格后方能进行防排水施工。

（3）二衬钢筋安装施工时，采用简易卡具对二衬钢筋进行定位，并按要求预留钢筋保护层厚度。

（4）二衬模板台车就位后还要对台车各节点的连接情况进行检查，确保连接牢靠无错动移位现象，还要对模板进行观察，检查模板是否扭曲或者翘曲变形，若有必须对模板进行校正并重新定位台车以保证二衬净空［9］。

（5）使用附着式振捣器进行振捣作业时，操作必须遵循短时间、多次数的原则，防止二衬模板台车因为震动而产生移位或弹性变形，影响混凝土浇筑效果。

（6）二衬混凝土浇筑完成后，隧道的拱腰和拱顶部位会不同程度地存在脱空和不密实现象，作为脱空和不密实情况的补救措施，必须进行回填注浆，并纳入工序管理［10］。现场管理人员全过程旁站注浆作业，确保拱顶回填注浆的效果。

（7）二衬砼浇筑完成后，安排施工人员对混凝土进行养护［11］，防止水分损失过快，在混凝土表面出现片状或粉状脱落及干缩裂纹。

（8）二次衬砌施作的时机要把控到位，重视监控量测工作，以量测成果指导施工，确保在围岩真正趋于稳定的情况下浇筑二衬混凝土。隧道一般采用新奥法施工，但实际施工过程中往往忽视施工量测工作，并未真正地按新奥法的要求进行动态的施工管理，在围岩是否收敛稳定的确认上，一般通过人眼观察、经验判断来代替实际量测，不能做到以量测资料指导施工确定正确的施工时机［12］。

6 结束语

通过加强施工工艺控制和强化过程管理，巴罗二号隧道出口工区施工完成的二衬混凝土实体质量全面改观，经第三方实体检测，无一处二衬厚度不足，仅3处二次衬砌背后轻微脱空，现已进行注浆填充处理，并自检合格。由此得出：在隧道施工过程中通过严格控制超欠挖，提高喷射混凝土的施工质量，规范土工布、防水板的铺设，加强二衬砼浇筑过程的控制等措施可预防大多数二衬砼实体质量问题的产生，对二次衬砌实体质量的提升起积极作用。