隧道二衬厚度不足的成因及防控对策

余 琛

（中铁大桥局集团有限公司第六工程分公司，湖北 武汉 430014）

1 工程概况

曲尺湾隧道是典型的分离式隧道，左、右线的起讫里程与隧道长度分别为ZK18+715-ZK25+492、6777m 和YK18+703-YK25+536、6833m，在连接左线中部里程为ZK22+280的位置设置一道斜井，当施工队伍进入正洞之后便可以向大小里程同时掘进。此隧道的地质条件比较复杂，其中掺杂软岩大变形、断层、破碎带等多种不良地质；隧道的纵坡约-1.3%；中风化页岩、灰岩、白云岩都是隧道围岩的主要组成部分，因此具有非常大的施工难度，结合地形和现场环境，最终决定此隧道采用“新奥法”进行复合式衬砌。整个隧道共设置有车行通道9 个、人行通道10 个、紧急停车带9 个。进口和出口的洞门分别采用端墙式和环框式。

2 隧道二衬厚度不足的成因

2.1 设计因素

首先，因为有些项目为了压低工程的整体造价，在设计断面时不会给III 类-V 类围岩预留出一定的变形量，但是施工又必须在最大程度上满足建筑限界的要求，若围岩出现变形，必然会嵌入到二次衬砌限界之中，因此，二次衬砌的厚度只能小于设计值。

其次，在设计时，将防水卷材的要求降低，能有效降低工程的造价。但是，因为防水材料的柔韧性会对其和围岩的贴合度造成直接影响，因此要避免防水卷材与支护围岩秘贴，否则二次衬砌的厚度无法满足设计要求。

2.2 施工因素

2.2.1 人为原因

第一，当施工人员发现围岩欠挖时没有采取妥当的措施进行及时处理，造成某些衬砌的厚度不满足标准和要求。

第二，没有对初期支护进行及时的跟进，导致围岩出现较大的变形，严重超出了设计初期预留出的变形量，并直接嵌入在二次衬砌的限界内部。除此之外，即便采取了及时的支护，但因为效果和质量不达标、不理想，未及时进行调整和变更，导致围岩的变形量太大。

第三，对拱顶进行混凝土施工的过程中，出现管道堵塞时，现场施工人员并没有仔细查看和分析，便认定已泵满需要的量，停止混凝土的再泵入，从而导致二次衬砌厚度不满足标准和要求。

第四，通过输送泵运送拱顶面混凝土的过程中，将一部分空气密闭于狭小的空间之内，造成混凝土的振捣不到位，无法有效消除其中含有的大量空气气囊，导致拱背位置出现空隙，最终让衬砌的厚度无法达到要求，无法满足相关标准。

第五，裸露在外的初期支护锚杆过长，且施工单位没有及时进行切割，从而造成防水板和围岩无法紧密贴合，所以二次衬砌的厚度不满足标准和要求。

第六，在安装防水板时没有预留出一定量的松散系数，导致部分区域紧绷，同时，混凝土的泵送压力无法让初期支护和防水板紧密贴合，从而导致衬砌的厚度不足。

第七，若参与现场施工的管理人员或技术人员对现场施工需要的混凝土量不清楚时，当原料短缺时会造成搅拌站停工的现象。

第八，为了降低成本施工，节省材料，在实际的施工过程中，偷工减料的行为是一定存在的问题，当调整衬砌台车的标高之后，衬砌厚度也随之减少。

2.2.2 技术原因

首先，因为施工测量初期放线时出现差错，放样轴线偏离或者挖掘断面的部分点位不确切，从而导致围岩超挖或欠挖，最终造成衬砌厚度不达标。衬砌台车就位测量放样的不准确，会让台车偏位或标高错误，从而造成陈其厚度不达标。

其次，在施工过程中使用的混凝土配合比和水灰比太大、混合料的坍落程度较大、振捣密实度不够等原因，都会导致混凝土在自身重力作用下出现下沉。同时，混凝土因热胀冷缩产生的徐变，会产生一定的空隙，从而导致衬砌的厚度不够。

3 治理措施

3.1 控制施工质量

施工质量控制达不到预定或理想的效果是导致公路隧道二次衬砌厚度不满足要求的重要原因，因此，对施工质量进行有效预防和控制就非常有必要。将质量和标准严格控制在施工现场，并做到精细化、有针对性地施工管理，从各方面对公路隧道的施工状况进行全过程的质量控制，只有这样，才能将隧道衬砌厚度不满足要求的现状从源头上彻底解决。

3.2 加固补强衬砌结构

3.2.1 注浆回填

首先，对于公路隧道施工而言，最常见的就是因拱背空洞或脱空导致衬砌厚度不满足条件的问题，注浆回填法对这种现状比较适用。

其次，施工步骤为：明确加固范围和加固量→钻孔→注浆管预留→注浆→封堵注浆管口。

最后，注意事项：①施工所使用的水泥砂浆、混凝土都需要具备良好的流动性；②钻孔预留注浆管时，要保证管口和围岩之间预留出5-10cm 的空隙；③注浆速度需要按照相关标准和施工要求进行有效控制，不能太快；④要将注浆管借助膨胀螺栓和钢板固结在已有的衬砌上；⑤注浆完毕后要等到浆液具备自稳能力才能对注浆口进行封堵。

3.2.2 拆除重建

首先，当二次衬砌的实际厚度和规定标准值之间相差太大，且衬砌完全丧失基本功能的情况下，可以考虑使用拆除重建的方法。

其次，施工步骤为：临时支撑架设→拆除原结构→安装临时支护→新衬砌结构施做。

最后，注意事项：①施工开始之前，制定关于临时支护和临时支撑的方案，在最大程度上减少隧道塌方或掉块事故的发生；②拆除全部不符合标准、不合格的衬砌结构，控制其对于合格衬砌的影响；③将连接钢筋添加在新旧衬砌交界的位置，以确保混凝土的正常衔接。

3.2.3 挂网喷浆

首先，在内轮廓补强的众多方法中，挂网喷浆法是其中的一种，高分子材料砂浆、STRC、混凝土、GFRC、普通砂浆都是喷浆材料。当二次衬砌的实际厚度与设计值相差不大、混凝土裂缝太多但对于隧道本身的承载能力与稳定不会产生较大的影响时，可以考虑使用挂网喷浆法。

其次，施工步骤为：凿除已被破坏区域→封闭裂缝→钢筋网补挂→混凝土或钢纤维混凝土喷浆→灌注防水砂石→整平。

最后，注意事项：①密切关注喷浆的均匀程度和厚度；②在最大程度上保证外观的良好；③要尽量保证其和原来的衬砌结构有相似的外观。

表1 内轮廓补强法施工厚度对比表

3.2.4 局部嵌补

首先，当衬砌厚度不满足要求是因为围岩欠挖导致时可以考虑使用局部嵌补的方法。

其次，施工步骤为：凿除部分衬砌→凿除欠挖围岩→处理围岩锚喷→钢筋网补强→混凝土浇筑。

最后，注意事项：①原有衬砌的结构整体性和稳定性已经被破坏是此方法的使用前提；②使用局部嵌补的方法进行补救和治理后，并不能完全促进整体结构稳定性的提升，因此，若情况并不特殊且棘手，建议慎用。

3.2.5 套衬砌补强

首先，对于套衬砌补强法而言，其本身就是补强内轮廓的方法，适用于建筑限界富裕、但衬砌结构厚度和设计值之间存在较大差距的情况。

其次，施工步骤为：原有衬砌混凝土凿毛→锚栓连接→补强钢筋网铺设→混凝土浇筑。

最后，注意事项：①尽量保证旧衬砌凿面在0.6-1cm之内且深度均匀；②要处置好新旧混凝土之间的施工缝隙和锚栓。

4 结语

首先，促进机械化作业程度的有效提升，保证工程的进度和质量。

其次，通常情况下，二次衬砌的厚度相对来说设计比较保守，安全系数和工程造价通常都比较高，在确保安全的同时，需要根据实际情况优化二次衬砌的厚度，从而减少工程的投资。

最后，当条件允许时，针对地质情况较差的地段，可以考虑使用具有良好的整体抗压和抗拉性能的钢纤维混凝土作为隧道二次衬砌的用料。