铁路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施

褚红伟

中铁十七局集团第三工程有限公司 河北石家庄 050227

1 隧道二衬脱空治理必要性

围岩、初支和衬砌之间依次较紧密接触是地下结构区别于地面结构的主要特征。对于新奥法施工、复合式衬砌的隧道，初支与围岩共同变形、共同承载，在Ⅱ、Ⅲ坚固地层中，二次衬砌约承受30%围岩松散荷载，主要作为安全储备。但在Ⅳ、Ⅴ软弱围岩中，二次衬砌不再是一种单纯的安全储备，而是受力结构的一个主要组成部分，它承受着50%～70%围岩松散荷载及较大的后期围岩变形压力。目前的隧道施工现状，由于进度要求，初期支护只是起到一个临时的封闭作用，仅仅是保证连续向前开挖施工过程的安全[1]。当提前做二衬来保证安全。二衬混凝土在浇筑过程中常常受到多种因素的影响，在初支与衬砌之间形成空隙，改变了两者之间本应较紧密接触的受力状态，对结构承载力产生影响，从而减弱了其支护强度。由于二衬承载着较大的围岩松散压力，若有脱空存在，则使围岩-初支体系施加于衬砌的荷载不连续，而出现变形增大或裂纹（裂缝）破坏，只是由于结构的设计承载能力余量和初支的过度承载，延迟和减缓了危害发生的时间和程度，因此隧道二衬脱空防治就显得尤其重要。

2 二次衬砌脱空产生的直接原因

2.1 工艺设备改进缓慢

目前国内还未研发出较为先进的综合性衬砌台车，施工现场采用的大部分衬砌台车不同程度存在较难实现分窗分层浇筑、难以监控拱顶混凝土是否泵满、无法振捣拱顶混凝土、端模承载力低等问题，且施工过程人为因素较多，难以保证各施工工序得到有效控制，最终形成施工冷缝、人字坡、骨料堆积及强度不足、渗漏水、衬砌脱空、裂纹等质量缺陷。

2.2 混凝土浇筑过程控制不到位

在混凝土早期强度还不能够承受其自重前，衬砌台车因刚度不够、支撑不牢固发生下沉变形，或者由于过早进行脱模、端头模板密封不严实导致漏浆等原因致使二次衬砌脱空。浇筑混凝土时，由于隧道拱顶空间越来越小、空气难以排出，泵送混凝土无法正常进入，但作业人员却认为已经完成浇筑，导致二次衬砌脱空。此外，混凝土和易性不好发生离析、浇筑时振捣不到位等均可导致拱顶二次衬砌不同程度脱空。

2.3 拱顶回填注浆质量差

目前大部分施工项目拱顶回填注浆采取的是隧道二次衬砌全部成型后在预埋注浆管位置进行纯水泥浆注浆。存在的问题：一是如果注浆管埋设不当或在混凝土浇筑过程中发生位移，则注浆前需重新钻设注浆孔，增加了作业内容，同时存在钻穿防水板的风险；二是二次衬砌全部成型后再进行拱顶回填注浆，此时原二次衬砌混凝土已达到一定强度，注入的水泥浆与原二次衬砌混凝土收缩徐变不一致导致混凝土整体性差

3 二次衬砌脱空的处理措施

3.1 优先选用先进工艺设备

随着中国人口老龄化时代的到来和施工工人薪酬水平的逐步提高，施工企业如继续采用较低的机械化水平模式进行施工作业，一是难以降低施工安全风险，二是难以有效提高施工质量，三是难以降低施工企业综合成本。因此施工企业势必要提高施工机械化水平，优先选用先进工艺设备。目前可采用的数控防水板台车，不需要事先剪裁防水板，而是直接将整卷防水板安装在台车的爬行小车上，操作人员只需站在工作吊篮内便可完成对防水板的安装和焊接，增强了施工安全性。同时减少了整平以及校准防水板的工序，减轻了劳动强度，提高了防水板安装质量。同时该台车还可加装二次衬砌钢筋安装功能[2]。

3.2 加强二次衬砌混凝土质量控制

（1）合理控制混凝土水灰比。运送至现场的混凝土坍落度以控制在18～20cm为宜，确保混凝土具有良好的和易性。（2）落实好分层逐窗入模浇筑工艺。二次衬砌混凝土采用逐窗入模浇筑技术，由下向上，对称分层，逐层逐窗从混凝土灌注窗灌入，浇筑时混凝土面左右两侧高差不得超过0．5m，前后不得超过0．6m，混凝土自由倾落高度不得超过2m。对拱腰以下部位，采取插入式振捣器为主、附着式振捣器为辅的振捣方式；对拱顶和钢筋混凝土区段，采取附着式振捣器为主、插入式振捣器为辅的振捣方式，避免出现漏振或振捣不到位引起混凝土不密实、强度不足、“人”字坡或冷缝等质量问题。（3）浇筑拱顶混凝土时，首先从靠近上循环二次衬砌端的灌注口压入，当与上循环间的拱顶灌满后，混凝土逐步向端模方向挤推，既保证与上循环拱顶混凝土的密切连接，也方便作业人员通过端模处观察拱顶浇筑情况。

3.3 加强拱顶回填注浆质量控制

选用回填注浆法进行隧道二次衬砌脱空整治的判断依据：在二次衬砌脱空位置采用敲击锤进行敲击检查，在最薄弱位置选取三个点位（三角形布置）钻穿二次衬砌，用盒尺测量二次衬砌砼品质合格厚度。根据相关铁路局要求，二次衬砌砼品质合格厚度大于20 cm，且衬砌合成厚度满足设计要求的可采用间歇式无收缩浆材（水灰比0．38以下）回填灌注工艺进行注浆处理。回填注浆法与开窗二次浇筑法相比具有施工简便、工期短、原二次衬砌受力结构基本不受影响、施工安全性高等优势。根据实践经验，个别部位注浆后仍存在小型衬砌脱空，再次注浆较困难。此时可采用钻孔压入环氧树脂材料达到治理脱空的目的，但需要注意的是由于环氧树脂成本较高不适用于存在较大脱空部位的处理[3]。

4 结语

总之，二衬脱空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。施工前做好各种准备，施工中加强浇筑盯控，施工完成一定里程后（以300～500m为宜）采用无损检测检查二衬混凝土脱空情况，并根据检测报告对空洞进行注浆处理。事前、过程控制有力，责任落实到人，以起到减小或消除衬砌脱空的作用。