隧道衬砌脱空缺陷拆换处理施工技术研究

■刘 彬

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300310）

随着铁路项目的建设发展，尤其是在西南地区隧道在线路中占的比例越来越大,隧道施工过程中各个环节的质量问题也越来越多。其中，二次衬砌结构的质量问题一般分为表面病害和非表面病害,隧道施工中衬砌脱空缺陷广泛存在，若处理不及时将极大地影响衬砌结构承载力和耐久性，对铁路的运营造成极大的影响。本文对隧道二次衬砌脱空产生的原因进行综合分析,并以成贵铁路某条隧道为例介绍隧道衬砌脱空处理方法，提出相应解决方案。

一、成贵铁路工程概况

成贵高铁历经四川省、云南省、贵州省三省，其中成都至乐山段经成绵乐客运专线，乐山至贵阳段自乐山地区引出，向东经宜宾、黔西、大方至贵阳。该线是西南至广西北部湾、华南沿海及湘闽赣浙地区快速铁路通道的重要组成部分，在国民经济发展中发挥着重要作用。全线桥隧比重达到78.6%，其中桥梁365座，共计151公里，占线路总长的29.69%；隧道有183座，均为双线单洞隧道，共计247公里，占线路总长度的49.50%。

二、衬砌脱空形成的主要原因

隧道衬砌混凝土施工中受混凝土徐变、干缩及人为、技术等因素的影响，在衬砌与初期支护直接较容易形成空隙，大部分出现在拱顶部位，部分出现在拱墙部位。其形成原因分析如下[1]：

（一）隧道衬砌与防水层之间空隙形成脱空

该类型脱空一般出现在拱顶部分，形成主要原因为混凝土塌落度大导致混凝土徐变收缩，混凝土振捣不密实、混凝土泵压力不足导致混凝土未充满模板仓，端头模密封不到位造成浆液流失等原因。

（二）隧道防水层与初期之间空隙形成脱空

该类型脱空拱顶及拱墙部位都可能存在，形成主要原因为光面爆破效果较差导致初期支护不平整形成空腔，防水板挂设不规范较紧或较松都可能形成空隙，防水板开裂导致衬砌混凝土进入初期支护与防水层之间形成空隙，防水板固定不牢固在泵送压力下出现位移造成的脱空等原因。

三、隧道衬砌脱空处理方式

在通过无损检测等方式，验证脱空情况后确定处理方式，一般空洞较小，衬砌砼厚度达到设计要求部分可采用注浆方式处理[2]，本文就形成空洞较大、衬砌有效厚度不足等注浆无法满足要求，需进行144°拆换部位进行处理方案分析。

（一）施工流程

具体素混凝土衬砌空响（欠厚）144°拆换施工流程图见图1。

（二）钻孔验证

对衬砌缺陷部位进行钻孔验证并标记处理范围。

（三）临时支护

拆换前后2m范围设置拱墙I20a钢架进行临时支护，间距0.5m/榀。径向设置一排φ25砂浆锚杆于拆除段两侧边墙处，长4.0m，纵间距1.0m。锚杆端头槽确认达到其抗拔力设计强度后，先凿出12cm×12cm×8cm（长×宽×深）楔形孔（孔底长宽尺寸为15cm×15cm），将孔清洗干净后采用膨胀水泥砂浆或环氧树脂砂浆封堵，并与原衬砌打磨平整。最后用钢丝刷清理楔形孔周边20cm范围混凝土表面，涂刷渗透型环氧树脂防水涂料[3]。

图1 素混凝土衬砌空响（欠厚）144°拆换施工流程图

（四）混凝土拆除

1.搭设门式施工台架

施工台架根据施工需求，拱部衬砌拆换部位需搭设门式施工台架。台架采用φ48钢管搭设，钢管件采用扣件连接。楼梯及踏步采用L7.5号角钢及φ22螺纹钢加工，台架上铺设5cm×5cm钢板网。脚手架搭设需满足应力验算要求。行走系统采用4幅φ30硬胶轮胎，设置制动措施。台架上间隔20cm粘贴一道反光条。

2.混凝土拆除

根据验证结果确定拆换区域。采用切割机在拆除段与非拆除段交界处切缝，且切缝深度不小于15cm，消除后续采用风镐拆除时对非拆换段落衬砌砼的影响。靠近拆除边界时预留10-15cm，采用人工修整，确保拆除面的平整、圆顺，不得留有尖角，凿除混凝土时，缺口应上窄下宽，呈倒八字梯形[4]。且缺口表面要凿毛处理，结构应紧密，不得有空洞、松散、掉块等现象。

3.施工缝处理

混凝土凿除后采用钢丝刷清理施工缝，并用清水冲洗，保持壁面洁净，混凝土凿除后将破损防水板等杂物清理干净。

（五）防水板修复

将破损的防水板及无纺布清理干净，重新铺设衬砌防水板及无纺布，与原防水板做好连接，两幅之间的搭接长度不小于15cm，采用自动爬行式热合机对防水板进行双焊缝焊接，确保焊接密实[5]，并设置宽2cm止水胶在新旧混凝土接缝处，以提高防水性能。

（六）衬砌钢筋布置

1.植筋孔

按照设计孔深进行钻孔，成孔后采用压缩空气清孔，确保孔壁无尘。清孔后采用棉丝蘸酒精或丙酮檫拭孔壁，确保孔内的干燥、清洁；清孔后注意用棉纱将孔填堵，以防灰尘入孔内。施工过程中不得用水清洗植筋孔，具体主筋植筋示意图如图2。

图2 主筋植筋示意图

2.注胶

将注射枪插入至孔底，由孔底往外均匀注入胶体，注满孔深的2/3即可。注胶过程中须保持注浆管口一直埋置在注入的胶体中，注胶同时均匀往外移注射枪，确保胶液中不留气泡。

3.植筋

注涂胶体后，应立即将经除锈处理过的钢筋放入孔口，然后慢慢单向旋入，不可中途逆向反转，直至钢筋伸入孔底，保证钢筋在孔中心位子，保证胶体分布均匀，目视有少量胶体外溢，并且植筋埋深≥22d（详见图3）。植筋完成后在钢筋附近径向设置一排φ25砂浆锚杆，长4.0m，纵向间距1.0m，锚杆端头与增加钢筋焊接，并于拆换范围增设双层钢筋网片，环向主筋采用φ16螺纹钢筋，间距25cm，纵向分布筋采用φ10圆钢，间距25cm，钩筋采用φ8圆钢，间距25cm，钢筋搭接长度不小于35d（d为钢筋直径）且不小于50cm，接头不得位于左拱腰处，钢筋净保护层厚度为55mm，除钩筋采用半圆弯钩外，其余钢筋无弯钩。植筋过程中注意以下几点：首先，植筋施作过程中，原有衬砌混凝土不得有局部缺陷，若有局部缺陷需进行加固或补强处理后方可进行植筋施工；其次，植筋施作完毕后，在固化阶段因对植筋进行保护防止其被碰撞或是变位；最后，植筋施作完毕后，在规定的固化时间后方可进行焊接、绑扎工作，为防止焊接时钢筋局部过热影响胶体性能，需在植筋锚固段附近进行降温散热。

图3 拱部衬砌拆换钢筋断面示意图

4.预埋注浆管

绑扎钢筋过程中必须在空响（欠厚）部位顶部预留φ50注浆波纹管（不少于两根）[6]。

（七）混凝土浇筑及养护

1.施工模板及支撑台架

前期施工台车已拆除，现场施工采用定型钢模板，采用Ⅰ20工字钢加工的门式台架作为支撑体系。钢架上楼梯及踏步采用L7.5号角钢及φ22螺纹钢加工，台架上铺设5cm×5cm钢板网。纵向两侧对称增加斜撑，以保证支撑台架的稳定性，钢模板及支撑钢架示意图详见图4。

2.混凝土浇筑

因施工空间有限，为保证混凝土振捣密实，浇筑方便，在已拆换衬砌环向两侧间隔1.5m对称布置浇筑孔，浇筑孔尺寸为20cm×20cm。衬砌混凝土浇筑完成后采用C40微膨胀混凝土进行封堵，振捣密实，达到强度后将表面打磨平整，防止存在错台、麻面等二次缺陷[7]。

图4 钢模板及支撑钢架示意图

二衬采用细石混凝土浇筑，混凝土强度等级应比原设计提高一级，即采用C40细石砼。混凝土运到场后应作坍落度检查，泵送混凝土一般以16cm～20cm为宜。混凝土由输送车运送到现场后由混凝土输送泵浇筑混凝土，模板两侧混凝土应对称，且两侧高差不能超过40cm。采用附着式振捣棒振捣模板面，并采用胶锤配合敲击模板表面，待溢浆孔开始流出浓水泥浆后，停止泵送混凝土。

3.注浆

二衬拆换浇筑完成后检查衬砌厚度、混凝土浇筑后2-4小时，待混凝土初凝后，对衬砌脱空进行带模注浆回填密实，确保二次衬砌与初支密贴。

4.脱模养护

注浆结束12h后进行拆模。并对混凝土表面及施工缝毛糙处进行打磨处理，打磨处理完成后对衬砌混凝土进行洒水养护，养护时间不少于7d。

5.验证、检测混凝土强度及厚度

（1）衬砌厚度、质量：采用敲击或无损检测的方法进行验证检测，检测衬砌厚度及衬砌后是否还存在衬砌脱空。

（2）强度检测：采用回弹法进行检测，选取20cm×20cm，测点均匀分布；选取16个回弹值，剔除3个最大值和3个最小值，求平均值，修约后得到混凝土强度，看其是否达到设计强度。

四、施工注意事项

（1）拆除时应跳槽拆除，严禁爆破，每次拆换纵向长度不得大于1米。

（2）拆换前，应先完成相邻段落的缺陷整治。

（3）新旧混凝土接缝处应设置2cm宽的止水胶加强防水。

（4）欠厚部位拆换施工前后及施工过程中，对拆换段及洞内相邻段进行地表变形观测，若遇变形过大，立即采用临时钢架等加固。

五、结语

在隧道衬砌脱空问题处理上，通过对形成空洞较大、衬砌有效厚度不足等注浆无法满足要求，采取144°拆换部位进行处理方案分析验证，明确处理程序，使其隧道衬砌脱空得以有效解决。以后在施工中遇到不论大小空洞，应通过验证后选择采取注浆或者换拱处理，并及时验证处理结果，确保隧道二次衬砌质量，为铁路的验收及运营打下坚实的基础。