隧道二次衬砌混凝土施工技术要点分析

阳斌 杨凡 金增强

摘要：本文主要分析了隧道二次衬砌结构中混凝土施工技术，简要地介绍了隧道二次衬砌的作用，并详细地说明了隧道二次衬砌混凝土施工的要点和注意事项。所得结论具有一定的指导性，以供参考。

关键词：隧道工程;二衬结构;混凝土施工

一、隧道二次衬砌的作用

隧道二衬发挥的作用随着隧道周围岩石级别的不同而发生改变。对于一级稳定围岩来说，因为围岩自身的结构较为稳定，因此在施工的过程中初衬结构与围岩之间的变形系数较小，在进行二次衬砌的过程中，只需要重点关注防水、安全储备、美化等方面的问题，基本不用承受围岩的压力;如果周围是二级硬质围岩，初衬结构与围岩的变形系数同样偏小，二次衬砌承受的围岩压力也较小，但是因为锚杆钢筋可能会出现锈蚀的现象，影响初衬机构的稳定性，因此，在进行二次衬砌的施工时，应该将提高衬砌结构的稳定性作为主要目的。

二、隧道二次衬砌混凝土施工要点

（一）施工方法

根据经典支护理论以及长期的实践经验，隧道二次衬砌的施工是以初衬的支护结构作为基础的，具体施工技术较为复杂，施工难度高。在进行二次衬砌混凝土施工时，通常初衬结构已经稳定，因此大多使用顺作法进行混凝土连续浇筑施工。

（二）施工时间

一般情况下，二次衬砌的混凝土施工通常是在锚喷支护（初衬）与围岩变形基本稳定后开始进行，想要准确的判定喷锚支护与围岩变形是否稳定，需要满足一下三个条件：①围岩变形的速度显著减缓;②拱脚附近水平收敛量在0.2mm/d以下;③已经发生的位移至少为总位移量的80%。

（三）混凝土施工

1.仰拱混凝土

为了保障混凝土的流动性和密实度，在进行隧道仰拱施工的过程中使用的混凝土坍落度应该在120～140mm之间，利用插入式振捣器进行振捣，在振捣时应该注意不要损坏背贴式止水带和防水层。仰拱在隧道中并不负责承重，因此对于强度的要求不需要过高，混凝土浇筑完成后，强度达到2.5MPa时便可拆模，开始进行后期养护工作。

2.拱墙混凝土

拱墙混凝土坍落度应该在140～160mm之间，粗集料最好使用粒径为5～20mm级配良好的碎石，并将中砂作为细集料。拱墙混凝土的施工通常采取从下到上分层的顺序进行对称浇筑，需要注意的是，分层的厚度应该维持在400mm以下。应该使用平板式与插入式振捣器结合的方式进行振捣混凝土的工作，为了确保混凝土质量符合施工标准，浇筑作业应该从施工段开始。在进行混凝土浇筑的过程中，需要格外注意放料、提料、振捣的时机，尤其是混凝土泵满后刹尖停泵的时机，应该对其进行重点控制，不能强行泵送，可能会出现压垮模板台车的情况。

3.拱顶混凝土

在进行拱顶混凝土施工的过程中，通常使用泵送软管将混凝土从模板台车的进料口由低至高缓缓注入混凝土，当混凝土的高度接近顶部后，进行封顶处理，并在堵头的上端安装两个Φ50mm的排气管，保证仓内的空气能够完全排出，排气管最好选择橡胶或塑料等质量较轻的材质，防止其在水泥中下沉。在进行混凝土浇筑时，如果发现排气管中有水流出，即代表灌注已经完成，可以停止灌注工作，撤出水泥中的排气管，并将圆孔堵死。进行混凝土封顶时，为了能够更好的排出混凝土中的空气，提高灌注施工的质量，应该从内向端模方向进行灌注。

（四）回填压浆

一般来说，在二次衬砌混凝土的强度达到80%以后，就可以开始进行二次衬砌结构的背后回填注浆工作了。注浆的材料通常选用1：1的水泥净浆，注浆的压力应该维持在0.05～0.1MPa，终压为0.2MPa。纵向注浆管应该选取管径为Φ20～42mm的PE管，纵向间距结合施工缝位置需要控制在3～5m，在防水板敷设完成后，将PE管粘在拱顶模筑衬砌外缘、防水板内侧，PE管的两端分别与事先布置好的镀锌钢管注浆口相连，镀锌钢管的管径由注浆管的管径决定。同时，为了方便连接，镀锌钢管的注浆口应该露出一段长度，在30～50mm之间。在注浆完成之后，需要使用无损检测手段来检查是否存在局部空洞部位，如果发现空洞，应逐个进行钻孔压浆。

三、隧道二次衬砌混凝土施工注意事项

（一）混凝土收缩

混凝土的收缩有两种形式，分别是干收缩和自收缩，收缩现象发生后会造成隧道二衬结构裂开，导致渗水。干收缩主要是指在混凝土的养护停止后，因为环境温度过高或较为干燥，使得混凝土内部的水分大量流失，最终发生体积收缩的情况。自收缩是指在恒温绝湿条件下，混凝土因为胶凝材料的水化作用产生了自体收缩的现象。这两种收缩方式都会导致混凝土结构的不稳定，使其出现裂缝。相关研究证实：当混凝土中的水灰比小于0.35时，干收缩和自收缩的情况基本相同，如果比例高于0.35，混凝土的收缩就会以干收缩为主，自收缩基本可以忽略。因此，在进行隧道二次衬砌混凝土施工时，如果想要防止将混凝土产生裂缝，应该将对混凝土干收缩的控制作为工作的重点内容。

与自收缩相比，干收缩对混凝土结构的损坏更大，会造成不可逆的结构开裂。如果混凝土所处的环境湿度下降，就会导致毛细管中的水分蒸发，使得临界半径减小，增大管道承受的压力，形成管壁壓应力，进而造成收缩现象。目前我国大多数隧道二衬施工都采用流动性较大的泵来输送混凝土，浇筑刚刚完成的一段时间内，混凝土的含水量较高，水分流失的速度也较快，但这时混凝土的强度有限，如果没有及时进行养护，会因为毛细管负压的迅速增加而产生裂缝，这也是混凝土在拆模之后容易产生裂缝的主要原因。因此，想要防止隧道二衬结构出现裂缝，就应该重视混凝土的养护工作。

除此之外，混凝土的干收缩与配合比也有着一定的关系，如果混凝土中水泥的占比较大，水灰比和砂率较高，就会导致混凝土更容易出现干收缩的情况，同等条件下，收缩量也会更大。当然，在这一过程中混凝土徐变也会随之发生变化，并影响其变形的性能，从某种程度上来说，混凝土徐变的上升，能够缓解收缩带来的危害。需要注意的是，影响混凝土收缩与徐变的因素并不是完全相同，这也就意味着不能依靠徐变来控制收缩程度，如当混凝土中水泥的比例增加，收缩会随之增加，但是徐变却会减少，导致混凝土产生裂缝的可能性进一步上升。

（二）混凝土温裂

外部环境温度和混凝土内部水化热导致的温度上升都会对混凝土产生一定的影响。

（1）环境温度。对于处在地下的结构，外部温度对其产生的影响极为有限，基本可以忽略;对于短隧道和中长隧道洞口等与外部环境接触较多的部位来说，环境温度的影响就较为明显，在及夏季高温和冬季低温时，混凝土极易因为热胀冷缩现象导致裂缝;

（2）水化热温升。因为大流动性泵送混凝土在隧道二次衬砌中的应用愈发广泛，以及人们对强度和安全性的错误理解，使得混凝土中水泥的用量逐渐增多，水化热造成的温度上升愈发严重，导致裂缝的出现。近些年来，随着水化热温升造成的开裂现象越来越多，其已经成为了影响混凝土质量的主要因素。

结语（工作建议）

对于如何在隧道二次衬砌施工中提高混凝土的强度和抗渗性，本文针对性提出以下3点建议：

（1）当衬砌的厚度在500mm以上时，应按大体积结构考虑，施工人员应该全面分析水化热带来的影响;

（2）泵送大流动性混凝土的施工工艺、混凝土的配合比、温度等因素对混凝土的开裂情况有着至关重要的影响，相关人员应该对此予以重视;

（3）如果隧道二衬出现了开裂的现象，裂缝的结构承载能力较小，可以使用压浆法进行处理;对于渗漏病害，可以结合出现渗漏的具体位置进行堵排。