铁路隧道二衬脱空原因分析及防治研究

陈胜、王军

（1.中国铁路南宁局集团有限公司建设部，广西 南宁 530029；2.中铁四局集团有限公司第七工程分公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

当前我国铁路隧道二衬施工中，由于施工设备、工装、技术及管理水平的差异，导致二次衬砌后方脱空现象频发，部分隧道还存在着拱顶脱空、衬砌厚度偏薄等问题。二次衬砌后方脱空会引起围岩支护结构应力变化，特别是在盾构法施工过程中出现失稳现象，会严重影响盾构施工及铁路交通的正常运行。所以，要对隧道二次衬砌后方脱空的原因展开剖析，并提出有针对性的防治对策，这对于强化铁路隧道二衬建设质量、解决隧道工程中存在的问题、确保通车后的运行安全有着非常重大的意义。

1 铁路隧道二衬施工质控要点

随着我国经济的不断发展，铁路隧道建设也随之迅速壮大。然而，由于国内地质条件复杂、施工水平参差不齐等原因，许多铁路隧道都存在着二衬脱空现象。为了避免这种情况发生，提出隧道二衬脱空原因分析及防治对策。铁路隧道二衬施工质控作为决定工程整体质量的主要因素，其要点包括以下六个方面：

其一，施工前的准备工作。在进行隧道二衬施工前，需要做好充分的准备工作。包括清理施工现场、确定施工方案、准备施工材料和设备等，确保施工区域的稳定性和安全性。在施工前应对施工区域进行全面勘察，包括地质条件、地下水位等情况，确保施工方案的合理性和可行性。

其二，施工材料的质量控制。对于铁路隧道二衬施工，常用的材料有混凝土、钢筋、防水材料等。在施工过程中，需要对这些材料进行质量控制，包括材料的检测和试验，确保其达到相关的标准和要求[1]。

其三，施工工艺的控制。施工过程中，需要按照相关的工艺要求进行施工，包括混凝土浇筑、钢筋连接、防水处理等。施工工艺应符合相关规范和标准，确保工艺的正确和施工质量的稳定。

其四，施工设备的使用和维护。施工过程中需要使用各种设备和机械，如混凝土搅拌机、起重机等。对于这些设备，相关工作人员需要进行定期的检查和维护，确保其正常运行和安全可靠。

其五，施工现场的管理。对于隧道二衬施工，施工现场的管理尤为重要。需要对施工现场进行科学组织，确保施工安全和秩序。同时，还需要对施工人员进行培训，提高其安全意识和技术水平。

其六，施工质量的监督和检验。包括对混凝土、钢筋等施工材料及其施工工艺的检验等。在进行隧道二衬施工时，需要按照合理的工艺进行混凝土浇筑、钢筋安装等施工。材料的选择应符合设计要求和标准，并且具有良好的耐久性和承载力，以确保施工质量[2]。

施工过程中，一是需要采取必要的安全措施，以保证施工人员的安全。包括穿戴安全装备、遵守作业规程等。二是需要严格控制施工进度。包括制订合理的施工计划、合理调配人力物力等，确保施工按时完成。三是需要做好施工记录和报告，包括记录施工过程中的关键环节和质量控制情况，并及时向相关部门进行报告和反馈。只有严格按照要求进行施工，才能确保隧道二衬的质量和安全性，为铁路运营提供可靠的保障。

2 铁路隧道二衬缺陷的成因分析

一是初始投入未到位造成的铁路隧道二衬脱空。在施工中，为了降低混凝土喷射量，往往采取人工支撑、填充等措施，从而产生了初支孔隙，并最终引起铁路隧道二衬混凝土背面剥落。这种人为形成的初支孔隙多出现在前期建设的隧道中，随着现代隧道探测技术的不断进步，该问题已越来越少。

二是由于不能正确安装防水面板而造成的漏斗。当巷道初始支护表面平整度较差时，如果锚杆片悬挂的松弛程度不足，会使锚杆片与初始支护接触不紧密，从而在锚杆片后方产生空洞；如果防水板悬吊过于松散，在二次衬砌过程中，会因为被挤压而产生折痕，折痕部位会形成间隙，造成二次衬砌脱落。在初期施工过程中，如果防水面板后方的锚固点数量不足，在铁路隧道二衬混凝土浇筑过程中受到撞击时，防水面板也会掉落，从而引起铁路隧道二衬脱空[3]。

三是由于二次衬砌和模架造成的滑落。铁路隧道二衬台车基座支承不当，导致铁路隧道二衬，混凝土在灌浆过程中或灌浆结束后，发生变形和沉降，形成铁路隧道二衬拱凹陷，铁路隧道二衬的模框连接不紧密，造成漏浆和漏模，以及混凝土未凝固时由于自身重量而沉降，造成铁路隧道二衬底板脱落。

四是铁路隧道二次衬砌施工时出现的脱模现象。二次衬砌施工过程中，由于台车布孔开度不统一，造成布孔不均匀、振捣不紧实，不得不在浇筑完后用附加振动器进行振捣，导致混凝土沉降，从而造成拱顶脱落；在下段铁路隧道二衬施工过程中，因混凝土浇筑段的循环通风口发生阻塞，在铁路隧道二衬拱部位产生气泡，导致铁路隧道二衬后壁出现空腔，二次衬砌施工中，如果混凝土浇筑不及时、和易性不好，或振动不当，都会造成二次衬砌部位脱空[4]。

五是在施工过程中，由于拱顶灌浆管没有埋入或在施工过程中发生阻塞，造成拱顶回填液的灌浆施工不能正常进行。常规的拱顶灌浆施工是在铁路隧道二衬混凝土结构满足要求后进行，但由于灌浆管发生阻塞，从而导致铁路隧道二衬拱顶出现孔隙。

六是其他因素所致的二次衬砌背面缺孔。铁路隧道二衬混凝土在硬化过程中，会发生化学反应而收缩变形，如果是利用人工经验进行判断，或者铁路隧道二衬混凝土方量计算出现错误等，都可能导致缺陷的产生。

3 铁路隧道二衬缺陷的防治策略

3.1 注浆处理

注浆处理是一种常用的铁路隧道二衬缺陷的防治策略。铁路隧道二衬是指在隧道内壁使用混凝土或钢板等材料进行加固，以增强隧道的结构稳定性和抗压能力。然而，由于施工能力、材料质量或使用年限等原因，隧道二衬可能出现裂缝、脱落或渗水等问题，而这些缺陷如果不及时处理，会对隧道的安全运行形成威胁。注浆处理是一种通过注入特定的浆液材料来修复隧道二衬缺陷的方法。该方法主要利用注浆材料的渗透性和充填性能，将浆液注入缺陷处，实现填补裂缝、加固脱落部分、阻止水渗透等目的。常用的注浆材料包括水泥浆、聚氨酯浆、环氧树脂浆等[5]。

注浆处理的优势在于能够针对不同类型的缺陷进行精确修复。对于裂缝缺陷，可以选择低黏度的注浆材料，利用其渗透性填充裂缝，增强铁路隧道二衬的整体强度。对于脱落缺陷，可以选择高填充性注浆材料，将其注入脱落部分，使其重新黏结于隧道壁上。对于渗水缺陷，可以选择具有防水性能的注浆材料，将其注入渗水路径，阻止水的进入。在进行注浆处理时，需要进行充分的现场勘测和缺陷评估，确定缺陷的类型、位置和严重程度，选择合适的注浆材料和注浆方式。注浆处理需要专业的施工团队和设备，以确保操作规范和质量可控。

注浆处理的效果通常较为显著，能够有效修复隧道二衬的缺陷，提高隧道的结构稳定性和安全运行能力。注浆处理还具有施工周期短、成本相对较低的优势，能够快速恢复隧道的使用功能，减少对铁路运输的影响。然而，注浆处理也存在一些限制和注意事项。

一是注浆材料的选择需要根据隧道二衬的材质、缺陷类型和性质来确定，以确保其与隧道材料和环境相容性良好，减少不必要的化学反应和损害。

二是施工过程需要控制注浆压力、流量和速度等参数，避免过度注浆导致铁路隧道二衬破坏或局部应力增大。

三是注浆处理后需要进行严密的监测和检测，以确保处理效果符合预期，并及时采取调整措施。总体而言，注浆处理是一种有效的铁路隧道二衬缺陷修复方法，可以快速、精确地修复各种类型的缺陷，提高隧道的安全性和可靠性。随着技术的不断发展和创新，注浆处理在铁路隧道维护和管理中将发挥越来越重要的作用[6]。

3.2 离缝、脱空处理

离缝和脱空是铁路隧道二衬常见的缺陷问题，对此需要采取一系列的防治策略来保障隧道的安全和稳定运行。针对离缝问题，可以采取以下措施。

第一，定期进行巡视和检测，及时发现离缝问题。

第二，加强施工质量控制，确保铁路隧道二衬的施工质量，减少离缝问题的发生概率。

第三，采用适当的填缝材料进行修补，对离缝较为严重的区域进行加固处理，提高铁路隧道二衬的整体稳定性。

针对脱空问题，可以采取以下防治策略。一是加强隧道施工过程中的质量控制，确保铁路隧道二衬与地基的紧密贴合，减少脱空问题的出现概率。二是进行定期检测和维修，发现脱空问题及时修补，防止其扩大。三是采用适当的补充材料填充脱空部位，恢复铁路隧道二衬的完整性。四是进行加固处理，对脱空严重的区域进行补强施工，提高铁路隧道二衬的抗震和承载能力。除了以上防治策略，还应加强管理和监督，确保施工人员严格按照规范操作，杜绝施工过程中的疏忽和错误。

同时，加强对隧道使用过程中的监测和维护，及时发现并处理隧道二衬的缺陷问题，避免出现严重的安全事故。在脱空带内，灌浆剂应与原有的衬垫作为一个整体，以避免原有的衬垫落下或孤立地施加压力。对于二次衬砌拱顶后方出现的空洞，原则上利用施工中预留的灌浆孔进行灌浆处理；对于二次衬砌后拱和侧壁出现的空洞，原则上采用打眼注浆的方法进行回填。

还可以考虑引入新的技术手段来防治离缝和脱空问题。一种方法是采用摄像监测技术，通过安装摄像头对隧道内部进行实时监测，及时发现离缝和脱空问题并进行修补。另一种方法是采用无损检测技术，利用超声波、电磁波等无损检测方法，对铁路隧道二衬进行全面检测，及早发现问题并进行修复。此外，应加强对施工人员的培训和技术指导，提高其施工技能和质量意识，减少施工过程中的瑕疵和缺陷。同时，加强对材料供应商的监督和管理，并对材料进行质量检测和验收，确保其符合相关标准。隧道管理部门还应建立健全隧道维护体系，制订维护计划，定期进行隧道维护和检修工作，及时解决离缝和脱空问题，以保障隧道的长期安全运营。通过定期巡视、加强施工质量管理、采用适当的填缝材料和补充材料、进行加固处理、引入新的技术手段、加强管理和监督以及建立健全维护体系等措施，可以有效防治隧道二衬的离缝和脱空问题，确保隧道的安全和稳定运行。

3.3 施工质控及技术管理

铁路隧道二衬缺陷的防治策略涉及施工质控及技术管理方面的措施。在施工前应进行详细的工程勘察和设计，并根据地质情况选择合适的铁路隧道二衬结构类型和材料，确保施工方案科学合理。在施工过程中，要严格按照施工规范和技术要求进行操作，确保铁路隧道二衬施工质量和工艺达到设计要求。以下是具体的防治策略：

一是质量控制。建立完善的质量管理体系，要求包含施工质量检查、质量验收、质量追踪等环节，确保铁路隧道二衬施工质量符合国家标准和规范要求。

二是施工技术管理。采用先进的施工技术和设备，确保施工操作的准确性和稳定性。同时，要加强施工现场的监督和管理，确保施工人员技术合格、操作规范。

三是材料选择。选择符合标准的钢筋混凝土、预应力混凝土等二衬材料。同时，要对材料进行严格的检测和试验，确保材料的质量达到要求。

四是防水防腐。在铁路隧道二衬施工中，要加强防水防腐工作，采用合适的防水材料和防腐涂料，确保铁路隧道二衬的防水防腐性能。

五是定期检测和维护。在隧道二衬施工完成后，要定期进行检测和维护，及时发现并修复铁路隧道二衬的缺陷，防止其进一步恶化。

4 结语

随着我国铁路建设的发展，对隧道施工提出更高要求，而对隧道二衬支护结构进行优化设计，提高其安全性和稳定性，是铁路建设中亟待解决的问题。为了使我国的铁路交通达到更高的水平，本文对隧道二次衬砌背后脱空、回填不密实等质量问题及其成因展开剖析，进一步明确隧道二次衬砌混凝土施工质量管理的重要性，并对相关防治技术进行了研究，以期寻求改进和完善，这对于提升隧道二次衬砌施工质量、保证铁路交通安全运行有着十分重要的作用。