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1、隧道二次衬砌背后脱空的防治1摘要：随着隧道在线路中占的比重增大，其在施工 过程中的质量问题也愈发明显。文章介绍了隧道衬 砌背后脱空治理的必要性及检测方法，进行了成因 分析和对脱空的处理，并结合工程实践经验从施工 和施工管理角度提出了防治的具体措施，对现场施 工减小二衬脱空具有指导意义。 关键词：铁路隧道；二衬脱空；成因；防治措施2隧道二次衬砌背后脱空的防治引言引言第四部分第四部分 隧道二衬背后脱空的处理隧道二衬背后脱空的处理第五部分第五部分 隧道二衬背后脱空防治措施隧道二衬背后脱空防治措施第一部分第一部分 隧道二衬背后脱空治理必要性隧道二衬背后脱空治理必要性第二部分第二部分 隧道二衬背后脱空检
2、测隧道二衬背后脱空检测结束语结束语第三部分第三部分 隧道二衬背后脱空成因分析隧道二衬背后脱空成因分析3全文主线4引 言近年来西部铁路建设突飞猛进，隧道施工进入了高速发展 阶段。截止2010年，已通车运营铁路隧道达8900余座， 总长度约6000公里，在建的铁路隧道2500余座，长度约 5000公里1。随着铁路隧道的总延长不断增加，我国隧道 已经进入高维修时期，在铁路隧道施工中存在的质量问 题也逐步显露出来。其中二次衬砌背后脱空导致衬砌产生 裂缝，给后期运营带来安全隐患，已成为较为严 重的质 量通病。5陕陕 西 省甘肃肃省12 34 5我公司兰兰渝项项目部施 工管段起讫讫里程： DK470+91
3、8DK501+005 ，正线线全长长30.087km， 含 5座隧道，其中2座是高 危性隧道道。隧道工程长长 度27.357km占总总正线线全 长长90.8%。工程简介第一部分：隧道二衬衬背后脱空治理必要性6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、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、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2。第一部分：隧道二衬衬
4、背后脱空治理必要性隧道工程断面及基本概念7隧道开挖完成后，围岩本身应力的释放是一个缓慢的过程， 在围岩的收敛 结束后、初支变形完全稳定之后才开始施做二衬3，形成抗荷环来保证隧道 的安全。但是目前的隧道施工现状，由于进度要求，初期支护往往只是起到 一个临时的封闭作用，仅仅是保证连续向前开挖施工过程安全的作用。当围 岩变形过大或初期支护变形不收敛，又难以及时补强时，需提前施做二衬来 保证安全2。但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。第一部分：隧道二衬衬背后脱空治理必要性钻爆开
5、挖喷砼支护监控量测8第一部分：隧道二衬衬背后脱空治理必要性由于二衬承载着较大的围岩松散压力，隧道衬砌背 后是否存在脱空将直接影响隧道的安全性能。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，鉴于此隧道二衬背后脱空防治就显 得尤其重要。9隧道属于地下隐蔽工程，一旦建成存在的问题将很难发现 和处理，故在每施工完一段里程后，对隧道衬砌质量进行 检测很有必，及时发现施工工艺缺陷，通过调整参数进行 处理，最大限度的保证质量。对于衬砌背后脱空，检查的 方法有钻孔检查法和无损
6、检测法。第二部分：隧道二衬衬背后脱空检测检测钻孔检查法：采用混凝土取 芯钻机进行钻孔检查，如图 1。属于传统的检验方法,特 点是效率低,偶然性大,代表 性差,而且破坏了衬砌的整 体性。无损检测法：地质雷达法，特点是 连续、高效、无损，具有分辨率高 、图像直观、对场地条件要求低等 优点。与传统方法相比,该方法可 快速准确地找出隧道衬砌质量隐患 ,有效地解决传统方法对衬砌的破 坏问题,具有显著的社会效益和经 济效益，在施工过程中得到普遍应 用。10第二部分：隧道二衬衬背后脱空检测检测地质雷达（Ground Penetrating Radar）是利用高频电磁 波在岩体传播中遇到地质界面产生反射的特性
7、，探测异常 地质体的一种方法。RAMAC 型主机 11第二部分：隧道二衬衬背后脱空检测检测隧道二次衬砌的常见结构为3045cm厚的素混凝土体,中心 频率为1000MHz天线地质雷达GPR的可探测深度为050cm。 二次衬砌的脱空,在图像上表现为雷达波的多次高频反射， 三振相明显，两组信号时程差较大4 。500MHz天线1000MHz天线空洞反射12第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析隧道二衬背后脱空主要集中在拱顶和侧壁拱腰等部位。从 二衬背后脱空部位分析，总结得出大致有以下几个原因： （1）光面爆破效果不好，造成隧道局部存在较深的凹坑， 初支喷砼平整度达不到规范要求，防水板挂设后形成一个 空腔
8、，因防水板松弛度所限，在混凝土浇筑后形成空洞。光爆效果差初喷平整度差 13第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析（2）防水板（含土工布） 挂设未预留足够的松散系 数，如果防水板（含土工 布）绷得太紧，则不能紧 贴初支基面，使泵送的混 凝土不能穿过防水板流动 到背后的空隙内而形成脱 空。如果防水板（含土工 布）挂设太松，在混凝土 浇筑过程中会因受挤压形 成褶皱，在褶皱之间留下 空隙。14第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析（3）端头模板 封堵不密实，浇 筑完成后在等强 度过程中从接缝 里漏浆、跑浆， 使拱部混凝土下 落，形成空洞。15第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析（4）施工时对原材料质量控制
9、不严，砂粒过细，施 工配合比水灰比偏大、混合料坍落度过大，浇筑后混 凝土收缩徐变，形成空洞。或隧道处于较陡纵坡上（ 20），浇筑后混凝土收缩徐变，在上坡端出现脱空 。 （5）混凝土在浇筑过程中振捣不密实，内部存在气 孔、空洞等，上部混凝土浇筑完成后在自重作用下下 沉，在拱部造成空洞。现场塌落度试验16第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析（6）拱部混凝土浇筑时，由于泵送压力或浇筑方式 ，致使拱顶位置浇筑不到位留下空洞。17第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析（7）拆管过早、提前脱 模。盲目追求施工进度 ，在混凝土未初凝前现 场施工人员急于拆管， 造成未自稳的混凝土掉 落形成漏斗，或提前脱 模，使
10、低强度混凝土过 量承载，导致衬砌开裂 和下沉造成衬砌脱空。18第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析（8）衬砌台车底座支 撑不牢固。在现场施 工过程中，台车多采 用方木支垫行车轨道 ，由于衬砌台车附近 较潮湿，方木容易糟 烂，在混凝土浇筑过 程中或浇筑后方木被 压变形引起台车下沉 ，形成顶部衬砌空洞 。19第三部分：隧道二衬衬背后脱空成因分析（9）主观上对二次衬砌存在着片面认识，认为围岩 压力是由锚喷砼承受的，二次衬砌仅仅起到安全储备 作用。错误的施工指导思想导致了施工马虎，造成二 次衬砌部分脱空。2021中交第一 航务务工程局 有限公司以地质雷达无损检测数据为依据，测量人员进行测量放线，确 定
11、准确的注浆范围，标注打设注浆管的位置。对拱顶部位二衬 背后脱空采用拱顶预留注浆孔进行注浆回填，对拱腰及边墙处 二衬背后脱空采用钻孔后注浆回填。第四部分:隧道二衬衬背后脱空的处处理脱空处理拱顶边墙注浆施工效果及复查检查拱顶预留注浆管：为避免衬 砌脱空及方便处理，在浇注衬砌 混凝土前，每隔58m在拱顶最高 处紧贴防水板位置预埋通长纵向 注浆管。用钢筋往返插入预留的 钢管内，若插入顺利不受阻挡， 证明注浆管未堵塞，否则堵塞， 将堵塞的注浆管做好标识。 沿纵 向注浆管方向在距堵塞的注浆孔 50cm处钻孔，安装20注浆管， 砼孔口缝用胶密封，待胶凝结后 方能注浆。4.1拱顶第四部分 :隧道二衬衬背后脱空
12、的处处理拱顶预留注浆管22第四部分 :隧道二衬衬背后脱空的处处理打设回填注浆孔：根据检测报告，采取限深措施，沿着脱 空位置上、下边缘处打设20注浆孔。脱空位置较大的， 注浆孔间距为2米，交错布置。埋设注浆管，长度为20cm （外露）+衬砌厚度。 在钻孔过程中，如有操作人员操作不当导致防水板被打穿 ，可采用扩孔修补的方法进行处理，即在打穿部位人工扩 孔，扩孔范围半径不大于10cm，将防水板修补后采用挂模 浇筑微膨胀混凝土封堵。4.2边墙23第四部分 :隧道二衬衬背后脱空的处处理注浆液拱腰部位采用水泥砂浆，拱顶脱空部位采用细石混 凝土回填。在脱空位置下边缘处孔内注浆。注浆过程中， 密切观察注浆流量
13、、注浆压力及周围的衬砌情况。当脱空 位置上边缘处孔内流出浆液立即用木塞封闭检并保持缓慢 注浆，注浆终压力持压5分钟后即可结束，然后用速凝水泥 进行堵孔，保证浆液不会顺着注浆管外侧流出。 注浆应在二衬强度达到100%后方可进行。注浆时衬砌表面 如出现有渗漏水部位，可改用压注水泥-水玻璃或其他化学 浆液进行注浆堵水。4.3注浆施工24沈阳耿力 GFBY50/70型 液压双液注浆泵注浆液拱腰部位采用水泥砂浆，拱顶脱空部位采用细 石混凝土回填。在脱空位置下边缘处孔内注浆。注浆 过程中，密切观察注浆流量、注浆压力及周围的衬砌 情况。当脱空位置上边缘处孔内流出浆液立即用木塞 封闭检并保持缓慢注浆，注浆终压
14、力持压5分钟后即可 结束，然后用速凝水泥进行堵孔，保证浆液不会顺着 注浆管外侧流出。 注浆应在二衬强度达到100%后方可进行。注浆时衬砌 表面如出现有渗漏水部位，可改用压注水泥-水玻璃或 其他化学浆液进行注浆堵水。第四部分 :隧道二衬衬背后脱空的处处理4.4注浆效果及检查注浆处理前后对比图25通过对脱空成因分析和鉴于对脱空的处理，施 工企业只要认真遵守设计文件和施工工艺，监 管单位只要认真检查、督导，脱空完全是可以 预防的，预防胜于整治。第五部分 :隧道二衬衬背后脱空防治措施2627二衬衬脱空 防治措施加强防水板（含土工布） 固定控制和铺设质量控制严把原材料质量关加强振捣初期支护主观上重视加强
15、模板拼接保证足够 养护时间文明施工加强光面爆破控制加强光面爆破控制欠挖部位应先加 以凿除，提高围岩基 面平整度；严格施工 过程控制，对喷射混 凝土表面凹凸显著部 位应分层喷射找平， 确保初支基面平整。郭家沟斜井光爆效果第五部分 :隧道二衬衬背后脱空防治措施28南崖山隧道出口防水板挂设加强防水板（含土工布）固定 控制和铺设质量控制固定点间距宜为拱部 0.50.8米，边墙0.81米，底 部11.5米，呈梅花形排列5 ，基面凹凸较大处应增加固定 点。铺设松紧应适度并留有余 量，实铺长度与初期支护基面 弧长的比值为10:86，以确保 混凝土浇筑后与基面密贴。预 防太紧防水板崩裂，太松形成 褶皱导致空洞
16、的出现。第五部分 :隧道二衬衬背后脱空防治措施29堵头模板加强模板拼接拱部堵头板安装时注 意接缝密贴，可采用双面 胶等措施，保证混凝土浇 筑后不漏浆，不跑浆。第五部分 :隧道二衬衬背后脱空防治措施30合格原材料严把原材料质量关 把好原材料质量关，控制好 混凝土的水灰比或采用适量 的膨胀混凝土，减小混凝土 干缩徐变。监控配比加强振捣 浇筑过程中振捣密实，尽 量排除在混凝土浇筑时被 挤压到拱部的空气，仔细 观察浇筑情况，确保拱部 混凝土填筑饱满。第五部分 :隧道二衬衬背后脱空防治措施31二衬同条件砼试块保证足够养护时间 混凝土浇筑完成后不要急于拆输送管、脱模，须待混凝土有一定自稳能 力后再拆、脱模。第五部分 :隧道二衬衬背后脱空防治措施32使用钢支撑的二衬台车文明施工 衬砌台车支撑稳固， 做好二衬台车台车附 近的文明施工，防止 支垫方木长期被水浸 泡。定期检查方木受 压能力，防止混凝土 浇筑后被压碎引起台 车下沉。第五部分 :隧道二衬衬背后脱空防治措施33
