武鑫星

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西太原 030032)

隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，采用暗挖法施工的隧道越來越多。在人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段采用暗挖法施工，對(duì)降低工程造價(jià)、減少對(duì)周圍環(huán)境的影響至關(guān)重要。暗挖隧道具有斷面大，地質(zhì)條件和施工技術(shù)復(fù)雜等特點(diǎn)，因此會(huì)帶來一些施工問題，隧道襯砌背后的空洞就是其一。因此加強(qiáng)對(duì)隧道襯砌背后空洞的普查和處理，是隧道工程病害處理的重要一環(huán)。本文以北京地鐵某暗挖隧道為例介紹了隧道襯砌背后空洞的兩種普查方法，并提出了相應(yīng)的處理措施。

1 空洞分析

1)隧道概況。本工程暗挖隧道為標(biāo)準(zhǔn)的單線單洞暗挖隧道，覆土厚度約10.40 m。左線隧道長(zhǎng)8.519 m，右線隧道長(zhǎng)29.599 m，分別為后期地鐵車輛運(yùn)行開挖。暗挖隧道總長(zhǎng)58.118 m，左右線隧道中心水平間距約15 m。結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)的馬蹄形斷面，復(fù)合式襯砌。施工采用臺(tái)階法預(yù)留核心土施工，開挖斷面跨度為6.2 m，高度在6.65 m。暗挖隧道主要穿越了粉細(xì)砂層。

2)空洞產(chǎn)生原因。在二次襯砌施工中，泵送混凝土流動(dòng)性較大。受施工條件制約，在重力作用下，因混凝土澆筑方量不夠，部分空氣密閉在狹小的空間形成氣囊，混凝土和易性不夠或模板泵送口拆管時(shí)部分混凝土掉落等原因，在拱部二襯混凝土澆筑過程中往往難以飽滿，形成局部空洞區(qū)域。

同時(shí)施工時(shí)原材料質(zhì)量控制不嚴(yán)、砂礫過細(xì)、水泥用量過大、混凝土水灰比過大、溫差和隧道內(nèi)通風(fēng)狀況等都會(huì)引起混凝土收縮，導(dǎo)致襯砌混凝土下沉脫空，甚至形成空洞。

2 空洞普查方法

2.1 拱部敲擊法

拱部敲擊法是采用目測(cè)、人工敲擊辦法對(duì)隧道拱頂進(jìn)行空洞檢測(cè)的一種方法。其原理是通過敲擊襯砌表面，通過傳遞回來的聲音以及手部反作用變化來判斷襯砌背后的密實(shí)程度。

1)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。a.現(xiàn)場(chǎng)施工人員配備反光背心，安全帶及安全帽。b.施工前對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行一次全面檢查，如有缺陷，及時(shí)維修、調(diào)整。c.確定區(qū)間內(nèi)施工用水來源及施工用電來源。d.組織施工人員學(xué)習(xí)施工方案和交底，熟悉施工環(huán)境和施工流程。

2)施工步驟。a.測(cè)量隊(duì)進(jìn)行放樣，標(biāo)注出暗挖雙線隧道拱頂中線位置，并沿著拱頂中心線兩側(cè)各標(biāo)注出50 cm，1 m位置處。b.組合裝配式腳手架并搭建施工檢測(cè)平臺(tái)，如圖1所示。c.首先采用目測(cè)方法判斷二襯結(jié)構(gòu)表面有無明顯錯(cuò)臺(tái)或者顏色異常部位，如果發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象重點(diǎn)標(biāo)記檢測(cè)。用手握住橡皮錘，對(duì)如圖2所示點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。圖2中每個(gè)點(diǎn)間距50 cm，用錘子沿著順序挨個(gè)進(jìn)行敲擊，根據(jù)聲音以及手感判斷背后有無空洞現(xiàn)象，每個(gè)點(diǎn)最少敲擊三下，聲音異常處依照實(shí)際情況適當(dāng)增加敲擊數(shù)量進(jìn)行判斷。d.從暗挖隧道馬頭門處開始敲擊，待所有點(diǎn)敲擊完成之后將施工作業(yè)平臺(tái)推至下個(gè)位置處，重復(fù)上述c.的工作。首先馬頭門處開始第一處作業(yè)，由大里程方向向小里程方向，每間隔1 m為一處位置，左右線暗挖隧道共計(jì)約60 m。拱頂檢查區(qū)域如圖3所示。檢查范圍:沿拱頂中心線兩側(cè)各檢查1 m，每50 cm一個(gè)點(diǎn)。e.人工敲擊同時(shí)詳細(xì)填寫檢查記錄表，同時(shí)報(bào)監(jiān)理全程旁站。待檢測(cè)完畢之后對(duì)存在空洞處進(jìn)行注漿處理。

圖1 施工作業(yè)平臺(tái)

圖2 拱頂檢查部位示意圖

圖3 拱頂檢查區(qū)域展開圖

2.2 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)法

地質(zhì)雷達(dá)(簡(jiǎn)稱GPR)剖面測(cè)量與聲納、地震反射法類似，采用的是時(shí)間域脈沖雷達(dá)，將寬頻帶的脈沖電磁波發(fā)射到介質(zhì)中，通過接收反射信號(hào)達(dá)到探測(cè)目標(biāo)體的目的，雷達(dá)系統(tǒng)向被探測(cè)物發(fā)射電磁波脈沖，電磁脈沖穿過介質(zhì)表面，碰到目標(biāo)物或不同介質(zhì)的界面被反射回來，根據(jù)電磁波的雙程走時(shí)，分析確定探測(cè)目標(biāo)的形態(tài)及結(jié)構(gòu)特性［1］。其探測(cè)原理如圖4所示。

如果回填不密實(shí)，就會(huì)有多個(gè)界面對(duì)電磁波多次反射。如果雷達(dá)剖面上出現(xiàn)零亂、不連續(xù)的強(qiáng)反射能量團(tuán)塊(條帶)狀異常，那就是襯砌層或回填層中的不密實(shí)處［2］。

圖4 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理

1)施工步驟:布置縱向測(cè)線位置及數(shù)量(縱向布線位置在拱頂、左右拱腰、左右邊墻各布置1條)，圖5為測(cè)線示意圖。并按一定間距打出里程樁號(hào)標(biāo)記點(diǎn)，該樁號(hào)與隧道開挖施工樁號(hào)一致，同時(shí)準(zhǔn)備高空作業(yè)臺(tái)車。

圖5 雷達(dá)檢測(cè)測(cè)線斷面布置示意圖

2)內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備:檢查有關(guān)零部件是否齊全，準(zhǔn)備有關(guān)記錄、資料、照明燈具等，室內(nèi)連機(jī)調(diào)試看儀器是否工作正常，充電。

3)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè):操作人員和儀器均位于作業(yè)車上，天線貼在襯砌表面，設(shè)置有關(guān)儀器參數(shù)并調(diào)試(時(shí)窗長(zhǎng)度、濾波器、增益等)，隨作業(yè)臺(tái)車一起移動(dòng)，若實(shí)行連續(xù)掃描探測(cè)，應(yīng)保持勻速移動(dòng)，按設(shè)置的測(cè)線檢測(cè)并按設(shè)置的里程樁號(hào)打標(biāo)定位。

4)室內(nèi)資料整理:將所獲圖像資料文件導(dǎo)入軟件后處理，核對(duì)文件與記錄有無差錯(cuò)。

5)信號(hào)處理和目標(biāo)識(shí)別:輸入有關(guān)相對(duì)介電常數(shù)或波速，由傳播時(shí)間曲線從而檢測(cè)出空洞實(shí)況［3］。

3 空洞處理

1)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備:a.現(xiàn)場(chǎng)施工人員配備反光背心，安全帶及安全帽。b.施工前對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行一次全面檢查，如有缺陷，及時(shí)維修、調(diào)整。c.確定區(qū)間內(nèi)施工用水來源及施工用電來源。

2)技術(shù)準(zhǔn)備:a.準(zhǔn)備探桿，進(jìn)一步確定空洞部位的范圍。b.組織施工人員學(xué)習(xí)施工方案和交底，熟悉施工環(huán)境和施工流程，明確在有限時(shí)間內(nèi)施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，避免在施工過程中慌亂。

3)空洞注漿:施工人員分為兩組，每組由一名管理人員帶領(lǐng)工人，分別處理拱頂破損位置和對(duì)其他位置進(jìn)行注漿。a.混凝土厚度未達(dá)到5 cm時(shí)處理方法:首先對(duì)該部位不足5 cm的混凝土進(jìn)行剔鑿，保證周邊結(jié)構(gòu)厚度達(dá)到5 cm以上。處理時(shí)采用將稠度適宜的灌漿料用灰鏟送入拱頂并壓實(shí)的方法進(jìn)行填實(shí)。施工第1天在洞口四角打設(shè)膨脹螺栓，孔深8 cm以上。預(yù)固定自制的弧形鋼模板，如圖6所示。第2天將灌漿料分層灌實(shí)后立即封鋼模板，將膨脹螺栓的螺帽擰緊。一周后拆除弧形鋼模板并修整表面。b.混凝土厚度大于5 cm時(shí)處理方法:調(diào)查時(shí)大部分空洞處混凝土無破損，可打眼進(jìn)行注漿處理。接電后使用電錘在空洞部位打眼，在空洞部位靠下側(cè)處進(jìn)漿孔，拱頂最高處打一排氣孔，之后調(diào)配水泥灌漿料從進(jìn)漿孔處向拱頂空洞注漿，排氣孔處流出漿液后繼續(xù)向排氣孔內(nèi)注漿，壓力達(dá)到設(shè)定值后封閉進(jìn)漿孔和排氣孔。處理完畢后拆除腳手架、清理現(xiàn)場(chǎng)。

圖6 弧形鋼板底模固定示意圖

填實(shí)、注漿工作完成，經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后方可結(jié)束施工。

4 質(zhì)量保證措施

4.1 人、材、機(jī)的控制

1)人員控制主要措施。a.加強(qiáng)思想教育，讓每一位職工都明白本工程的重要性，自覺樹立意識(shí)。b.對(duì)關(guān)鍵工序配備技工和現(xiàn)場(chǎng)分管工程師共同把關(guān)，配備足夠熟練操作工，從控制各環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量上確保工程質(zhì)量。c.嚴(yán)格作息時(shí)間，嚴(yán)格執(zhí)行交接班簽字制度。下道工序施工時(shí)，上道工序留值班人員，加強(qiáng)檢查，通力配合，不留隱患。

2)材料控制主要措施。用于本工程的所有原材料，如鋼筋、水泥、砂石、石子、速凝劑等，均要有出廠合格證和質(zhì)量證明文件，并嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行工地抽檢，合格后方可使用;杜絕不合格材料用于本工程施工。

3)機(jī)械控制主要措施。投入本工程的主要機(jī)械設(shè)備新舊程度均控制在80%以上，對(duì)工程質(zhì)量有直接影響的施工設(shè)備平日里加強(qiáng)保修，使用時(shí)配機(jī)械師值班，隨時(shí)保證其可靠工作。

4.2 安全質(zhì)量保障措施

1)所有施工人員需佩戴安全帽。2)操作人員服從施工及運(yùn)營(yíng)單位的管理，確保區(qū)間內(nèi)人身安全后方可進(jìn)行施工。施工結(jié)束后經(jīng)運(yùn)營(yíng)管理人員確認(rèn)后方可離開。3)高處作業(yè)時(shí)攀登用具的結(jié)構(gòu)構(gòu)造必須牢固可靠，必須配備安全防護(hù)用具。4)如現(xiàn)場(chǎng)管理人員認(rèn)為施工會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)造成隱患立即停止施工并上報(bào)主管領(lǐng)導(dǎo)處理。5)所有材料在進(jìn)場(chǎng)后必須經(jīng)材料員、質(zhì)檢員和監(jiān)理驗(yàn)收合格后方可使用。6)保證施工設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)良好，以達(dá)到注漿處理效果。

5 結(jié)語

隧道空洞的存在是目前我國隧道施工管理水平的真實(shí)反映，要全面消除空洞缺陷尚需施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等方面共同做出努力。在空洞的處理中，要采取檢測(cè)手段對(duì)空洞進(jìn)行檢測(cè)，并分析出其健康狀態(tài)及可能對(duì)隧道的正常使用造成的危害大小，進(jìn)而采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)防和補(bǔ)救措施進(jìn)行處理。隧道空洞危害不容忽視，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其的重視程度，推動(dòng)我國隧道建設(shè)工程的發(fā)展。

［1］董新平.探地雷達(dá)隧道支護(hù)背后空洞檢測(cè)效果影響分析及提高檢測(cè)質(zhì)量的對(duì)策［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009(7)：6.

［2］危紅波.地質(zhì)雷達(dá)在城市路網(wǎng)改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.市政技術(shù)，2012(10)：2.

［3］張 弛.探地雷達(dá)在成都地鐵2號(hào)線盾構(gòu)施工擾動(dòng)帶探測(cè)中的應(yīng)用研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2012.