孫永江

（甘肅公航旅公路養(yǎng)護(hù)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

1.1 公路隧道空洞產(chǎn)生的原因

1.1.1 爆破和初期支護(hù)的問(wèn)題

有些單位為了節(jié)省成本費(fèi)用或貪圖省事，于是在施工道路的過(guò)程中采取了不符合設(shè)計(jì)的方法或沒(méi)有按照規(guī)范的要求進(jìn)行填充，比如在施工過(guò)程中隨意將石塊進(jìn)行填充或?qū)⑵渌愇锶〈炷撂畛?。這樣一方面會(huì)造成隧道出現(xiàn)超挖的情況，另一方面也造成了石頭和石頭之間不緊密，更有甚者則出現(xiàn)了大的空洞，給工程質(zhì)量帶來(lái)一定的隱患。

1.1.2 襯砌混凝土施工中的問(wèn)題

由于第二次的襯砌施工泵送混凝土的流動(dòng)性相對(duì)較大，在重力的作用下襯砌拱頂?shù)姆秶y以到達(dá)，在進(jìn)行第二次襯砌施工后沒(méi)有認(rèn)真仔細(xì)地進(jìn)行超聲波探測(cè)，從而造成了較大的空洞，在探查的過(guò)程中也沒(méi)有及時(shí)對(duì)空洞進(jìn)行回填注漿。

1.1.3 施工材料的質(zhì)量問(wèn)題

有些單位在施工過(guò)程中為了節(jié)省成本，偷工減料，沒(méi)有嚴(yán)格地對(duì)原材料進(jìn)行控制，其主要現(xiàn)象為沙礫過(guò)細(xì)以及水泥用量過(guò)大等，這些現(xiàn)象通常都會(huì)引起混凝土的收縮，繼而產(chǎn)生裂縫等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土下沉脫空，形成巨大的空洞。

1.2 隧道襯砌背后空洞的危害

若襯砌背后有一定的空洞，那么第二次的襯砌混凝土以及圍巖的應(yīng)力狀態(tài)都會(huì)隨之發(fā)生改變，這就造成了襯砌邊緣容易裂開(kāi)，其空洞則是水的通道，若在下雨之際則會(huì)出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象，而水會(huì)沿著裂縫進(jìn)入襯砌從而導(dǎo)致鋼筋被銹蝕等，嚴(yán)重的則會(huì)影響其圍巖的穩(wěn)定性。

2 隧道襯砌背后空洞的檢測(cè)判斷

2.1 地質(zhì)雷達(dá)的檢測(cè)原理

在施工過(guò)程中使用地質(zhì)雷達(dá)的檢測(cè)方法可以檢測(cè)混凝土襯砌背后的空洞以及襯砌厚度的變化、鋼筋的分布等方面。地質(zhì)雷達(dá)是一種利用高頻電磁波技術(shù)探測(cè)低下物體的電子設(shè)備，一般情況下通過(guò)電線拖動(dòng)的方式進(jìn)行掃描圖像，利用雷達(dá)向混凝土發(fā)射高頻電磁波，通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理形成斷面掃描圖，施工人員根據(jù)對(duì)圖像的判讀從而判斷出實(shí)際情況。

2.2 襯砌背后空洞的健康判斷試驗(yàn)分析

2.2.1 試驗(yàn)步驟

先用拱頂襯砌按不同深度空洞試驗(yàn)特征將接觸應(yīng)力以及破壞荷載匯總于表1。襯砌背后不同深度空洞承載力退化關(guān)系如圖1所示。

可以從圖1中看出，結(jié)構(gòu)變形曲線明顯呈S形，下降的曲線分為三個(gè)階段。

第一階段為緩慢退化階段。在緩慢退化階段的過(guò)程中，從隧道的背后空洞延伸至空洞深度為4 mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力在明顯下降，但由于退化的程度較慢，因此退化的速率為0.711 kPa/mm，整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力明顯減少為93%。

表1 拱頂襯砌背后空洞試驗(yàn)特征點(diǎn)接觸應(yīng)力與破壞荷載匯總

圖1 襯砌背后不同深度空洞承載力退化關(guān)系

第二階段為快速退化階段，在這個(gè)階段中從隧道的拱頂背后空洞逐漸加深，隧道承載力也在相應(yīng)下降，因此結(jié)構(gòu)承載能力的退化速率為1.26 kPa/mm。在隧道支護(hù)襯砌背后的空洞達(dá)到20 mm時(shí)，其整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力明顯降低到38.25%。

第三階段為退化完成階段。在退化完成階段的過(guò)程中，其拱頂背后的空洞深度大于22 mm，隨著空洞進(jìn)一步加深，其圍巖之間的承載力沒(méi)有發(fā)生變化。在結(jié)構(gòu)襯砌背后的空洞深度為22 mm時(shí)，所受的承載力基本相同。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中對(duì)空洞健康的判斷

（1）在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力下降時(shí)需要及時(shí)采取支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)手段，不但可以不斷延續(xù)隧道的承載能力，還可保證隧道結(jié)構(gòu)的營(yíng)運(yùn)。

（2）在退化完成階段時(shí)則可認(rèn)定為病危階段，此階段的支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力隨著背后空洞深度的增加而造成不穩(wěn)定現(xiàn)象，帶來(lái)一定的安全隱患。

（3）在緩慢退化階段的過(guò)程中隨著隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力逐漸加深，不會(huì)影響隧道的穩(wěn)定性，此階段為亞健康狀態(tài)。若在此階段中采取有效措施則可將隧道的空洞填滿，達(dá)到隧道整體的承載能力。

（4）在隧道承載能力達(dá)到最大時(shí)可根據(jù)空洞的角度確定隧道的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為健康狀態(tài)。

3 襯砌背后空洞的預(yù)防和處理措施

3.1 預(yù)防措施

（1）在施工之前要進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，爆破設(shè)計(jì)之前則要根據(jù)不同的圍巖類別選擇相適應(yīng)的開(kāi)挖方法，更值得注意的是要根據(jù)地質(zhì)的條件以及開(kāi)挖斷面等材料進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要施工人員做好詳細(xì)的記錄，根據(jù)記錄進(jìn)行觀察和分析，要及時(shí)糾正爆破參數(shù)，不斷減少超欠挖，力求公路隧道的質(zhì)量達(dá)到最好。

（2）施工人員要嚴(yán)格按照鉆爆設(shè)計(jì)標(biāo)出的周邊眼位置，在周邊眼位置上進(jìn)行鉆孔，另外根據(jù)圍巖的類別選擇適宜的裝藥結(jié)構(gòu)，將超欠挖的指標(biāo)盡量控制在規(guī)定范圍中。

（3）若當(dāng)?shù)氐墓坊蛩淼莱霈F(xiàn)了坍塌以及掉塊時(shí)，要及時(shí)噴射混凝土分層回填密實(shí)，做好一定的回填注漿。

3.2 空洞的處理措施

若公路隧道的背后脫空會(huì)引起圍巖的應(yīng)力集中，從而使得襯砌產(chǎn)生一定的彎曲應(yīng)力，將襯砌的功能不斷降低，損傷了襯砌的功能，降低空洞的承載能力。這就需要不斷對(duì)空洞進(jìn)行探測(cè)，加強(qiáng)空洞的探測(cè)以及回填注漿，不斷減少襯砌背后的空洞，才能有效降低空洞病害。

3.2.1 水泥漿液的拌制

水泥漿一般采用專用的設(shè)備進(jìn)行隨拌隨用，對(duì)應(yīng)的設(shè)備配套為儲(chǔ)漿設(shè)備以及注漿設(shè)備，兩者配套使用。

3.2.2 鉆孔注漿

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果，一般采用取芯設(shè)備進(jìn)行鉆孔，其利用注漿管以及溢漿管進(jìn)行注漿。注漿的順序則由低向高。注漿需要施工人員連續(xù)進(jìn)行，注漿的壓力適宜在0.3～0.4 MPa，溢漿孔若出現(xiàn)了水泥漿后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行封閉，其注漿的壓力則需要在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；若出現(xiàn)不進(jìn)漿的情況，則可根據(jù)實(shí)際情況停止注漿，另外其注漿管以及溢漿管都必須用高標(biāo)號(hào)砂漿填塞密實(shí)。若在注漿的過(guò)程中出現(xiàn)了一個(gè)孔眼壓注漿液耗用水泥較多的情況但還未飽滿，這時(shí)可立即暫停壓注，一天后再使用水泥砂漿或者加入棉粉不斷地進(jìn)行壓漿，直至漿液出現(xiàn)飽滿現(xiàn)象為止。壓注水泥漿液的過(guò)程中需要注意其襯砌接處的質(zhì)量，這樣可避免出現(xiàn)大量的漏漿現(xiàn)象。

3.2.3 防水層破損位置處理

不斷地采用膨脹性抗?jié)B混凝土封填進(jìn)行處理，處理完畢后檢查是否嚴(yán)實(shí)再對(duì)其進(jìn)行人工插搗。

3.2.4 填充效果檢查

襯砌背后的注漿完畢后，對(duì)其進(jìn)行雷達(dá)檢測(cè)，檢查是否合格，對(duì)不合格的部分進(jìn)行第二次注漿處理。

3.2.5 粘貼高強(qiáng)度碳纖維布

混凝土養(yǎng)護(hù)完畢后，在空洞處理段隧道環(huán)向范圍內(nèi)襯砌表面粘貼高強(qiáng)度碳纖維布，碳纖維布環(huán)縱向超出空洞處理范圍1 m，確保粘貼質(zhì)量和耐久性。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，我國(guó)的發(fā)展離不開(kāi)公路隧道的建設(shè)，就目前的情況來(lái)看，隧道空洞的建設(shè)真實(shí)反映了施工管理的水平，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里仍然需要施工人員的共同努力。尤其是在空洞的處理上，需要采取先進(jìn)的檢測(cè)手段對(duì)其進(jìn)行探測(cè)，分析隧道的健康狀態(tài)，對(duì)以上產(chǎn)生的問(wèn)題及時(shí)采取一定的補(bǔ)救措施。隧道空洞的危害需要人人監(jiān)督，加強(qiáng)重視程度，不斷促進(jìn)公路隧道的建設(shè)發(fā)展。

[1]張頂立，張素磊，房倩，等.鐵路運(yùn)營(yíng)隧道襯砌背后接觸狀態(tài)及其分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（2）：217-224.

[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)，2012，5（10）：2.

[3]陳國(guó)清.鐵路工程施工質(zhì)量通病防治手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007：67-68.