林小輝

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司， 福建 福州 350001）

0 引言

福建某高速公路業(yè)主委托檢測公司對所在項目隧道進(jìn)行二次襯砌（下文簡稱二襯）空洞和厚度檢測，采用地質(zhì)雷達(dá)檢測3 條測線，共計檢測21192m 測線長，合格率96.8%，其中小于二襯厚度1/2 的空洞有15 處之多，無法滿足規(guī)范要求。隧道二襯背后脫空現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，已成為困擾隧道施工的一道難題，且二襯背后脫空病害隱蔽性強，在隧道各類病害中占比極大，危害也大，加上后期整治困難，影響行車安全，因此，針對公路隧道二襯脫空進(jìn)行原因分析并采取相應(yīng)的防治措施就顯得尤為重要。

1 隧道二次襯砌脫空原因分析

公路隧道二襯混凝土的澆筑受到施工人員、技術(shù)水平、二襯臺車加工及混凝土性能等各方面因素影響，易在襯砌與圍巖間形成空洞或空隙，進(jìn)而改變襯砌的受力結(jié)構(gòu)，大大削弱其支護(hù)強度，最終可能影響到公路的行車安全。隧道二襯脫空主要有以下幾個因素：

（1）初支不到位引起的脫空。隧道開挖光爆效果差，局部超挖嚴(yán)重，為減少噴射混凝土數(shù)量，人為采用支擋或填塞雜物等方法，造成初支空洞，最終導(dǎo)致二襯混凝土背后脫空。此類人為故意造成的初支空洞多見于早期施工的隧道，鑒于目前隧道檢測手段愈發(fā)先進(jìn)，此類因素造成的背后脫空現(xiàn)象反而較為少見。

（2）防水板掛設(shè)不到位引起的脫空。隧道初支面不平順時，若防水板掛設(shè)的松弛度不夠，將導(dǎo)致防水板與初支不密貼，在防水板背后形成空腔；若防水板掛設(shè)的太松，在澆筑二襯混凝土?xí)r可能因混凝土的推擠形成褶皺，在褶皺處留下空隙，導(dǎo)致二襯脫空。初支較平順時，若防水板背后的固定點數(shù)不足，在二襯混凝土澆筑時受沖擊，也可能導(dǎo)致防水板脫落，造成二襯拱頂脫空。

（3）二襯臺車及模板引起的脫空。二襯臺車底座支撐不到位，在二襯混凝土澆筑中或澆筑后出現(xiàn)變形下沉，造成拱部空洞；二襯端頭模板拼接不密實、不到位，出現(xiàn)漏漿、跑模現(xiàn)象，混凝土在初凝前因自重下沉導(dǎo)致二襯脫空。

（4）二襯混凝土澆筑引起的脫空。二襯混凝土澆筑時因臺車布料孔設(shè)置不均勻，導(dǎo)致布料不均，振搗不密實，澆筑后在附著式振動器振動時混凝土下沉進(jìn)而引起拱部脫空；下坡段二襯施工時，由于預(yù)留通氣孔堵塞，澆筑段與上循環(huán)之間在拱部形成空氣囊造成二襯背后空洞；二襯沖頂時混凝土供應(yīng)不及時、和易性差或者振搗不到位，均可能形成二襯局部空洞。

（5）拱頂預(yù)埋注漿管埋設(shè)不到位或者澆筑時堵塞，導(dǎo)致拱頂回填注漿未施作到位。傳統(tǒng)的拱頂注漿工藝，在二襯強度達(dá)到設(shè)計強度后進(jìn)行拱頂注漿，注漿管一旦堵塞，就可能造成無法對二襯拱頂處的空洞進(jìn)行有效修補，最終在二襯拱頂處留下空洞。

（6）其它原因造成二襯背后空洞。比如二襯混凝土硬化過程發(fā)生化學(xué)反應(yīng)收縮變形，人為經(jīng)驗判斷或二襯混凝土方量計算失誤等均可能引發(fā)缺陷。

（7）部分隧道不同部位襯砌脫空分布情況如圖1 所示。

圖1 部分隧道不同部位襯砌脫空分布示意圖

2 隧道二襯脫空誘發(fā)病害

隧道二襯脫空誘發(fā)病害絕大部分是因脫空導(dǎo)致二襯厚度不足所引起的。一方面二襯脫空影響隧道結(jié)構(gòu)受力，嚴(yán)重時在早期出現(xiàn)隧道二襯混凝土表面開裂，影響后期安全運營。另一方面，二襯背后空洞也間接影響隧道使用壽命。在福建省沿海地區(qū)一通車高速公路隧道，曾發(fā)生拱頂二襯混凝土掉塊現(xiàn)象，險些釀成事故，最后調(diào)查原因，就是二襯背后脫空導(dǎo)致二襯厚度嚴(yán)重不足引起的。

3 隧道二襯脫空防治措施

（1）加強隧道光爆及初支控制。從源頭上入手，做好隧道開挖施工，嚴(yán)格按照設(shè)計要求及爆破方案控制炮眼間距，避免嚴(yán)重的超欠挖發(fā)生；同時，加強隧道初支質(zhì)量控制，對局部超欠挖部位進(jìn)行整修，做到初支表面平順；建議采用先進(jìn)的設(shè)備，如隧道多臂鑿巖臺車（圖2）、濕噴機械手（圖3）等，提高隧道整體光爆及初支效果；最后，在澆筑二襯前對初支進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)空洞情況提前進(jìn)行整改，可有效減少因初支不到位導(dǎo)致的二襯背后脫空。

圖2 多臂鑿巖臺車

圖3 濕噴機械手

（2）規(guī)范防水板掛設(shè)施工。防水板掛設(shè)前應(yīng)對初支面進(jìn)行檢查，初支表面平整度應(yīng)滿足規(guī)范要求，初支表面外露的錨桿頭要切除，并采用水泥砂漿抹平，避免防水板被錨桿頭刺破；防水板掛設(shè)時，要盡量做到防水板與初支面密貼，且不能留有太多余量，采用熱熔焊接時，檢查焊接點數(shù)量及間距是否滿足設(shè)計要求，做好鋪設(shè)的松弛度控制，可以用手將防水板壓向巖面，簡單測試松弛度是否適宜，要保證防水板掛設(shè)牢靠穩(wěn)固，避免澆筑時受混凝土推擠造成脫落，造成拱頂脫空。

（3）加固臺車及模板。兩車道二襯臺車鋼板厚應(yīng)不小于10mm，三車道隧道二襯臺車鋼板厚應(yīng)不小于12mm，確保面板的剛度能夠滿足要求；臺車模板應(yīng)與混凝土有適當(dāng)?shù)拇罱?，撐開就位后檢查臺車各節(jié)點連接是否牢固，有無錯動移位情況，模板是否翹曲或扭動，位置是否準(zhǔn)確，底座支撐要確保牢靠；封端模板拼接前應(yīng)按現(xiàn)場實際需要加工，確保模板間拼接密貼、加固牢靠；同時，封端模板頂部宜留有觀察小窗口，以觀察封頂混凝土情況。

（4）強化二襯混凝土施工控制。嚴(yán)格落實逐窗澆筑工藝要求，在二襯臺車每個窗口間設(shè)置一臺附著式振搗器，混凝土邊入模邊振搗，每次入模時，混凝土應(yīng)振搗密實；各預(yù)留孔洞應(yīng)封堵到位，拱部澆筑前預(yù)留通氣溢漿孔，注意避免堵塞，防止下坡施工時，澆筑段與上循環(huán)之間形成空氣囊；澆筑二襯拱部混凝土?xí)r，要適當(dāng)調(diào)整水灰比，根據(jù)施工經(jīng)驗，將塌落度控制在180-200mm 為宜，同時，要確?；炷吝B續(xù)供應(yīng)且具有良好的和易性。

（5）采用帶模注漿工藝。通過在隧道拱頂貼緊防水板處安裝縱向注漿花管，由鍍鋅鋼管引出拱頂二襯外，待二襯混凝土澆筑完成4-6 小時后進(jìn)行帶模注漿，注漿過程應(yīng)以壓力表和端模出漿情況作為注漿雙控標(biāo)準(zhǔn)，臺車處壓力表超過1MPa或端模漏出的漿液與制漿機中一致時，判定該孔注漿完成。與傳統(tǒng)拱頂注漿工藝相比，該工藝在二襯混凝土初凝前完成，因此注漿材料與二襯混凝土之間結(jié)合較緊密，對襯砌無損傷，且不影響二襯外觀，能夠較好的消除二襯背后脫空現(xiàn)象的發(fā)生。

（6）設(shè)置拱頂防空洞報警裝置。針對拱頂二襯脫空高發(fā)的現(xiàn)狀，在二襯立模時，設(shè)置拱頂防空洞報警裝置。其工作原理如下（圖4）：隧道二襯三通管液位繼電器防空洞報警裝置采用三通管液位繼電器法，通過在隧道二襯臺車預(yù)留溢漿孔位置安裝三通管液位繼電器裝置，當(dāng)拱頂混凝土澆筑上升到接觸點后，電纜線導(dǎo)電，繼電器裝置會發(fā)出聲光報警提示作業(yè)人員，再通過觀察三通管溢漿情況，綜合判斷二襯拱頂澆筑密實情況，可以有效減少隧道二襯拱頂脫空的發(fā)生，是過程控制的有力保障措施之一。

（7）利用信息化管理技術(shù)預(yù)防二襯背后空洞。主要利用信息傳遞方式直觀監(jiān)測襯砌混凝土澆筑密實情況，該系統(tǒng)包含一個本地可視化的采集終端以及固定在隧道頂端用于檢測注漿的傳感器。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對隧道二襯混凝土飽滿情況的安全監(jiān)管，將隧道安全質(zhì)量管控數(shù)字化、智能化，達(dá)到防止二襯混凝土背后出現(xiàn)空洞的目的。

4 結(jié)語

加強隧道施工過程管控，采用新設(shè)備、新工藝，在施工期間確保公路隧道二襯施工質(zhì)量，消除二襯脫空現(xiàn)象是此類病害防治的根本之策。

圖4 三通管液位繼電器防空洞報警裝置原理圖