摘要 隨著我國隧道工程快速發(fā)展，各種隧道工程的建設(shè)為我國隧道理論的發(fā)展、完善提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。其中隧道脫空是導(dǎo)致隧道產(chǎn)生多種形式病害的原因之一。文章以成蘭鐵路工程為研究背景，針對(duì)襯砌脫空形成的主要原因，對(duì)形成空洞較大、襯砌有效厚度不足部位采用拆換處理方案，使隧道襯砌脫空得以及時(shí)處理，降低二次襯砌結(jié)構(gòu)受拉破壞的可能性，確保了隧道二次襯砌質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 襯砌脫空；病害；防排水；二襯質(zhì)量

中圖分類號(hào) U457.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0097-03

0 引言

隨著國家鐵路網(wǎng)的發(fā)展與規(guī)劃，鐵路建設(shè)中的隧道施工技術(shù)日漸成熟。在山大溝深的川渝地區(qū)，隧道在線路中占的比例越來越高，隧道施工質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格、規(guī)范。工程實(shí)踐表明，隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量缺陷比較突出。二次襯砌的質(zhì)量缺陷可分為一般缺陷和嚴(yán)重缺陷，其中隧道施工中的襯砌脫空缺陷屬于嚴(yán)重缺陷。由于襯砌脫空引發(fā)的安全隱患大，處理措施復(fù)雜，且成本高，對(duì)鐵路的運(yùn)營造成極大的安全影響。該文將對(duì)隧道襯砌脫空產(chǎn)生的原因及處理措施進(jìn)行總結(jié)分析，并以成蘭鐵路松潘隧道為例，總結(jié)隧道襯砌脫空形成的原因并提出相應(yīng)處理措施。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

松潘隧道D3K240+996.3～999.2段巖性為炭質(zhì)板巖夾板巖（T3X），圍巖級(jí)別V級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)開挖揭示圍巖呈灰黑色，薄層狀結(jié)構(gòu)，局部夾方解石巖脈，巖質(zhì)較軟，局部層理扭曲，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，遇水易軟化，易風(fēng)化剝落，掌子面及拱頂易掉塊，圍巖整體穩(wěn)定性差，因此將D3K240+996.3～999.2和D3K247+631.5～636兩段由原設(shè)計(jì)V級(jí)復(fù)合調(diào)整為中等大變形施工[1]。

1.2 襯砌脫空情況

經(jīng)第三方檢測(cè)單位對(duì)松潘隧道D3K240+996.3～999.2段進(jìn)行隧道無損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，DK240+996.3～999.2脫空，設(shè)計(jì)厚度55 cm，二襯厚度26～50 cm（最小值、最大值），脫空高度20～30 cm；D3K247+631.5～636脫空，設(shè)計(jì)厚度55 cm，二襯厚度15～50 cm（最小值，最大值），脫空高度20～35 cm。

該結(jié)論報(bào)告后，松潘隧道斜井架子隊(duì)組織技術(shù)人員對(duì)D3K240+996.3～999.2、D3K247+631.5～636拱頂脫空進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果如下：

1.2.1 D3K240+996.3～999.2段拱頂脫空驗(yàn)證情況

該段二襯厚度最薄處28 cm，脫空高度20～30 cm，脫空位置為防水板內(nèi)側(cè)，脫空范圍約為4.6 m（環(huán)向）×3.1 m（縱向），詳見圖1。

1.2.2 D3K247+631.5～636段拱頂脫空驗(yàn)證情況

二襯厚度最薄處25 cm，脫空高度20～35 cm，脫空位置為防水板內(nèi)側(cè)，脫空范圍約為6.2 m（環(huán)向）×4.5 m（縱向），詳見圖2。

2 襯砌脫空原因分析

（1）最主要原因是襯砌拱部混凝土澆筑過程未嚴(yán)格按照襯砌臺(tái)車預(yù)留的泵送孔逐孔灌注，只從中間孔進(jìn)行灌注，因隧道線路上設(shè)計(jì)存在一定坡度，造成上坡端混凝土泵送不完全密實(shí)，加之襯砌鋼筋布置較密，混凝土的流動(dòng)性降低，形成局部堆積，造成空洞。

（2）沖頂混凝土澆筑過程緩慢，封頂時(shí)由于輸送泵堵管造成混凝土澆筑過程中斷約1 h?；炷恋竭_(dá)現(xiàn)場(chǎng)后等待時(shí)間過長(zhǎng)，坍落度損失過大導(dǎo)致泵送時(shí)流動(dòng)性變差，澆筑過程中未加強(qiáng)振搗，出現(xiàn)沖頂時(shí)拱部最高點(diǎn)混凝土堆積堵塞引起局部脫空欠厚[2]。

（3）襯砌混凝土澆筑過程中，作業(yè)人員振搗頻率、時(shí)長(zhǎng)未認(rèn)真按照技術(shù)交底執(zhí)行，責(zé)任心不強(qiáng)，未認(rèn)真觀察混凝土是否振搗密實(shí)造成空洞。

（4）現(xiàn)場(chǎng)管理人員責(zé)任心不夠，對(duì)襯砌混凝土澆筑作業(yè)過程監(jiān)控不到位，尤其澆筑封頂混凝土?xí)r未及時(shí)與攪拌站、實(shí)驗(yàn)室相關(guān)部門及時(shí)有效溝通。在澆筑現(xiàn)場(chǎng)未認(rèn)真觀測(cè)拱部混凝土是否澆筑飽滿而導(dǎo)致拱部混凝土未澆筑到設(shè)計(jì)厚度而引起混凝土局部脫空。

3 襯砌脫空拆換處理措施及注意事項(xiàng)

襯砌拆換處理流程大致分為10個(gè)步驟，具體詳見圖3。

3.1 襯砌處理措施

（1）襯砌拆換范圍為拱部140°范圍內(nèi)。

（2）結(jié)合松潘隧道質(zhì)量缺陷整治圖紙，對(duì)襯砌脫空范圍混凝土鑿除，拆除混凝土?xí)r開槽形式為倒梯形，如圖例4、5所示。

（3）如有破壞防水板及土工布，須重新按照缺陷整治圖紙及規(guī)范要求與原防水板、無紡布連接。

（4）按照缺陷整治圖恢復(fù)襯砌鋼筋布置，拆除范圍內(nèi)預(yù)留環(huán)向主筋并預(yù)留長(zhǎng)度為40 d、108 d主筋交叉布置，以便和拆換主筋綁扎連接。

（5）對(duì)鑿除范圍周邊混凝土進(jìn)行鑿毛，并采用高壓水沖洗干凈，保證新舊混凝土之間連接良好。

（6）新舊混凝土接縫處設(shè)置遇水膨脹止水條，寬2 cm，用來改善防水性能。

（7）搭設(shè)滿堂式Ф48×3.5 mm管扣式支架體系，加固牢靠。

（8）混凝土采用泵送形式進(jìn)行灌注，混凝土采用C40自密實(shí)混凝土。配合比如表1所示。

（9）在澆筑段頂部預(yù)留不少于兩根Ф50 mm注漿波紋管，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后對(duì)背后進(jìn)行注漿回填密實(shí)，確保二襯與圍巖密貼，注漿材料采用M20水泥砂漿。

（10）對(duì)重新澆筑混凝土加強(qiáng)灑水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土施工質(zhì)量。

（11）組織檢測(cè)單位對(duì)該段二襯進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)處理是否達(dá)到要求[3]。

3.2 拆換注意事項(xiàng)

（1）為減少對(duì)周邊襯砌的擾動(dòng)，拆換部位混凝土采用人工自拱頂向兩側(cè)逐漸鑿除，縱向每環(huán)拆除長(zhǎng)度小于1 m。

（2）拆除部位縱向間隔2 m布置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)位，每天監(jiān)測(cè)2次，監(jiān)測(cè)拆換范圍內(nèi)其他部位是否受到擾動(dòng)，如變形量達(dá)到預(yù)警值時(shí)，應(yīng)暫停拆換作業(yè)，及時(shí)對(duì)未拆換部位縱向每米采取全環(huán)WH175型鋼支護(hù)[4]。

（3）拆換整治過程中配備專職安全員，全過程中監(jiān)督旁站。拆換作業(yè)中臺(tái)架四周設(shè)置警示標(biāo)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員和非作業(yè)人員的管理，限制無關(guān)人員在作業(yè)區(qū)逗留。

4 支架驗(yàn)算

隧道襯砌拱部脫空處最大高度8.15 m，擬采用滿堂式Ф48×3.5 mm管扣式支架作為模板支架的基本構(gòu)件。立桿橫距為60 cm、縱距為90 cm；所有橫桿布局均為1.2 m。滿堂支架頂采用Ф48×3.5 mm鋼管單層布置，鋼管上鋪設(shè)縱向木方，縱向木方采用5×10 cm木方單層按間距15 cm布置，縱向方木上鋪設(shè)15 mm厚竹膠板[5]。

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用允許應(yīng)力法，地基因架設(shè)在鋼筋混凝土底板上，不存在強(qiáng)度不足及沉降現(xiàn)象，故不另行計(jì)算，具體參數(shù)如表2所示。

4.1 荷載計(jì)算

4.1.1 荷載分析

鋼筋混凝土自重屬均布荷載，直接作用于底模及側(cè)模，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，模板支架各部分自重荷載為：

（1）鋼筋混凝土自重：q1=24×1.2×0.7=20.16 kN/m2

（2）竹膠板底模自重（板厚1.5 cm，容重7.5 kN/m3）：q2=0.015×7.5=0.113 kN/m2

（3）縱向木方（5×10 cm@15 cm）：q3=（1/0.15）×0.05×0.1×7.5=0.25 kN/m2

（4）鋼管支架體系自重。①單根鋼管自重。按8 m的支架高度計(jì)算鋼管自重荷載（含配件、剪刀撐及水平拉桿等），?48×3.5 mm鋼管單位重為3.84 kg/m，加配件乘以系數(shù)2.0，則立桿自重平均分配到底層的荷載為：G=8 m×3.84 kg/m×2×9.8 N/1 000=0.602 kN/根。②鋼管支架體系自重。根據(jù)支架設(shè)計(jì)，支架為橫向間距0.6 m，縱向間距0.9 m，平均每1 m2布置了1.852根鋼管，則支架體系自重為：q4=0.602×1.852=1.114 kN/m2。

4.1.2 荷載組合

（1）立桿承受荷載：q立桿=q1+q振搗+q臨時(shí)=20.16+2+

2.4=24.56 kN/m2

（2）立桿對(duì)地基產(chǎn)生的荷載：q地基=q立桿+q4=24.56

+1.114=25.674 kN/m2

4.2 滿堂腳手架結(jié)構(gòu)立桿驗(yàn)算

4.2.1 立桿豎向荷載計(jì)算

對(duì)接立桿的容許荷載[N容]=30 kN/m2。

立桿底部承受總豎向荷載：N=0.9×0.6×25.674 kN/m2

=13.86 kN＜[N容]=30 kN/m2。結(jié)論：?jiǎn)胃U承受荷載滿足容許荷載要求。

4.2.2 立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算具體參數(shù)詳見表3。

則立桿的穩(wěn)定性按下列公式計(jì)算：

σ=1.4×N/（φ×A）=1.4×13.86×1 000/（0.715×4.89×10?4）/106

=55.5 MPa＜[σ容許]=205 MPa

結(jié)論：支架立桿的穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)語

在隧道襯砌脫空問題處理上，通過TLD-2600探地雷達(dá)檢測(cè)隧道二襯，發(fā)現(xiàn)襯砌澆筑后形成的較大范圍脫空或襯砌脫空厚度不能滿足注漿條件的，采取拱部140°范圍進(jìn)行襯砌拆換處理分析驗(yàn)證，能夠保證隧道二次襯砌施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，使其隧道襯砌脫空缺陷得到有效治理，為隧道施工遇到此類缺陷提供參考。

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