隧道二次襯砌空洞病害分析與整治

沈 冰 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司工務(wù)部

1 設(shè)備概況

滬昆線K314+294 #14 隧道（義烏左線隧道）位于義烏普速場-義烏西區(qū)間，隧道全長3 592 m，采用曲墻式復(fù)合襯砌，于2006 年建成。隧道內(nèi)線路為滬昆下行線，直線加曲線，坡度為3‰～6.3‰，鋼筋混凝土軌枕，碎石道床，雙側(cè)排水溝，電氣化區(qū)段。隧道屬低山地貌，地形起伏較大，沖溝發(fā)育，地表橫坡大，坡面植被茂密，地面高程75 m～370 m，相對高程約50 m～300 m。進(jìn)口端地形較緩，覆土較厚，出口縱坡較陡，坡嶺荒蕪。隧道區(qū)內(nèi)地表水較發(fā)育，經(jīng)取樣測試，水質(zhì)為HCO3-·Cl--Na+·Ca2+型水，對砼有弱～中等溶出型侵蝕性。無不良地質(zhì)及特殊巖土（滬昆線#14 隧道見圖1）。

圖1 滬昆線#14 隧道（左側(cè)）

隧道分布地層主要有：上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+pl）、坡殘積層（Q4dl+el）及坡積層（Q4dl）：侏羅系上統(tǒng)勞村組下段（J3I1）、下段（J3I2）等底層。

2 隧道病害

工區(qū)在進(jìn)行隧道周期性檢查時發(fā)現(xiàn)，滬昆線#14 隧道2 790 m 處（隧道內(nèi)5 m 標(biāo)），行車方向右側(cè)拱頂有疑似掉塊，手電照射后陰影面較厚，存在掉落危急行車安全隱患。

隨后工區(qū)對滬昆線#14 隧道2 790 m 處拱頂進(jìn)行敲擊檢查，現(xiàn)場利用敲擊桿敲擊后，露出防水布，周圍無滲水現(xiàn)象，敲落砼板厚2 cm～5 cm，面積0.5 m2左右，砼層仍有分層現(xiàn)象（空響面積約 5 m2，長 5 m，寬 0.8 m-1.2 m）（2 790 m 處敲擊后病害情況見圖2）。

圖2 2 790 m 處敲擊后

同時檢查還發(fā)現(xiàn)滬昆線#14 隧道2 150 m 處拱頂襯砌空洞 0.8 m（深度）×3 m（環(huán)向），砼最薄處 3 cm（2 150 m 處空洞病害情況見圖3）。

圖3 2 150 m 處空洞

鑒于上述情況，工務(wù)段立即聘請第三方檢測單位對隧道拱頂進(jìn)行無損檢測，

具體檢測結(jié)果如下：

（1）根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)對滬昆線#14 隧道拱部襯砌的檢測圖像，得到了測線區(qū)域襯砌厚度，該隧道二次襯砌厚度除個別病害處小于設(shè)計厚度外，其它區(qū)域二襯厚度滿足設(shè)計要求。

（2）襯砌背后空洞、不密實共154 處，病害測線長度共781.3 m，占測線總長度的7.25%。

（3）對義烏左線隧道鋼筋、拱架布置進(jìn)行檢測，雷達(dá)檢測結(jié)果：鋼筋、拱架布置符合設(shè)計要求。

根據(jù)此結(jié)果，評定滬昆線#14 隧道襯砌安全等級為嚴(yán)重A1 級，該隧道嚴(yán)重危及行車安全。其中有9 處襯砌厚度偏薄的空洞應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行加固（見表1）。

表1 襯砌厚度偏薄空洞表

3 病害分析

形成上述問題的可能性很多，首先是水泥的類型與型號。礦渣水泥、低熱水泥、快硬水泥等收縮性較強(qiáng)，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較弱。水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。第二，骨料品種。石英、石灰?guī)r、花崗巖等材料吸水性較小、收縮性較低。砂巖、板巖等吸水性較強(qiáng)、收縮性較高。另外骨料的密度也對收縮性很重要。第三，用水量。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮性越高。第四，施工過程。機(jī)械振搗的過程也很重要。振搗的時間太短，振搗不密實，形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻；時間太長，造成分層都會使密度不均勻，易發(fā)生收縮裂縫。第五，混凝土澆筑期間技術(shù)措施不當(dāng)。由于泵送壓力不足或混凝土流動性不足，泵送口角度不合理，防水層松鋪長度不足，封口不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻拿摽?，是混凝土澆筑期間形成空洞的主要原因。第六，設(shè)計問題。一是設(shè)計初對于地形與地質(zhì)的調(diào)研不夠，直接造成了空洞。二是對隧道洞承重壓力的計算方式方法不對，或是誤差太大。三是對于地表條件考慮不準(zhǔn)，深埋與淺埋劃分不清。第七，隧道運(yùn)營過程中形成空洞的原因。一是襯砌材料老化劣化，由于使用時間的問題，材料的老化劣化不可避免；二是保養(yǎng)維修的不及時；三是道運(yùn)營過程中，襯砌背后回填物中可能存在松散土體或易腐蝕分解的材料。

但根據(jù)現(xiàn)場情況，空洞范圍較大，最大可能為泵送壓力不足或混凝土流動性不足造成脫空。二次襯砌采用混凝土泵通過輸送管壓入模板，因任何原因造成的輸送泵壓力不足都會導(dǎo)致模板內(nèi)混凝土壓力不足而不能充分灌滿模板，尤其是距離泵送孔較遠(yuǎn)的位置?；炷亮鲃拥膭恿碜暂斔捅?，阻力包括：輸送管對混凝土的粘滯力和摩阻力、將混凝土提升到拱頂位置的勢能損失、泵送口處的局部損失，以及模板和襯砌鋼筋對混凝土的粘滯力合摩阻力等。襯砌鋼筋對混凝土的阻力不可忽視，在許多工程中都存在有鋼筋區(qū)段比無鋼筋區(qū)段襯砌空洞更多、更大的現(xiàn)象。

4 整治措施

針對上述問題，經(jīng)過認(rèn)真討論研究，并參考其他單位對此類問題的處理方法，最終決定采用自密實混凝土輔助以鋼筋骨架對空洞進(jìn)行修補(bǔ)（見圖4）。

圖4 襯砌空洞整治圖

4.1 清除松散混凝土

在空洞范圍內(nèi)，將小于20 cm 的松散層全部鑿除，鑿除完畢后用切割機(jī)修整周邊，成為規(guī)則的形狀，最后將砼表面清洗干凈，除去浮灰等不利于粘結(jié)的物質(zhì)。

4.2 鉆孔植筋

在凹槽周圍鉆孔，鉆孔分上下兩層，層間距20 cm，每層鉆孔間距25 cm，孔徑φ14 mm，然后采用植筋膠植筋，植筋采用直徑φ12 mm 鋼筋，錨固深度控制在20 cm 外露長度30 cm，搭接時接頭錯開搭接，以便于搭接。

4.3 掛設(shè)鋼筋網(wǎng)

在修補(bǔ)位置至少增加1 倍鋼筋，網(wǎng)片采用φ12 mm 鋼筋，網(wǎng)格間距25 cm，箍筋采用φ10 mm 鋼筋，網(wǎng)片鋼筋于錨固筋之間采用焊接方式連接牢固，焊縫長度不得小于5 cm。

4.4 模板安裝

在凹槽外圍10 cm 處鉆孔設(shè)置錨固筋，鉆孔直徑φ20 mm，孔深20 cm，采用φ18 鋼筋或絲桿進(jìn)行錨固；將混凝土面沖洗干凈后，安裝模板及泵送混凝土注漿管，并利用錨固筋進(jìn)行固定，最后利用玻璃膠將模板四周縫隙進(jìn)行堵塞。

4.5 隱蔽前檢驗

待準(zhǔn)備工作做好之后，由施工方進(jìn)行自檢，自檢合格后報設(shè)備管理單位進(jìn)行檢查驗收；檢查驗收合格后，方可進(jìn)行注漿施工。

4.6 灌注混凝土

用C45 自密實混凝土對空腔進(jìn)行填充，自密實混凝土里面加微膨脹劑（型號：KL-16），注漿一次性完成，不得任意停泵，以防堵塞管路。注漿前計算好所需混凝土量，包括混凝土輸送管里面的量，以防注漿不飽滿。

4.7 封閉處理

注漿完成后封閉注漿孔口，割除外漏鋼筋并對施工縫處采用環(huán)氧樹脂涂刷進(jìn)行封閉處理。拆模后及時涂刷外養(yǎng)護(hù)液對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.8 效果檢查及注漿

注漿結(jié)束72 h 后，拆除模板并對注漿處再次打孔驗證。若未注漿飽滿，再次注漿。

4.9 后期處理

混凝土表面處理待砼修補(bǔ)完成后3 d 以上，再對表面進(jìn)行色差處理，采用黑白水泥進(jìn)行試拌，確認(rèn)顏色后對砼表面進(jìn)行色差處理，保證修補(bǔ)砼和原有砼的基本色澤一致。

5 結(jié)束語

在高鐵事業(yè)飛速發(fā)展的今天，高鐵的建設(shè)與運(yùn)行水平甚至成為了國家名片。對于鐵路工程來說，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的安全決定了人們的出行安全，隧道工程作為鐵路工程的重要組成部分，其安全性與穩(wěn)定性更是重中之重。及時發(fā)現(xiàn)和整治隧道襯砌空洞病害是所有鐵路工務(wù)工作者的目標(biāo)，要把及早發(fā)現(xiàn)和整治隧道隱患，進(jìn)一步提高基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性，在養(yǎng)護(hù)保養(yǎng)以及管理方面還有大量的工作要做。