隧道二襯脫空處治工法研究

劉天平

（龍巖市高速公路建設(shè)指揮部，龍巖 364000）

1 工程概況

隧道起迄樁號(hào)右洞YK22+045～YK24+660，長(zhǎng)2615.0 m；左洞ZK22+039～ZK24+692，長(zhǎng)2653.0 m；左右洞平均長(zhǎng)2634.0 m， 采用分離式雙洞布置，屬長(zhǎng)隧道； 隧道右洞進(jìn)出口分別處于半徑為1113 m和2600 m 的平曲線上，洞身處于直線上，隧道左洞進(jìn)出口分別處于半徑為1000 m 和3800 m 的平曲線上；右洞縱坡為+0.50%、-1.60%，左洞縱坡為+0.50%、-1.60%。

2 隧道二襯抽檢情況

經(jīng)第三方檢測(cè)公司對(duì)隧道二次襯砌質(zhì)量無損檢測(cè)與檢查， 發(fā)現(xiàn)部分段落二襯拱頂存在脫空、厚度不足等質(zhì)量問題。 針對(duì)這些問題，現(xiàn)場(chǎng)采用鉆孔的方式進(jìn)一步核查驗(yàn)證，結(jié)果表明，無損檢測(cè)結(jié)果基本準(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)的問題是客觀存在的，具體核查結(jié)果如表1 所示：

表1 拱頂處二襯厚度核查結(jié)果

3 二襯脫空原因分析

核查結(jié)果表明，實(shí)測(cè)二襯厚度與檢測(cè)結(jié)果基本吻合，部分段落二襯厚度嚴(yán)重不足，存在拱頂脫空現(xiàn)象，二襯距初支面厚度均滿足設(shè)計(jì)要求，排除了開挖輪廓不足的影響，明確了二襯厚度不足是由脫空造成的，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員查閱相關(guān)資料并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從施工工藝控制角度分析，認(rèn)為可能存在以下幾方面原因[1]：

（1）Ⅲ級(jí)圍巖光面爆破效果不佳，巖面平整度差且未采用噴射混凝土補(bǔ)平， 局部存在較深的凹坑，防水板掛設(shè)后形成空腔，因防水板松弛度所限，在混凝土澆筑后形成空洞。

（2）防水板（含土工布）掛設(shè)時(shí)未預(yù)留足夠的松弛度或固定不牢產(chǎn)生下滑，導(dǎo)致混凝土澆筑至拱頂時(shí)防水板呈緊繃狀態(tài)，不能與初支表面密貼，造成二襯脫空。

（3）拱部混凝土澆筑時(shí)，未使用全部預(yù)留灌筑孔，僅使用一個(gè)灌筑孔全段灌筑，由于泵送壓力不足，致使拱頂位置澆筑不到位，造成脫空。

（4）臺(tái)車就位前，拱頂未設(shè)排氣孔，僅設(shè)置注漿孔，澆筑混凝土?xí)r一直使用中間或堵頭板附近灌注孔澆筑，在新舊混凝土交接處形成密閉空腔，氣壓加大，致使混凝土泵送壓力相對(duì)不足，進(jìn)而造成二襯脫空。

（5）二襯位于下坡段時(shí)，堵頭板處拱頂標(biāo)高低于尾部拱頂處標(biāo)高， 當(dāng)堵頭板處混凝土澆滿時(shí)，尾部卻未澆滿，此時(shí)根據(jù)拱頂堵頭板處澆筑狀態(tài)誤判為全部拱頂混凝土已澆滿而停止?jié)仓?，造成尾部拱頂脫空?/p>

（6）混凝土澆筑過程中振搗不密實(shí)，內(nèi)部存在氣孔、空洞，上部混凝土澆筑完成后在自重作用下下沉，在拱頂形成脫空。

（7）端頭模板拼接不密實(shí)，混凝土澆筑完成后等強(qiáng)過程中漏漿、跑漿，使拱部混凝土下落，形成空洞。

（8）混凝土澆筑完成后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員拆除混凝土輸送管時(shí)， 混凝土尚未初凝隨管掉落形成漏斗，造成襯砌脫空。

4 二襯脫空治理措施

為解決二襯拱頂脫空及厚度不足的問題，通過討論研究，認(rèn)為在隧道二襯整治過程中，做好二襯混凝土澆筑密實(shí)度監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵[2]。 為此，現(xiàn)場(chǎng)開展了液位繼電器法和三通管法的研究和試驗(yàn)。

4.1 液位繼電器聲光報(bào)警法

該方法的原理是在拱頂設(shè)置遇水導(dǎo)電材料，混凝土上升到接觸點(diǎn)位置后，通電聲光報(bào)警提示澆筑完成。 在12 m 襯砌模板臺(tái)車拱頂處，沿隧道縱向按4 m 間距均勻設(shè)置4 組液位繼電器防空洞裝置，線路出口中間借助帶模注漿平排氣口設(shè)置，兩端從端頭接出，并與固定線路連接。 當(dāng)襯砌混凝土澆筑至拱頂最高點(diǎn)時(shí)，混凝土為帶水導(dǎo)電材料，線路連通，液位繼電器工作，報(bào)警燈亮起，提醒工作人員混凝土已澆筑至拱頂，當(dāng)4 組報(bào)警燈分別亮起后，作業(yè)人員根據(jù)堵頭澆筑情況綜合判定混凝土澆筑結(jié)束時(shí)機(jī)。

4.2 三通管法

該法原理是在拱頂設(shè)置三通T 管，混凝土上升到橫管位置后，漿液自管內(nèi)均勻穩(wěn)定溢出后可判斷澆筑完成，同時(shí)根據(jù)三通管下沉情況可以判斷拱頂防水板是否下沉，三通管有通氣、觀測(cè)、注漿三用。

在12 m 襯砌模板臺(tái)車拱頂處， 沿隧道縱向均勻設(shè)置4 組三通T 管， 自襯砌臺(tái)車預(yù)留孔伸出，T管內(nèi)預(yù)埋鋼筋，起到固定和加強(qiáng)T 管剛度作用。 當(dāng)澆筑至拱頂時(shí)，拔除T 管內(nèi)的鋼筋，漿液自T 管內(nèi)穩(wěn)定溢漿后，作業(yè)人員根據(jù)堵頭澆筑情況綜合判定混凝土已澆筑至拱頂。 同時(shí)，若拱頂防水板若下沉，T 管也跟隨下沉， 通過下沉的長(zhǎng)度可以判斷出澆筑過程拱頂出現(xiàn)了空洞，可及時(shí)處置。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工操作液位繼電器判斷直觀、 準(zhǔn)確、靈敏度高，但受防水板掛設(shè)質(zhì)量影響，過程中若防水板下沉可能存在誤報(bào)。 三通管布置簡(jiǎn)潔，根據(jù)三通管下沉可以監(jiān)測(cè)防水板是否下沉， 從而及時(shí)處置，但判斷拱頂混凝土是否澆筑密實(shí)，需要人工判斷溢漿情況，存在人工判斷準(zhǔn)確性。

經(jīng)比選、總結(jié)了2 種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行融合，形成了“液位繼電器+三通管”監(jiān)測(cè)法，將液位繼電器導(dǎo)線路放置三通管內(nèi)，當(dāng)混凝土漿液流入三通管且液位繼電器報(bào)警燈亮起時(shí)能有效控制拱頂混凝土澆筑質(zhì)量， 同時(shí)可以判斷防水板是否下沉，兼預(yù)留注漿、通氣作用。

4.3 液位繼電器+三通管法布設(shè)要點(diǎn)（圖1）

（1）采用直徑3 cm PVC 加工成T 型三通，直管長(zhǎng)度為二襯厚度加10 cm 長(zhǎng)并標(biāo)上刻度。

（2） 將液位繼電器觸片及導(dǎo)線放置在三通管內(nèi)，固定在三通管頂部，形成組合雙重監(jiān)控裝置。

圖1 “液位繼電器+三通管”防脫空裝置

（3）在二襯澆注前，完成布設(shè)防水板后，在拱部頂端縱向全模范圍每隔3 m 間距放置組合裝置，底部二襯模板預(yù)留略大于3 cm 直徑空洞， 將三通管從預(yù)留洞中穿出，外露10 cm，用止?jié){墊和膠帶固定在模板上，并將導(dǎo)線接入固定于二襯臺(tái)車上帶報(bào)警裝置的控制箱。

4.4 液位繼電器+三通管法功能和作用

（1）繼電器監(jiān)控：二襯混凝土施工時(shí)，當(dāng)混凝土漿液流入三通管拱頂時(shí)， 觸發(fā)液位繼電器觸片，接通電流，發(fā)出信號(hào)，控制箱報(bào)警燈亮起，表示二襯在該部位拱頂混凝土已灌滿， 當(dāng)全部報(bào)警燈都亮?xí)r，就可以判斷澆筑的的混凝土已到拱頂位置。

（2）T 型三通監(jiān)控：當(dāng)拱頂混凝土滿頂，水泥漿流入T 型三通直管， 這時(shí)直管將有水泥漿溢出，以此可以判斷混凝土已灌滿。 通過觀察PVC 管刻度判定防水板在澆筑過程中是否脫落下沉。

（3）防止二襯澆筑形成氣囊：在二襯泵送過程中個(gè)別部位混凝土先行到達(dá)頂部，縱向內(nèi)側(cè)容易形成氣囊，以往經(jīng)驗(yàn)在二襯模板埋設(shè)通氣管，本次使用的三通管可替代通氣管使用。

（4）注漿功能：如判定二襯防水板下沉或拱頂形成局部空洞，三通管也可以作為注漿管使用。

5 二襯脫空治理

對(duì)于實(shí)測(cè)二襯厚度與設(shè)計(jì)二襯厚度比不足50%的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的二襯整體澆筑板塊全部拆除，襯砌拆換采用“先加固，后拆換”的總體原則，拆除順序“由內(nèi)向外、先拱后墻，分單元拆除”。

5.1 拆換工藝流程

拆換前準(zhǔn)備→相鄰段二襯加固→監(jiān)控量測(cè)→二襯環(huán)向分部開槽→二襯拆除至三個(gè)環(huán)形槽后→逐條拆除槽中間部分二襯→巖面處理→復(fù)核斷面尺寸→修復(fù)防排水系統(tǒng)→安裝鋼筋（如果有）、臺(tái)車就位、澆筑二襯混凝土→拆模、養(yǎng)護(hù)。

5.2 拆換前加固

在拆除段襯砌臨近的兩板襯砌端頭位置設(shè)置3榀型鋼鎖口，鎖口采用I18 型鋼，間距0.5 m，鋼架間拱腳、墻角位置采用2 根∠75×75×8 角鋼剛性連接，其他部位設(shè)置Ф22 縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1 m。鋼架與襯砌不密貼的位置采用木楔子楔緊，鋼架底腳必須墊實(shí)，確保后期拆換段相鄰二次襯砌穩(wěn)定性及完整性。

5.3 監(jiān)控量測(cè)

拆換段前后各1 環(huán)二襯布設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，每環(huán)二襯布設(shè)2 個(gè)斷面， 測(cè)點(diǎn)布設(shè)在施工縫前后50 cm處，拱頂、拱腰及邊墻各布設(shè)1 組；二襯拆除后初期支護(hù)或巖面監(jiān)控量測(cè)斷面間距按3 m 布設(shè)，布設(shè)要求同兩臺(tái)階法量測(cè)點(diǎn)布設(shè)；二襯段、初支段洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每4 h 監(jiān)測(cè)1 次，如遇異常情況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5.4 二襯拆除

為了盡快拆除不合格的二襯混凝土，同時(shí)減少對(duì)圍巖和初期支護(hù)的擾動(dòng)，確保施工安全，拆除方法如下[3]：

采用混凝土切割機(jī)進(jìn)行切割，首次切割深度不宜小于10 cm，以確?？梢郧袛鄡?nèi)側(cè)鋼筋為宜，仰拱以上鋼筋切割時(shí)， 必須預(yù)留足夠的鋼筋搭接長(zhǎng)度，以滿足接頭避開“同一截面”的要求。 混凝土切割機(jī)、破碎錘及風(fēng)鎬進(jìn)行二襯混凝土拆除時(shí)須自上而下，分塊分段進(jìn)行，每一段分拱部、中、下臺(tái)階三級(jí)，五個(gè)單元拆除，環(huán)向位置由Ⅰ→Ⅱ（Ⅲ）→Ⅳ（Ⅴ）→Ⅲ（Ⅱ）→Ⅴ（Ⅳ）自上而下拆除，Ⅳ、Ⅴ步拆除時(shí)預(yù)留50 cm 人工拆除，縱向按每2 m 一段進(jìn)行，示意圖如圖2～3 所示：

圖2 二襯拆除平面示意圖

圖3 二襯拆除橫斷面示意圖

每拆除一段， 需檢查初支背后空洞及斷面尺寸，不符合要求時(shí)應(yīng)進(jìn)行處理，處理合格后方可拆除下一段，在拆除二襯混凝土過程中，要注意保護(hù)環(huán)向中埋、背貼式止水帶、接茬筋及端頭防水板完好， 在拆除至距兩端和小邊墻各50 cm 位置時(shí)，禁止使用破碎錘機(jī)械破碎，應(yīng)由人工使用風(fēng)鎬，由外向內(nèi)一層一層剝離，確保接茬部位止水帶及防水板完整。

5.5 防排水施工

5.5.1 排水盲管設(shè)置

在拆除區(qū)域中間設(shè)置一道環(huán)向φ50HDPE 打孔波紋管，縱向間距為6 m。沿隧道兩側(cè)邊墻底部縱向設(shè)置φ100HDPE 打孔波紋管，環(huán)向、縱向排水盲管采用PE 板窄條固定，用5 cm 長(zhǎng)水泥釘錨固在噴層面上，錨固間距按拱部50～80 cm，邊墻80～150 cm布置，排水盲管要全部用土工布包裹，以防止盲管堵塞和受到破壞。

5.5.2 防水板、土工布的鋪設(shè)

在防水板、土工布鋪設(shè)前，應(yīng)先將初支表面尖銳物等清理干凈、 并補(bǔ)平凹坑后再鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?，固定在初支面上，然后將接頭處露出的防水板用水沖洗干凈，在隧道拱部標(biāo)出隧道中線，再使防水板橫向中線與這個(gè)標(biāo)志重合，立即將防水板固定，再由拱頂依次向兩邊鋪設(shè)。 待拆除段防水板鋪設(shè)好并經(jīng)檢查確認(rèn)固定牢固后， 再用爬焊機(jī)順?biāo)舴浪褰涌p搭接部位進(jìn)行焊接。 防水板鋪設(shè)完后應(yīng)做防水板氣密性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行襯砌施工。

5.5.3 止水帶修復(fù)、止水條安裝

對(duì)破損的止水帶采用膠接等方式進(jìn)行修復(fù)，在中埋止水帶靠初支側(cè)每隔5 cm 設(shè)置1 道遇水膨脹止水條，共設(shè)2 道，以增強(qiáng)防水效果，止水條及止水帶安裝方法同常規(guī)防排水施工。

5.6 鋼筋施工（如果有）

（1）拆除拱墻時(shí)，應(yīng)保留仰拱部位環(huán)向受力鋼筋，并與拱墻鋼筋進(jìn)行焊接連接，鋼筋長(zhǎng)度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范中的構(gòu)造和受力要求。

（2）鋼筋安裝前，缺少鋼筋的，要在接茬處植筋。 先用沖擊鉆鉆孔，鉆孔直徑30 mm，鉆孔深度不小于15 d，然后用高壓風(fēng)將孔內(nèi)粉塵、灰渣等清理干凈后植入鋼筋，采用化學(xué)植筋，粘結(jié)劑采用A 級(jí)膠，植筋后預(yù)留長(zhǎng)度應(yīng)滿足鋼筋受力、搭接相關(guān)要求。 植筋完成后將拱部、邊墻端頭進(jìn)行鑿毛處理，然后涂刷黏合劑。

（3）新施做二襯按照設(shè)計(jì)要求參數(shù)設(shè)置鋼筋，施工時(shí)調(diào)整好鋼筋排距，保證保護(hù)層厚度，鋼筋安裝前，鋼筋缺失的需在接茬混凝土上植筋，后進(jìn)行鋼筋安裝， 鋼筋安裝完成后施工縫處涂刷黏合劑，采用二襯臺(tái)車模筑混凝土，拆模后，對(duì)局部錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行打磨處理。

5.7 二襯混凝土施工

5.7.1 臺(tái)車就位

根據(jù)放線位置，移動(dòng)臺(tái)車就位。 在臺(tái)車就位時(shí)注意調(diào)整好灌筑窗口的位置，必要時(shí)可增設(shè)灌注窗口。 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙埋設(shè)其他附屬設(shè)施的預(yù)埋件。 最后按要求檢查臺(tái)車位置、尺寸、方向、標(biāo)高、坡度、穩(wěn)定性，符合要求后，安設(shè)好擋頭模板，接頭止水帶及止水膠條和拱部注漿管，再進(jìn)行合格檢驗(yàn)和經(jīng)監(jiān)理工程師簽證，方可澆筑拱墻混凝土。

5.7.2 混凝土澆筑

二襯拆換段采用模筑混凝土進(jìn)行澆筑。 混凝土生產(chǎn)由相應(yīng)標(biāo)段混凝土拌合站統(tǒng)一拌制，混凝土罐車運(yùn)輸。 混凝土澆筑采用混凝土輸送泵分倉(cāng)澆筑，澆筑時(shí)，由下向上對(duì)稱澆筑，兩側(cè)交替進(jìn)行，拱部先采用退出式澆筑，最后用壓入式封頂。 混凝土用附著式振搗器和插入式振搗器聯(lián)合搗固，安排專人負(fù)責(zé)，保證混凝土內(nèi)部密實(shí)，外部光滑。 并注意保護(hù)好預(yù)埋于混凝土內(nèi)部的注漿管，防止其脫落，以確保二襯后回填注漿能順利進(jìn)行。 要配足備用搗固機(jī)具，防止因搗固機(jī)具發(fā)生故障，造成漏搗或搗固不實(shí)。 混凝土灌注必須連續(xù)進(jìn)行，因故不能連續(xù)灌筑，間歇時(shí)間超過混凝土初凝時(shí)間時(shí)，必須按規(guī)定進(jìn)行接茬處理。

5.7.3 拆模養(yǎng)護(hù)

當(dāng)二襯混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)， 方可拆模，拆模時(shí)間不可過早。 拆模后要對(duì)施工縫處錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行打磨，確保新舊混凝土表面平順。 另外要及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d[4]。

5.7.4 回填注漿

混凝土拆模前及時(shí)進(jìn)行拱頂回填壓漿。

隧道二襯厚度不合格點(diǎn)返工處理后，業(yè)主公司委托檢測(cè)單位進(jìn)行了全面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，合格率100%。 實(shí)踐證明，采用液位繼電器+三通管法能夠監(jiān)測(cè)隧道二襯拱頂砼是否澆筑密實(shí)，解決模筑密閉砼監(jiān)控盲區(qū)，有效保障了隧道二襯整治施工質(zhì)量。

6 結(jié)語

通過對(duì)隧道二襯脫空問題的處理及二襯施工質(zhì)量監(jiān)控進(jìn)行小微創(chuàng)新研究，在隧道二襯混凝土施工中應(yīng)用“液位繼電器+三通管”的監(jiān)控措施，能較好地掌控混凝土澆筑質(zhì)量，有效預(yù)防隧道二襯脫空及厚度不足等問題。 通過推行監(jiān)控措施，項(xiàng)目全線后續(xù)施工段落二襯厚度自檢合格率提高，二襯實(shí)體經(jīng)第三方檢測(cè)有限公司全面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，成效良好。 “液位繼電器+三通管” 監(jiān)控措施得到了福建省省級(jí)交通主管部門認(rèn)可，并在福建省高速公路推廣運(yùn)用。