暗挖隧道空洞初步普查施工及处理

武鑫星

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西太原 030032)

随着我国城市轨道交通的快速发展，采用暗挖法施工的隧道越来越多。在人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段采用暗挖法施工，对降低工程造价、减少对周围环境的影响至关重要。暗挖隧道具有断面大，地质条件和施工技术复杂等特点，因此会带来一些施工问题，隧道衬砌背后的空洞就是其一。因此加强对隧道衬砌背后空洞的普查和处理，是隧道工程病害处理的重要一环。本文以北京地铁某暗挖隧道为例介绍了隧道衬砌背后空洞的两种普查方法，并提出了相应的处理措施。

1 空洞分析

1)隧道概况。本工程暗挖隧道为标准的单线单洞暗挖隧道，覆土厚度约10.40 m。左线隧道长8.519 m，右线隧道长29.599 m，分别为后期地铁车辆运行开挖。暗挖隧道总长58.118 m，左右线隧道中心水平间距约15 m。结构为标准的马蹄形断面，复合式衬砌。施工采用台阶法预留核心土施工，开挖断面跨度为6.2 m，高度在6.65 m。暗挖隧道主要穿越了粉细砂层。

2)空洞产生原因。在二次衬砌施工中，泵送混凝土流动性较大。受施工条件制约，在重力作用下，因混凝土浇筑方量不够，部分空气密闭在狭小的空间形成气囊，混凝土和易性不够或模板泵送口拆管时部分混凝土掉落等原因，在拱部二衬混凝土浇筑过程中往往难以饱满，形成局部空洞区域。

同时施工时原材料质量控制不严、砂砾过细、水泥用量过大、混凝土水灰比过大、温差和隧道内通风状况等都会引起混凝土收缩，导致衬砌混凝土下沉脱空，甚至形成空洞。

2 空洞普查方法

2.1 拱部敲击法

拱部敲击法是采用目测、人工敲击办法对隧道拱顶进行空洞检测的一种方法。其原理是通过敲击衬砌表面，通过传递回来的声音以及手部反作用变化来判断衬砌背后的密实程度。

1)现场准备。a.现场施工人员配备反光背心，安全带及安全帽。b.施工前对机械设备进行一次全面检查，如有缺陷，及时维修、调整。c.确定区间内施工用水来源及施工用电来源。d.组织施工人员学习施工方案和交底，熟悉施工环境和施工流程。

2)施工步骤。a.测量队进行放样，标注出暗挖双线隧道拱顶中线位置，并沿着拱顶中心线两侧各标注出50 cm，1 m位置处。b.组合装配式脚手架并搭建施工检测平台，如图1所示。c.首先采用目测方法判断二衬结构表面有无明显错台或者颜色异常部位，如果发现此类现象重点标记检测。用手握住橡皮锤，对如图2所示点进行检测。图2中每个点间距50 cm，用锤子沿着顺序挨个进行敲击，根据声音以及手感判断背后有无空洞现象，每个点最少敲击三下，声音异常处依照实际情况适当增加敲击数量进行判断。d.从暗挖隧道马头门处开始敲击，待所有点敲击完成之后将施工作业平台推至下个位置处，重复上述c.的工作。首先马头门处开始第一处作业，由大里程方向向小里程方向，每间隔1 m为一处位置，左右线暗挖隧道共计约60 m。拱顶检查区域如图3所示。检查范围:沿拱顶中心线两侧各检查1 m，每50 cm一个点。e.人工敲击同时详细填写检查记录表，同时报监理全程旁站。待检测完毕之后对存在空洞处进行注浆处理。

图1 施工作业平台

图2 拱顶检查部位示意图

图3 拱顶检查区域展开图

2.2 地质雷达检测法

地质雷达(简称GPR)剖面测量与声纳、地震反射法类似，采用的是时间域脉冲雷达，将宽频带的脉冲电磁波发射到介质中，通过接收反射信号达到探测目标体的目的，雷达系统向被探测物发射电磁波脉冲，电磁脉冲穿过介质表面，碰到目标物或不同介质的界面被反射回来，根据电磁波的双程走时，分析确定探测目标的形态及结构特性［1］。其探测原理如图4所示。

如果回填不密实，就会有多个界面对电磁波多次反射。如果雷达剖面上出现零乱、不连续的强反射能量团块(条带)状异常，那就是衬砌层或回填层中的不密实处［2］。

图4 地质雷达探测原理

1)施工步骤:布置纵向测线位置及数量(纵向布线位置在拱顶、左右拱腰、左右边墙各布置1条)，图5为测线示意图。并按一定间距打出里程桩号标记点，该桩号与隧道开挖施工桩号一致，同时准备高空作业台车。

图5 雷达检测测线断面布置示意图

2)内业准备:检查有关零部件是否齐全，准备有关记录、资料、照明灯具等，室内连机调试看仪器是否工作正常，充电。

3)现场作业:操作人员和仪器均位于作业车上，天线贴在衬砌表面，设置有关仪器参数并调试(时窗长度、滤波器、增益等)，随作业台车一起移动，若实行连续扫描探测，应保持匀速移动，按设置的测线检测并按设置的里程桩号打标定位。

4)室内资料整理:将所获图像资料文件导入软件后处理，核对文件与记录有无差错。

5)信号处理和目标识别:输入有关相对介电常数或波速，由传播时间曲线从而检测出空洞实况［3］。

3 空洞处理

1)现场准备:a.现场施工人员配备反光背心，安全带及安全帽。b.施工前对机械设备进行一次全面检查，如有缺陷，及时维修、调整。c.确定区间内施工用水来源及施工用电来源。

2)技术准备:a.准备探杆，进一步确定空洞部位的范围。b.组织施工人员学习施工方案和交底，熟悉施工环境和施工流程，明确在有限时间内施工的重点和难点，避免在施工过程中慌乱。

3)空洞注浆:施工人员分为两组，每组由一名管理人员带领工人，分别处理拱顶破损位置和对其他位置进行注浆。a.混凝土厚度未达到5 cm时处理方法:首先对该部位不足5 cm的混凝土进行剔凿，保证周边结构厚度达到5 cm以上。处理时采用将稠度适宜的灌浆料用灰铲送入拱顶并压实的方法进行填实。施工第1天在洞口四角打设膨胀螺栓，孔深8 cm以上。预固定自制的弧形钢模板，如图6所示。第2天将灌浆料分层灌实后立即封钢模板，将膨胀螺栓的螺帽拧紧。一周后拆除弧形钢模板并修整表面。b.混凝土厚度大于5 cm时处理方法:调查时大部分空洞处混凝土无破损，可打眼进行注浆处理。接电后使用电锤在空洞部位打眼，在空洞部位靠下侧处进浆孔，拱顶最高处打一排气孔，之后调配水泥灌浆料从进浆孔处向拱顶空洞注浆，排气孔处流出浆液后继续向排气孔内注浆，压力达到设定值后封闭进浆孔和排气孔。处理完毕后拆除脚手架、清理现场。

图6 弧形钢板底模固定示意图

填实、注浆工作完成，经监理工程师确认后方可结束施工。

4 质量保证措施

4.1 人、材、机的控制

1)人员控制主要措施。a.加强思想教育，让每一位职工都明白本工程的重要性，自觉树立意识。b.对关键工序配备技工和现场分管工程师共同把关，配备足够熟练操作工，从控制各环节的工作质量上确保工程质量。c.严格作息时间，严格执行交接班签字制度。下道工序施工时，上道工序留值班人员，加强检查，通力配合，不留隐患。

2)材料控制主要措施。用于本工程的所有原材料，如钢筋、水泥、砂石、石子、速凝剂等，均要有出厂合格证和质量证明文件，并严格按规范进行工地抽检，合格后方可使用;杜绝不合格材料用于本工程施工。

3)机械控制主要措施。投入本工程的主要机械设备新旧程度均控制在80%以上，对工程质量有直接影响的施工设备平日里加强保修，使用时配机械师值班，随时保证其可靠工作。

4.2 安全质量保障措施

1)所有施工人员需佩戴安全帽。2)操作人员服从施工及运营单位的管理，确保区间内人身安全后方可进行施工。施工结束后经运营管理人员确认后方可离开。3)高处作业时攀登用具的结构构造必须牢固可靠，必须配备安全防护用具。4)如现场管理人员认为施工会对运营造成隐患立即停止施工并上报主管领导处理。5)所有材料在进场后必须经材料员、质检员和监理验收合格后方可使用。6)保证施工设备的运转良好，以达到注浆处理效果。

5 结语

隧道空洞的存在是目前我国隧道施工管理水平的真实反映，要全面消除空洞缺陷尚需施工、监理、设计等方面共同做出努力。在空洞的处理中，要采取检测手段对空洞进行检测，并分析出其健康状态及可能对隧道的正常使用造成的危害大小，进而采取恰当的预防和补救措施进行处理。隧道空洞危害不容忽视，应加强对其的重视程度，推动我国隧道建设工程的发展。

［1］董新平.探地雷达隧道支护背后空洞检测效果影响分析及提高检测质量的对策［J］.现代隧道技术，2009(7)：6.

［2］危红波.地质雷达在城市路网改造设计中的应用［J］.市政技术，2012(10)：2.

［3］张 弛.探地雷达在成都地铁2号线盾构施工扰动带探测中的应用研究［D］.成都：西南交通大学，2012.