试论隧道拱顶衬砌缺陷处理及预防措施

刘国东

摘 要：本文首先对隧道拱顶衬砌的常见缺陷及其形成原因进行了分析，然后在此基础上提出了相应的处理方法，最后提出了预防衬砌缺陷的几种措施，对隧道拱顶衬砌的施工具有一定的借鉴意义。

关键词：隧道拱顶衬砌；缺陷处理；预防措施

铁路隧道衬砌是沿开挖的铁路隧道壁面建造的、用来提高隧道支撑应力和防止渗水的构筑物，其主要的组成部分有拱、边墙、顶拱和铺底等。在我国目前的铁路隧道衬砌施工中，一般采用混凝土材料进行衬砌处理，作为隧道的主要支撑和承载结构，这种类型的衬砌不但能够直观反映出隧道施工的质量，而且直接关系到隧道的长期稳定运营，是隧道防水的最后一道屏障。

一、常见的隧道拱顶衬砌缺陷及形成原因

隧道拱顶衬砌缺陷的形成原因可分为外因和内因，外因是指外部环境和周围的围岩应力等，内因主要指设计、施工和材料等引起的缺陷。頂面滑坡、地震、雨雪冰冻灾害等外因引起的缺陷由于具有不确定性，所以难以进行预防，而内因大部分是因人为因素引起，可通过一定的技术手段进行处理，同时通过针对性地预防措施，可以有效避免缺陷的形成。下文重点研究内因造成的缺陷和及对应的预防措施。

衬砌厚度不足是最常见隧道缺陷，衬砌厚度不足具体可分为整体不足和局部不足[ 1 ]。这种缺陷在围岩较差的区段最为常见，衬砌厚度主要取决于开挖面，在开挖面确定后，基本不能调整衬砌浇筑的厚度，所以造成衬砌厚度不足的主要原因是因为施工单位技术水平不高，对隧道进行超欠挖，或者是施工单位偷工减料、没有严格按照设计要求施工造成的。另一种常见的缺陷是衬砌背后空洞，这种缺陷形成的原因一方面可能是由于衬砌厚度不足，造成实际厚度达不到设计厚度要求造成的，另一方面可能是施工中因为混凝土材料的收缩、浇筑施工进度过快、混凝土自重压迫等原因造成。当然，隧道周边的地质条件也可能造成空洞的形成。

二、常见隧道拱顶衬砌缺陷的处理方法

上文提到的两种缺陷对隧道的危害最为严重，所以本文重点对上文提到两种常见缺陷的处理方法进行探讨。

（一）对隧道衬砌背后空洞缺陷的处理

衬砌的背后空洞可能出现在隧道的任何地方，由于背后空洞可能导致围岩在空洞范围内出现应力集中的情况，所以当这种空洞出现在拱顶时，危害更大。当发现拱顶衬砌空洞时，应及时进行处理。当前常见的处理方法是进行注浆充填，一般的做法是：在注浆充填前，首先利用钢排架对空洞附近的衬砌进行临时支撑加固，然后根据空洞的范围情况钻取若干个注浆孔（1-5个为宜），同时应预留出浆孔，避免空洞内空气排出不彻底而影响注浆效果，最后压注水泥浆，压注过程中应注意控制注浆的压力，一般以0.3-0.5MPa为宜。在注浆过程中应注意观察衬砌变形和位移情况，同时注意衬砌周边裂缝的发展情况，避免注浆引起的次生缺陷，确保施工安全。水泥材料可选用抗腐蚀性强的抗硫酸盐水泥，在空洞严重时，可考虑使用丙凝、环氧类等化学注浆。

（二）对隧道衬砌混凝土厚度不足的处理

衬砌厚度不足时主要进行加固处理，经常采用锚喷结合的方法进行。首先对衬砌进行临时支撑加固并清理需加固部分的衬砌表面，将表面松散的混凝土进行剥除直至露出内部新鲜混凝土，然后在衬砌上打孔并安装中空锚杆（一般为φ25mm），锚杆的钻孔间距以80cm×80cm的梅花形布置为宜，安装完锚杆垫板后就可以进行注浆，同时在衬砌的开凿面布置钢筋锚钉钻孔，孔距和性状与锚杆钻孔相同但与锚杆错开布置，孔深以16cm、直径以15mm为宜，反复进行刷孔、吹孔后（三遍为宜），在孔中注入植筋胶和除锈螺纹钢筋（要求结合力大于 53kN），最后架设钢筋网并将其与锚杆、钢筋锚钉焊接，完成焊接后对开凿面进行清洗并涂刷界面剂进行防水和防腐蚀处理。

（三）对混凝土与防水板之间空洞较大情况的处理

这种情况一般不采用钻孔注浆，而是采用开天窗的方法进行处理。首先找出衬砌最薄弱的部位，作为开窗点，在窗口尺寸上，一般应满足人工进入作业的要求，以横向60cm，纵向50cm为宜，横向比纵向稍宽，以方便开展作业，如图1所示。

回填材料一般选用同级别的混凝土，注意空腔的回填要饱满密实，回填强度符合要求，在封口时，要选用高级一别的混凝土，窗内填充密实后用振捣器进行振捣，并以钢板进行固定，达到规定强度后拆除钢板。

三、常见衬砌缺陷的预防措施

由于铁路隧道拱顶衬砌缺陷的危害较大，而发现缺陷后进行处理不但会提高施工成本，而且可能造成工期的延误，所以应以预防为主，尽量避免缺陷出现。主要的预防措施有以下几个方面：

一是加强振捣控制。适当提高开孔密度，确保衬砌混凝土浇筑施工时振捣力度合适，振捣范围没有死角，振捣时按照快插慢拔的的方法进行，增强浇筑的密实度。

二是提高衬砌和围岩的紧密度。在衬砌混凝土浇筑施工前，将施工机械、作业台面和围岩表面的杂物进行清理，同时提高围岩表面的粗糙度和含水量，增加其与混凝土的结合时的紧密度。

三是留足施工作业的空间。隧道内衬砌施工空间本来就比较小，在衬砌施工时，应注意清理无关的器械和人员，在施工作业面上留足施工空间，避免作业器械和人员出现施工盲点。

四是加强施工过程质量控制。在施工配料、混凝土搅拌、振捣等环节严格遵守操作规程，保证混凝土的水胶比，避免水分超量造成混凝土收缩和附着力下降。

五是优化施工工艺。在防水板的铺设上，要注意把握铺设的松弛度，避免防水板与围岩出现较大空隙，在净空测量上，提高测量断面的密度，确保隧道无欠挖想象，在隧道开挖的施工中，尽量保证隧道顶部轮廓的平顺性，为衬砌的紧密贴合创造良好条件。

四、结语

隧道衬砌拱顶质量是决定隧道质量的关键部位，在隧道拱顶衬砌的施工中，衬砌缺陷难以避免，本文对衬砌的常见缺陷及其形成的原因进行了分析，在次基础上提出了相应的处理措施，并对衬砌缺陷的预防措施进行了分析，对隧道拱顶衬砌的施工具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 俞翰斌，马伟斌.铁路隧道运营状态评估及病害整治措施[J].中国铁路，2013 （7）：21-25.