隧道二衬背后空洞的成因及其处理措施

凌 杰

(广西路桥工程集团有限公司道桥分公司，广西 南宁 530011)

0 引言

我国的交通运输系统是社会经济发展的重要支柱，其质量的好坏对我国经济发展及人们出行安全都具有重要意义。隧道背后存在脱空现象，衬砌起不到最初的效果，无法对围岩及初支起到保护作用，会造成隧道整体性能的不稳定，造成安全事故。因此对其进行空洞防治至关重要，本文结合具体的工程实例，对隧道二衬背后空洞产生的原因进行分析，介绍相应的防治措施，以期提高隧道工程施工质量，消除安全隐患，创造安全稳定的隧道运行环境。

1 隧道二衬概述

隧道二次衬砌是对隧道初期支护及围岩的重要保护措施，主要是通过混凝土衬砌施工与初期支护形成一个整体的复合式衬砌效果，初期支护完成以后，应在其表面进行混凝土浇筑，提升隧道内衬砌支护效果，并对隧道的外观、基础设施等有很好的辅助作用。目前在我国隧道项目施工的过程中，初期支护往往只是作为一项施工辅助措施，主要起到封闭的作用，没有发挥其应有的支护作用。鉴于以上情况，进行二次衬砌是非常有必要的，不仅可以起到保护作用，还可以对围岩加以有效防护。

2 隧道二衬背后空洞成因分析

2.1 防水板问题

(1)在防水板初期支护的过程中往往会由于各种原因造成防水板表面平整度差、局部凹陷，导致距离防水板凹陷较近的部位出现空腔现象，进而在混凝土浇筑完成之后产生空腔现象。(2)防水板的挂设不规范同样会导致隧道顶拱脱空现象的产生。如防水板的挂设过于松弛，就会在进行二衬混凝土的浇筑中受到挤压造成褶皱的现象。如果防水板挂设过紧，初期的支护面又存在问题就会致使防水板受到很大的压力，从而导致防水板的质量出现问题。

2.2 混凝土问题

(1)由于各种因素的影响，混凝土施工没有达到标准要求，对于振捣时间及密实程度都不能很好地把控，混凝土存在气泡或者孔洞，在浇筑完成后混凝土出现下沉，造成拱顶出现空洞的现象。(2)在进行拱部混凝土浇筑中，没有掌握好混凝土泵送的压力值或者混凝土浇筑方法不规范，浇筑质量不合格，没有达到拱部浇筑的要求，导致产生空洞现象。(3)模板安装不够紧密，没有将混凝土的作用发挥到最大，浇筑过程中由于模板存在缝隙出现漏浆等现象，在混凝土部分流失的状态下与拱顶形成空洞。(4)混凝土输送管拆除过早。在混凝土浇筑完成以后，没有达到稳定的要求之前，要根据施工的具体操作步骤进行输送管的拆除，如果混凝土还没有达到强度的要求，就会导致混凝土的塌落，造成脱空的问题出现。(5)在进行二次衬砌的时候，在衬砌台车底座没有采取有效的防护措施，出现不稳定的状况，在现场的施工过程中，台车通常情况下会使用方木作为支垫，从而起到稳定的作用。如果施工的环境比较潮湿，极易引起方木出现腐烂的现象，在进行混凝土的浇筑过程中会产生很大的压力，从而引起台车的下沉和混凝土的变形。

3 隧道二衬背后空洞的防治措施

3.1 规范防水板挂设位置

防水板挂设是造成隧道二衬背后空洞的原因之一。防水板的挂设需要做好充分的前期准备检查工作。(1)应对初期支护喷射的质量进行检测，在满足混凝土质量条件的情况下方可进行施工。(2)对于在施工过程中存在凹凸不平或者欠挖的现象，应该做好喷射找平及凿除处理，确保表面平整。对于表面外露的钢筋或者锚杆等进行切除处理，并且做好水泥砂浆抹平工作。(3)防水板挂设完成以后，要根据具体的施工标准对防水板进行检查，用手托起查看是否与初期支护表面贴合紧密，确保没有过大的余量问题，使用的防水板的长度要符合规定的要求。对于防水板的挂设需要使用焊接技术的，必须确保定点数量和间距都应该满足设计要求，确保拱部防水板挂设稳定，避免在混凝土浇筑中发生掉落形成拱部空洞。(4)为保证防水板的挂设符合要求，就必须保证其挂设位置的准确性，具体计算方法如式(1)所示：

Z=2rsin(β/2)=2rsin(180L/2r)

(1)

Z——挂设位置；

L——A、B间弧长；

r——半径。

3.2 加强混凝土浇筑的过程控制

混凝土浇筑是二次衬砌施工过程中的重要工序：(1)在拱部混凝土施工前，要确保混凝土配合比符合施工要求，可以适当采用膨胀混凝土以提高浇筑质量。(2)混凝土浇筑过程中应进行相应的振捣工作，确保振捣无气泡出现，最大限度地避免在拱部形成空气夹层。(3)拱部混凝土浇筑过程中应按施工标准进行混凝土浇筑，保证泵管的长度深入接近拱顶的部位。拱部混凝土浇筑过程中应该注意留置观察孔，以方便技术人员或者质检人员随时了解浇筑情况。拱部端头板安装时必须要确保其紧密程度，必要时可采取符合标准的粘接材料进行粘接，从而避免漏浆现象的产生。(4)应加强混凝土浇筑工作的过程监督力度，在混凝土浇筑的过程中必须设专人进行监督管理，混凝土浇筑完成后在达到一定强度条件下，方可拆除输送管，及时关闭窗口，降低混凝土掉落的可能性。

3.3 衬砌台车支垫稳固，并定期检修

除上述措施外，衬砌台车支垫稳定性也起着至关重要的作用。(1)要做好台车附近的文明施工，禁止无关人员进入施工现场，避免支垫方木受到积水等问题的长期浸泡。(2)现场管理人员应该及时对台车稳定性进行检查，避免混凝土浇筑后对台车造成压力产生下降。衬砌台车在使用中应当做好日常维护和检查工作，保证施工作业的顺利进行。

4 脱空的处理

针对脱空现象的产生应采取有效措施进行处理，提高整体施工效果。二衬混凝土施工前，在拱顶部位与防水板紧贴位置应做好纵向注浆管的布置工作，每隔5～8 m分别布置竖向注浆口。对于注浆管的材料选择可以采用φ50 mm聚乙烯管，同时做好注浆切口处理。混凝土施工完成一定的工作量后，可以利用现代化的无损检测设备对已经施工完成的混凝土进行背后空洞检测，如果没有问题可继续施工；如果存在问题则需要进行注浆处理。注浆过程中可以单纯地采取水泥浆或者砂浆进行填充，注浆水泥砂浆所采用的水泥浆应尽量选择早强水泥。严格按照检测结果的要求进行水灰比的配合，可在水泥中掺入速凝剂或者其它添加剂，提升水泥浆质量及缩短其凝结时间。注浆应在完全满足二衬强度的条件下进行，根据现场的实际情况及实验结果确定注浆压力的选择。

5 工程实例

5.1 工程概况

河池一号隧道处于黔中高原向广西盆地过渡地带，地貌以丘陵为主，局部为峰丛洼地，埋深最大为252 m，隧道区大部分地段基岩出露，小部分地段被第四系残坡积物覆盖。进出口无断裂、滑坡、崩塌等不良地质，洞口边坡工程地质条件较好，边坡基本稳定。隧道进口有偏压现象，横向坡度约11°～54°，右侧洞壁偏薄。隧道出口处在雨季均为涝积水，施工中须注意防排水施工措施。主要穿越的围岩级别为Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级围岩，其中Ⅴ级围岩310 m，占14%，Ⅳ级围岩691 m，占32%，Ⅲ级围岩1 195 m，占54%。河池一号隧道为分离式隧道，单洞长2 196 m，左行线起止桩号为ZK58+905～ZK60+013，长1 108 m，右行线起止桩号为K58+940～K60+028，长1 088 m，其中ZK58+910～ZK58+927为半明半暗段施工。

5.2 二次衬砌施工准备及施工方法

5.2.1 二次衬砌施工准备

(1)施工所用原材质量及其储存运输方式应符合规定；

(2)地下水引、排工作，基础部位残土及积水清理干净；

(3)防水层或喷涂层表面粉尘应清除并进行洒水湿润；

(4)施工所用工器具必须经过检查，并进行试运转。

5.2.2 二次衬砌施工方法

本工程隧道二次衬砌混凝土采用C25S8防水混凝土，除Ⅴ级围岩浅埋段采用钢筋混凝土外，其余Ⅳ、Ⅲ级围岩地段为素混凝土。隧道二衬应在围岩及初期支护变形基本稳定后进行施工。为保证仰拱在施工过程中不影响正常交通运输，二次衬砌的施工应按照“先仰拱、后拱墙，先施做仰拱、仰拱回填，然后液压整体模板台车衬砌”的顺序进行施工。在本项目的Ⅴ级围岩地段。二次衬砌与掌子面的工作距离应控制在50～60 m，Ⅳ级围岩区域应在90～100 m，Ⅲ级围岩区域≤150 m。在二次衬砌施工过程中应采用全断面液压整体模板台车进行混凝土浇筑。浇筑所用混凝土应采用集中拌合混凝土，罐车运输，混凝土输送泵入模，插入式捣固器配合附着式捣固器捣固。紧急停车带地段采用自制的可调式模板台架、大块模板衬砌。行车、行人通道衬砌采用模板台架，组合钢模板衬砌。

5.2.3 二次衬砌施工质量保证措施及处理效果

(1)为保证钢筋工程的施工质量，在钢筋绑扎的过程中应采用移动式多功能作业平台进行，减少对已绑扎钢筋的踩踏。钢筋加工应在集中的加工棚进行加工，钢筋绑扎时对防水板进行防护，以免其被划破。

(2)模板台车的配备应根据施工段进行设置，保证每个洞口各配备一台，模板台车一般长度为10.5 m，为了配合模板台车顺利进入工作位置，边墙电缆槽底板以下部分人工立模先行浇注，并预埋台车固定螺栓。

(3)为保证混凝土浇筑过程中的连续性及材料质量，应在洞口周围最佳输送距离位置进行设置，混凝土罐车运输到浇注地点后输送泵送入模板，分层浇注捣固密实，一次浇注长度不得>10.0 m。混凝土强度达到5.0 MPa以上时方能拆模，脱模后混凝土表面采用洒水养护不得少于14 d。

(4)衬砌施工缝设橡胶止水带，施工时止水带的位置应确保准确，用特制夹具固定或采用专业粘接剂进行粘接，以防混凝土浇注过程中对橡胶止水带接缝位置造成破坏。

(5)通过对防水板、混凝土及钢筋施工过程进行控制首先能够保证防水板表面的平整度及位置的正确性，使其最大程度地发挥防水作用；其次，通过对混凝土施工原材料质量及施工质量的控制能够保证混凝土的施工质量满足工程施工要求；最后，加强对钢筋的施工质量控制可以保证衬砌范围内钢筋受力符合规范要求，并可以使其最大程度地与混凝土紧密结合，增大其受压及抗拉强度。

6 结语

综上所述，隧道施工是一项极其复杂的过程，由于其受到的影响因素影响较多，极易产生质量问题。二衬背后空洞就是比较常见的一种现象，衬砌背后空洞会导致隧道整体稳定性降低，在达到某种特定条件时甚至会发生混凝土掉落等问题，给车辆的通行和人们的生命安全造成威胁。所以在二衬混凝土施工完成后，应对其进行质量检测，从而确保二衬质量能够满足隧道整体质量要求，为隧道安全运行奠定良好基础。