公路隧道施工中空洞的判断及处理措施研究

孙永江

（甘肃公航旅公路养护有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 概述

1.1 公路隧道空洞产生的原因

1.1.1 爆破和初期支护的问题

有些单位为了节省成本费用或贪图省事，于是在施工道路的过程中采取了不符合设计的方法或没有按照规范的要求进行填充，比如在施工过程中随意将石块进行填充或将其他异物取代混凝土填充。这样一方面会造成隧道出现超挖的情况，另一方面也造成了石头和石头之间不紧密，更有甚者则出现了大的空洞，给工程质量带来一定的隐患。

1.1.2 衬砌混凝土施工中的问题

由于第二次的衬砌施工泵送混凝土的流动性相对较大，在重力的作用下衬砌拱顶的范围难以到达，在进行第二次衬砌施工后没有认真仔细地进行超声波探测，从而造成了较大的空洞，在探查的过程中也没有及时对空洞进行回填注浆。

1.1.3 施工材料的质量问题

有些单位在施工过程中为了节省成本，偷工减料，没有严格地对原材料进行控制，其主要现象为沙砾过细以及水泥用量过大等，这些现象通常都会引起混凝土的收缩，继而产生裂缝等现象，从而导致混凝土下沉脱空，形成巨大的空洞。

1.2 隧道衬砌背后空洞的危害

若衬砌背后有一定的空洞，那么第二次的衬砌混凝土以及围岩的应力状态都会随之发生改变，这就造成了衬砌边缘容易裂开，其空洞则是水的通道，若在下雨之际则会出现渗漏的现象，而水会沿着裂缝进入衬砌从而导致钢筋被锈蚀等，严重的则会影响其围岩的稳定性。

2 隧道衬砌背后空洞的检测判断

2.1 地质雷达的检测原理

在施工过程中使用地质雷达的检测方法可以检测混凝土衬砌背后的空洞以及衬砌厚度的变化、钢筋的分布等方面。地质雷达是一种利用高频电磁波技术探测低下物体的电子设备，一般情况下通过电线拖动的方式进行扫描图像，利用雷达向混凝土发射高频电磁波，通过数据进行分析和处理形成断面扫描图，施工人员根据对图像的判读从而判断出实际情况。

2.2 衬砌背后空洞的健康判断试验分析

2.2.1 试验步骤

先用拱顶衬砌按不同深度空洞试验特征将接触应力以及破坏荷载汇总于表1。衬砌背后不同深度空洞承载力退化关系如图1所示。

可以从图1中看出，结构变形曲线明显呈S形，下降的曲线分为三个阶段。

第一阶段为缓慢退化阶段。在缓慢退化阶段的过程中，从隧道的背后空洞延伸至空洞深度为4 mm，支护结构的承载力在明显下降，但由于退化的程度较慢，因此退化的速率为0.711 kPa/mm，整个结构的承载力明显减少为93%。

表1 拱顶衬砌背后空洞试验特征点接触应力与破坏荷载汇总

图1 衬砌背后不同深度空洞承载力退化关系

第二阶段为快速退化阶段，在这个阶段中从隧道的拱顶背后空洞逐渐加深，隧道承载力也在相应下降，因此结构承载能力的退化速率为1.26 kPa/mm。在隧道支护衬砌背后的空洞达到20 mm时，其整个结构的承载力明显降低到38.25%。

第三阶段为退化完成阶段。在退化完成阶段的过程中，其拱顶背后的空洞深度大于22 mm，随着空洞进一步加深，其围岩之间的承载力没有发生变化。在结构衬砌背后的空洞深度为22 mm时，所受的承载力基本相同。

2.2.2 实验结果中对空洞健康的判断

（1）在隧道支护结构承载能力下降时需要及时采取支护补强手段，不但可以不断延续隧道的承载能力，还可保证隧道结构的营运。

（2）在退化完成阶段时则可认定为病危阶段，此阶段的支护结构承载能力随着背后空洞深度的增加而造成不稳定现象，带来一定的安全隐患。

（3）在缓慢退化阶段的过程中随着隧道支护结构承载力逐渐加深，不会影响隧道的稳定性，此阶段为亚健康状态。若在此阶段中采取有效措施则可将隧道的空洞填满，达到隧道整体的承载能力。

（4）在隧道承载能力达到最大时可根据空洞的角度确定隧道的结构状态为健康状态。

3 衬砌背后空洞的预防和处理措施

3.1 预防措施

（1）在施工之前要进行爆破设计，爆破设计之前则要根据不同的围岩类别选择相适应的开挖方法，更值得注意的是要根据地质的条件以及开挖断面等材料进行爆破设计，在设计的过程中需要施工人员做好详细的记录，根据记录进行观察和分析，要及时纠正爆破参数，不断减少超欠挖，力求公路隧道的质量达到最好。

（2）施工人员要严格按照钻爆设计标出的周边眼位置，在周边眼位置上进行钻孔，另外根据围岩的类别选择适宜的装药结构，将超欠挖的指标尽量控制在规定范围中。

（3）若当地的公路或隧道出现了坍塌以及掉块时，要及时喷射混凝土分层回填密实，做好一定的回填注浆。

3.2 空洞的处理措施

若公路隧道的背后脱空会引起围岩的应力集中，从而使得衬砌产生一定的弯曲应力，将衬砌的功能不断降低，损伤了衬砌的功能，降低空洞的承载能力。这就需要不断对空洞进行探测，加强空洞的探测以及回填注浆，不断减少衬砌背后的空洞，才能有效降低空洞病害。

3.2.1 水泥浆液的拌制

水泥浆一般采用专用的设备进行随拌随用，对应的设备配套为储浆设备以及注浆设备，两者配套使用。

3.2.2 钻孔注浆

根据地质雷达的探测结果，一般采用取芯设备进行钻孔，其利用注浆管以及溢浆管进行注浆。注浆的顺序则由低向高。注浆需要施工人员连续进行，注浆的压力适宜在0.3～0.4 MPa，溢浆孔若出现了水泥浆后应对其进行封闭，其注浆的压力则需要在设计要求范围内；若出现不进浆的情况，则可根据实际情况停止注浆，另外其注浆管以及溢浆管都必须用高标号砂浆填塞密实。若在注浆的过程中出现了一个孔眼压注浆液耗用水泥较多的情况但还未饱满，这时可立即暂停压注，一天后再使用水泥砂浆或者加入棉粉不断地进行压浆，直至浆液出现饱满现象为止。压注水泥浆液的过程中需要注意其衬砌接处的质量，这样可避免出现大量的漏浆现象。

3.2.3 防水层破损位置处理

不断地采用膨胀性抗渗混凝土封填进行处理，处理完毕后检查是否严实再对其进行人工插捣。

3.2.4 填充效果检查

衬砌背后的注浆完毕后，对其进行雷达检测，检查是否合格，对不合格的部分进行第二次注浆处理。

3.2.5 粘贴高强度碳纤维布

混凝土养护完毕后，在空洞处理段隧道环向范围内衬砌表面粘贴高强度碳纤维布，碳纤维布环纵向超出空洞处理范围1 m，确保粘贴质量和耐久性。

4 结语

总而言之，我国的发展离不开公路隧道的建设，就目前的情况来看，隧道空洞的建设真实反映了施工管理的水平，在很长一段时间里仍然需要施工人员的共同努力。尤其是在空洞的处理上，需要采取先进的检测手段对其进行探测，分析隧道的健康状态，对以上产生的问题及时采取一定的补救措施。隧道空洞的危害需要人人监督，加强重视程度，不断促进公路隧道的建设发展。

[1]张顶立，张素磊，房倩，等.铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析[J].岩石力学与工程学报，2013，32（2）：217-224.

[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，2012，5（10）：2.

[3]陈国清.铁路工程施工质量通病防治手册[M].北京：中国铁道出版社，2007：67-68.