浅埋深隧道衬砌空洞综合处治技术

范文斌

（山西省晋中路桥建设集团有限公司， 山西 晋中 030600）

0 引言

浅埋设隧道结构中，隧道围岩衬砌结构病害是最常见和最典型的病害之一，由于衬砌结构失效，导致衬砌与围岩之间的相互协调变形能力被明显削弱，尤其对于浅埋深隧道而言，由于设计埋深较小，衬砌结构强度设计指标略低于深埋深隧道，本身衬砌结构相对薄弱，一旦出现衬砌病害，无疑是雪上加霜，直接影响到隧道围岩的稳定性。通过工程实践调查发现，绝大多数的隧道衬砌结构病害均起源于隧道围岩与衬砌结构之间出现渗水、冻胀等病害，最终导致衬砌与围岩之间出现不同程度的空洞，一旦在外部荷载扰动作用下，将造成严重的隧道衬砌塌方或者大规模的衬砌胀裂。因此，为了最大程度延长隧道衬砌使用寿命，在日常养护施工过程中，必须采取针对性的综合处治措施，制定相应的处治方案，在保证处治质量和效率的前提下，尽量控制施工总造价。

1 浅埋深隧道衬砌空洞处治方式确定

隧道围岩衬砌空洞处治的主要作用一方面是加强原隧道衬砌的强度和刚度，防止因衬砌空洞引起的衬砌支护结构应力松弛，削弱衬砌和围岩的协调变形能力，保证衬砌内部应力响应条件和抗压变形始终处于规范限定的范围内；另一方面，采用砂浆填充衬砌内空洞，密实衬砌结构，防止空洞长期存在导致围岩渗透水分集聚，引起水压和冬季冻胀破坏。在公路隧道衬砌空洞处治施工过程中，常用的处治方式包括：混凝土填充处治、泄水法、锚杆加固法及内表面加固法几种。混凝土填充处治法是采用高压喷射设备将混凝土砂浆准确填充到空洞位置，起到空洞填充和密封的效果，填充处治法是空洞治理过程中最常见也是最有效的技术措施之一；泄水法针对于围岩穿越地下水工况，由于地下水径流穿越衬砌空洞，为了防止地下水长期浸泡侵蚀，通过人工泄水降低地下水水位，从而规避地下水径流对衬砌空洞的影响；锚杆加固法，在衬砌空洞位置支设锚杆，从而阻止空洞向隧道内一侧继续变形的趋势，且锚杆的拉拔作用对于围岩衬砌的大变形、松动的处治效果也较为明显；衬砌内表面加固法主要适用于已经开裂且裂缝发展的衬砌结构，在衬砌内表面进行加固补强，能够约束裂缝继续发展，一般情况下，内表面处治技术和混凝土填充处治技术联合使用。

2 填充注浆技术在浅埋深隧道衬砌空洞处治过程中的应用

以浅埋深公路隧道为研究对象，由于隧道埋深较浅，隧道围岩洞顶的覆盖层厚度较小，且大部分浅埋深隧道围岩节理发育显著，破碎性工况明显。锚定杆加固处治需要强度较高且厚度较大的围岩作为受力点，浅埋深隧道无法使用锚杆加固处治技术，衬砌内表面处理联合混凝土填充处治技术适用于破坏程度严重的衬砌结构。因此，在绝大多数的浅埋深隧道衬砌空洞处治施工实践中，混凝土填筑法的使用最为广泛和实用。

绝大多数的衬砌空洞集中出现在隧道围岩拱顶、拱腰位置，混凝土回填注浆处治施工技术选定以衬砌空洞直径值为基准。空洞直径较小的衬砌结构，考虑实用高压单孔注浆技术，一方面可以防止多孔注浆压力过大导致的外喷现象，还能防止孔道内插入注浆过多导致的注浆管挤压变形问题；空洞直径较大的隧道衬砌，为了满足同步注浆处治要求，提高注浆效率，便于一次性排进空洞内集聚的空气，有助于提高注浆速率，建议同时插入多根注浆管注浆。衬砌空洞注浆材料选取必须兼顾强度和施工和易性两方面因素，浅埋深隧道衬砌空洞处治一般使用水泥混凝土材料，混凝土骨料属于细集料类型，水泥混凝土注浆材料非常适用于大规模的隧道衬砌处治施工中，因其取材广泛，原材料价格低廉。除了使用混凝土材料外，部分衬砌空洞病害程度较低的位置，也可以使用水泥砂浆或者水泥净浆处治，为了提高砂浆的施工和易性，降低水泥用量，以间接控制水泥水化热影响，可添加比例适当的粉煤灰材料，砂浆填筑料一般使用在直径小于50mm 的空洞中，水泥混凝土及粉煤灰改性混凝土一般适用于直径大于50mm 的空洞中。除了使用粉煤灰改性外，在水泥混凝土注浆材料中可以添加一定比例的减水剂控制拌合用水量，从而间接控制水泥水化热的不良影响，为了提高空洞处治后的密实度指标，可以在水泥混凝土中添加一定比例的膨胀剂，通过改善注浆材料在空洞内的流动性，提升空洞内的注浆密实度。

由于空洞混凝土填充施工属于隐蔽工程，施工人员无法通过肉眼直观观测空洞内填筑密实情况，单纯依靠注浆量无法准确判定目标空洞位置是否被填充密实，尤其使用水泥砂浆或者水泥混凝土类材料填充过程中，由于混凝土凝结硬化节段水分大量蒸发，水泥混凝土会出现不同程度的干缩现象，已填充满的空洞在干缩后与原空洞之间存在细微裂隙，导致填充混凝土材料与衬砌空洞接触不良，此外，应内部空气气栓影响、注浆管路阻塞等因素均会造成不同程度的注浆不密实问题。为了保证目标空洞的注浆质量达到养护设计要求，建议在空洞对应衬砌外侧布设应力传感器，并在相同拱高位置的其他非空洞位置布设应力传感器，选定过个对比试验组，分别采用不同的注浆压力和不同注浆量充入相同类型的注浆材料，观测注浆凝结硬化过程中的应力传感器变化情况，对比空洞对应衬砌位置在不同时间点的应力传感器监测值和与相同拱高位置的的非空洞位置的应力值，借助纵向对比和横向对比两种方式，以获取最佳的注浆处治参数。

3 总结

综合以上论述内容可知，埋深深度、围岩节理发育及围岩破碎程度不同对应的衬砌空洞处治技术也不尽相同；浅埋深隧道衬砌厚度较小，且大部分隧道衬砌空洞病害严重程度较低，不适用于锚杆加固法和内表面处治联合混凝土填充法，相较而言，单纯的混凝土填充处治法非常适用于空洞病害严重程度较低的浅埋深隧道，通过工程实践检验，该处治技术相对可靠，工程经济性优势显著，建议推广。