铁路隧道衬砌厚度不足缺陷整治技术分析

兰天一

摘 要：为保证隧道衬砌厚度不足缺陷整治过程的安全和质量，结合铁路隧道施工现场实例，采用衬砌内表面涂刷防碳化层、对拱部、仰拱位置进行拆换的方法，对不同情况下的衬砌厚度不足缺陷处理方案进行研究，并对施工技术要点进行阐述。研究结果表明，通过合适的整治方法可达到很好的整治效果，避免大范围拆换，有效降低了经济成本，安全风险。

关键词：铁路隧道；衬砌厚度不足；缺陷整治

中图分类号：U25                                  文獻标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2023）11-0126-03

1 隧道衬砌厚度不足原因分析

具体原因有以下4点[1]：①在二衬拱顶混凝土首次溢出时，即认为已浇筑饱满并结束浇筑，未进行补压，导致拱顶混凝土浇筑不饱满，进而引起厚度不足。②爆破开挖后，未进行轮廓测量或轮廓测量不细致，致使开挖轮廓面局部欠挖侵限。③开挖后虽经测量人员详细测量放样，但现场管理人员不够重视，没有督促工人将欠挖部位进行处理，导致侵限。④预留变形量过小，后期发生围岩沉降，导致初支侵限。

2 隧道衬砌厚度不足整治措施分类

隧道二次衬砌内表面涂刷防碳化层、衬砌拱部局部拆除、衬砌边墙局部拆除。

3 衬砌内表面涂刷防碳化层

隧道二次衬砌仅厚度不足，但实际厚度与设计厚度比hi/h≥90%（检测衬砌厚度hi/设计衬砌厚度h×100%），且实际厚度大于30 cm时，对围岩较好、衬砌无裂纹及渗水、表观质量良好的地段，采取衬砌表面涂刷防碳化涂层处理。各级围岩允许欠厚标准统计如表1所示。

3.1 处理范围

防碳化涂层刷涂范围应视厚度缺陷所在的位置，采取拱部（缺陷仅在拱部）或拱墙范围（缺陷仅发生在边墙或拱墙都有）涂刷，拱墙涂刷防碳化层范围为二衬内表面自侧沟盖板顶以上范围。

3.2 施工工艺

防碳化层的施工可以使用相应机械，当遇到困难地段时，则采用人工刮涂。其施工工艺及施作要求如下：①二衬混凝土表面在喷涂前应进行仔细清洁，确保混凝土表面平整、无油污、无灰尘、干净湿润，不得有明显的水印。②喷涂后，初凝大概在40 min左右开始，固化开始约为8 h后，喷雾养护紧随其后，不得以喷水冲刷的方式进行养护，防止活性材料的流失。养护次数不得小于3～5次/d，养护时间为3～5 d。

水泥基渗透结晶型材料用量一般为1～2 kg/m2。机械喷涂时，其与水的比例为1：0.5。人工刮涂时，其与水的比例为1：0.3。喷涂及刮涂的厚度1～2 mm。

4 衬砌拱部局部拆除整治措施

4.1 设置临时支护

对拱部缺陷部位段拆除前后衬砌设置I20型钢钢架临时加固，临时加固段长度为5 m，钢架纵向间距1 m/榀。钢架两侧设置φ22定位钢筋，定位钢筋嵌入衬砌内不小于15 cm，环向间距1 m，交错布置，每根长度0.4 m。纵向设置φ22连接钢筋，环向间距1 m。

采用一排直径为φ25、单根长度为4 m的砂浆锚杆，对待拆段两侧边墙进行加固处理，纵向间距1 m，锚杆与钻孔之间采用环氧树脂充填密实[2]。

锚杆在经过拉拔力检测合格后，用它先凿出12 cm × 12 cm×8 cm（长×宽×深）楔形孔（孔底长宽尺寸15 cm×15 cm），清孔结束后采用膨胀砂浆封孔，对楔形槽周边20 cm的混凝土进行清理，并涂抹渗透性环氧树脂涂料。胶凝材料用量宜不少于350 kg/m?，膨胀剂掺量宜在10%～15%，水胶比宜不超过0.5。

4.2 初支背后无脱空时拱部混凝土拆除

操作平台可结合施工现场实际情况进行选取，既有台车、台架或购买、租赁的升降设备均可。专业施工班组工人采用砂轮机根据标记好的定位线切缝，以不超过混凝土厚度的2/3作为控制标准。采用风镐拆除混凝土时，从拱顶向两侧的顺序进行拆除。拆除工作要跳槽施工，严禁爆破，纵向单次拆除长度不超过1 m。根据现场实际施工情况做好土工布及防水板搭接量的预留，一般不宜少于40 cm。

若原结构为钢筋混凝土，需要对钢筋做防锈处理。原结构为素混凝土，则在新旧混凝土接触面植入2排φ16接茬钢架。钢筋纵向间距25 cm，单根长80 cm，采用钻孔植筋的方式，植筋埋入既有二衬长度不少于22倍接茬钢筋直径。

拆除后在两侧重建二衬脚位置径向设置2排φ25砂浆锚杆，纵向间距1 m，锚杆长度4 m。锚杆端头与二衬内侧钢筋或接茬钢筋焊接，锚杆与钻孔间隙采用环氧树脂填充密实。

施做新的二衬混凝土前布设环向φ50盲管（打孔波纹管+外裹无纺布）至拱墙附近，再顺接边墙φ50PVC半管，边墙范围凿槽利用破开的φ50PVC引排至侧沟。

铺设防水板及土工布，并与既有防水板焊接良好，搭接宽度不小于15 cm。新旧混凝土面设置止水胶，宽度2 cm。采用同等级混凝土浇筑拆换部分混凝土，并进行养护。拆模后利用雷达等无损扫描技术进行二衬厚度检测，强度达到设计要求注浆回填。

监控量测稳定，无变形后拆除临时钢架，拔出定位钢筋，然后用环氧砂浆封闭钢筋孔。拆除完成后，采用钢丝刷清理新旧混凝土接缝两侧20 cm范围混凝土表面，并涂抹渗透性环氧树脂防水涂料。

4.3 初支背后脱空时拱部混凝土拆除

对于初支因为欠挖或者沉降变形侵限的情况，如果进行局部初支的凿除后，初支厚度仍满足要求的，可不拆除初支。

初支背后注浆处理方法如下：①根据拆换范围按照1.0 m×1.0 m间距布置注浆孔，现场应根据缺陷范围及形状调整。②注浆管采用φ42锚管，每根长度4.5 m，梅花形交错布置，在锚入岩石端布设间距15 cm的φ6 mm注浆孔。锚管尾部焊接垫板，垫板与衬砌内侧密封。③注浆材料采用纯水泥浆，浆液配比（0.8～1）：1，并通过现场试验调整，注浆压力控制在0.5～1.0 MPa，并稳压5 min以上。④注浆完成后同上方法拆除衬砌混凝土。

5 仰拱拆除施工方案

确定拆换处理位置，按照紅线问题台账显示的里程，由测量班放样确定缺陷中心位置，并将缺陷位置按照中心位置向大小里程标出需要拆换的范围。为保证位置准确，将位置向四周边界边界各加宽1 m。采用人工配合机械方式拆除。仰拱拆除时采用纵向分段跳槽方式，Ⅲ级围岩不超过3 m/循环，IV、V级围岩不超过1 m/循环。

对拆除段仰拱设置5 m长的工20b型钢钢架进行临时加固，间距1 m/榀，确保临时钢架与衬砌密贴，拱脚稳固。同时于边墙脚位置设置三排φ25砂浆锚杆锁脚，长4.0 m，纵向间距1.0 m。钢架之间采用直径22带肋钢筋连接，环向1.5 m一道。

对钢筋混凝土仰拱，在恢复原设计钢筋布置后，对钢筋进行除锈处理。对素混凝土仰拱，拆除边界施工缝设置2排φ16接茬钢筋，纵向间距25 cm，单根长80 cm，采用钻孔植筋方式，植筋埋入既有仰拱混凝土长度不少于22倍接茬钢筋直径，以保证新旧混凝土之间连接良好。

仰拱钢筋恢复，在破除旧混凝土之后，清理仰拱底部虚渣及欠挖部位，将破除混凝土过程中碰撞变形钢筋调直。损伤钢筋采用帮焊补强，长度不短于75 d。新旧混凝土接缝处设置止水胶，宽2 cm，以改善其防水性能。

采用较原设计高一个等级的混凝土进行浇筑，在达到设计强度后回填注浆。浇注混凝土前对浇注区混凝土壁面进行湿润。通过灌料孔灌入混凝土，并采用插入式振捣器振捣。拆换施工后，用钢丝刷清理新旧混凝土接缝两侧20 cm范围混凝土表面，并涂抹渗透型环氧树脂防水涂料。

6 监控量测

拆除前，先对整治段及其两侧既有隧道洞内布设监控量测点，以监测施工过程中及施工后隧道衬砌及围岩收敛状态。

安排测量人员定期跟踪观测并详细记录，及时进行整理，并绘制净空位移（拱顶下沉和周边位移）（u）-时间（t）的关系曲线。根据所绘各曲线的变化情况与趋势，判定围岩稳定性及时预报险情。确定施工时应采取的措施，提供修改设计参考依据。当位移速度及位移量过大时，则应加强监视，增加量测次数，并请相关部门处理。根据量测结果，结合相关技术规定，召开会议研究讨论后形成意见并指导现场施工。

加强过程监测，特别是二衬背后脱空处理过程中，做好监测点定时检查变形情况，一旦出现变化较大时，立即停止施工，并采取加固措施。

7 隧道衬砌厚度不足整治注意事项

具体有以下8点注意事项：①二次衬砌欠厚处理，严禁采用爆破施工，控制每次的纵向拆除长度符合规定要求。②做好新旧混凝土接合面的处理，保证混凝土接茬满足设计规范要求，不产生新的质量缺陷。③整个拆换过程，测量人员务必密切关注拆换段及相邻段落的沉降数据变化，若发生异常情况，立即进行临时钢架的支护及其他紧急措施，保证安全。④纵向应分段跳槽进行处理，II、III级围岩每次分段长度不大于3 m，IV、V级围岩每次拆除长度不大于1 m。⑤当缺陷跨越环向施工缝时，应在该处予以隔断。⑥临时钢架要紧贴二衬内表面。⑦为防止临时钢架压坏水沟电缆槽，置于盖板上的钢架，在其底部加设厚16 mm、长0.5 m、宽50 cm的纵向钢板。⑧二衬拆换边界施工缝应涂抹防水涂料，或在衬砌中心设置橡胶止水胶进行防水处理，两端环向施工缝处可埋设环向50 mm排水盲管以加强排水。

8 隧道衬砌厚度不足整治常见问题及解决方法

8.1 无方案施工

表现为现场通过无损自检后发现衬砌厚度不够问题时，担心被上级单位记入红线问题库，甚至进行考核，因而私下进行拆换，由此增大施工风险也留下极大质量隐患。

解决方法是需如实上报问题库至上级单位，按照上级单位下发的缺陷整治图纸进行专项施工方案的编制和报批，根据已报批完成的方案对现场进行安全技术交底后，方可施工[3]。

8.2 未进行无损复测或者打孔验证

表现为发现问题后，未进行进一步校核及打孔复测等措施，而是直接认定为存在缺陷问题，导致本来可能不需要拆换的而进行拆换，由此增大了施工风险和质量隐患。

对此要及时派相关专业技术人员进行无损扫描复测，必要时进项打孔验证，复核问题的真实性。

8.3 过程处理未留存整理相关影像资料

表现为现场整治过程未按照要求进行过程中的影像资料采集及相关表格的签认，导致缺陷整治资料缺失。

解决方法是需要严格执行报检制度，并留存好过程影像资料，按照归档要求一处一档。

8.4 未安排专人负责缺陷整治工作

缺陷整治工作是一个系统且繁杂的工作，要安排专人进行现场监督、资料收集编制、过程销号，后续归档等。目前一些施工项目上在缺陷整治方面人员安排比较随意，出现了无相关经验的人员进行兼管或代管的现象，这对后续整治工作极为不利。专业人干专业事，要安排具备相关业务素质的人员进行协调管理，这样会起到事半功倍的效果。

9 隧道衬砌厚度不足问题的预防措施

解决问题要坚持源头控制，厚度不足绝大部分是由于初支侵限导致的，而初支侵限又跟欠挖有直接关系。除了做好光面爆破、动态调整爆破参数等常规措施外，每次开挖完成后，现场管理人员必须通知测量人员对开挖轮廓线进行复测，存在欠挖的位置用红漆标记，由现场管理人员督促施工班组立即进行欠挖处理，处理后测量人员再次进行复核，直至欠挖处理合格。

防水层施工前测量人员要对初支面进行断面复核，局部喷层过厚侵限的，立即安排工人进行初支表面的凿除，直至合格为止。二衬台车制造时轮廓半径扩大5 cm预留量，确保浇筑后衬砌内轮廓不侵限。二衬台车定位准确，保证现场不会因为台车定位偏移造成单侧混凝土厚度不足。定期对二衬台车进行全方位检查，重点检查液压系统、模板系统等。二衬混凝土浇筑过程中，时刻关注支撑杆件，如有松动，及时处理，避免因支撑系统松动或故障，导致模板偏离既定位置而造成混凝土侵限。

不仅洞身开挖要严格进行测量放样标记轮廓线，隧底开挖同样要先放样，后钻爆。许多施工班组因觉得流程繁琐，凭经验进行隧底钻孔，结果超挖、欠挖情况层出不穷。尤其是欠挖，隧底补炮费时费力，一旦现场管理人员监控不严，仰拱则出现欠厚情况。因此，隧底开挖前，测量人员务必进行轮廓线的标记，且在开挖过程中，随时复核，确保隧底不欠挖。

定期组织全体现场管理人员进行相关技术能力考试，以红头文件的形式对考核记结果进行奖优罚劣并正式下发。严格落实“三检制”把握好过程中的每一个环节，每一步施工绝不为下一步工序留隐患。

10 结束语

隧道衬砌厚度不足的问题虽然无法彻底杜绝，但却可以很好地控制。从源头出发，抓好过程控制、工序验收；出现问题后不盲目整改，依照设计文件进行整治；切实做好隧道衬砌厚度不足的整治工作，不为运营阶段留隐患；清问题存量，降问题数量，才能切实提高衬砌施工整体质量，降低缺陷整治成本。

参考文献

[1] 常浩.隧道工程拱顶质量问题及其处理研究[J].工程技术研究，2019，4（16）：105-106.

[2] 林朋飞，张智超，李振东.隧道二次衬砌厚度不足及脱空原因分析与整治措施[J].工程建设与设计，2019（22）：98-99.

[3] 彭勋.新建高速铁路隧道衬砌结构缺陷成因及整治[J].铁道运营技术，2022，28（01）：1-3.