隧道二次衬砌混凝土施工问题及措施

邵宗文

（云南省公路工程监理咨询有限公司,云南 昆明 650000）

0 引言

随着我国经济的不断发展，交通运输日渐繁荣，导致交通压力加大。为了缓解交通压力，新建高速公路越来越多，隧道工程数量也呈现增长态势。二次衬砌混凝土施工是目前隧道衬砌工程主要采用的施工技术，通过二次支护为隧道围岩提供更安全的支撑。在隧道建设中，二次衬砌容易出现拱顶空洞等各种质量问题，不仅影响美观，还会影响工程整体质量。该文通过介绍隧道二次衬砌混凝土施工采用合理的施工工艺以及质量控制措施，为实际工程建造提供一定的参考。

1 工程概况

大理－漾濞－云龙－兰坪高速公路云龙至兰坪段新井隧道工程设计为分离式长隧道，起于大理州云龙县关坪乡北侧，顺接大理至漾濞至云龙段高速公路（大理段一期工程），止于怒江州兰坪县金顶镇东北的大公甸，与拟建鹤（庆）兰（坪）高速公路止点相接，路线长71.601 km。新井隧道按新奥法设计，采用初期支护和二次衬砌相结合的复合式衬砌。整个工程涉及的地形地质情况较为复杂，工程实施难度大、技术要求高，地质、水文条件错综复杂，要全面考虑气候、地面沉降等客观自然地理条件，因此需要在工程实施之前进行实地考察与勘验。整个高速公路隧道工程任务量大，二次衬砌难度较高。施工实践中，对二次衬砌混凝土施工技术及存在问题加以分析，提出优化方案，既能保证整个工程的安全高效实施，也为之后的高速公路隧道二次衬砌实施方案提供参考。

2 隧道二次衬砌功能研究

2.1 增加隧道的安全性能

在隧道建设初期，围岩的稳定性主要是由初期支护承担的，但是，由于部分岩体如软岩具有喷射混凝土、锚索、钢柱以及支护围岩等时间流变特点受周围环境以及其他不确定因素影响，岩体稳定性会随着时间的延长而减弱，如岩体受到地下水的腐蚀等，就会导致岩体强度下降，进而影响隧道的稳定性。为了提高隧道的稳定性，提高隧道投入使用后的安全系数，在隧道建设过程中可以采取二次衬砌法，用以改善隧道的支护系统稳定性，克服其他因素导致的安全系数下降问题[1]。

2.2 控制围岩的变形

近年来，高速公路数量不断增加，隧道建设工程也随之增加。由于高速公路隧道使用年限长，为了保证隧道在运营期间以及投入使用后永久稳定、安全美观，隧道施工需要采取二次衬砌法做好隧道质量控制工作。调查结果显示，如果隧道围岩地质条件良好，那么隧道初期支护依据新奥法施工原理施工后，隧道结构基本稳定。但是如果位于地质条件一般的地段，初期支护很难保证隧道长久稳定，加之变形时间长，大部分隧道都需要通过二次衬砌法，加强围岩结构变形支撑。而隧道二次衬砌的另一个原因则是防止在隧道建设完工投入使用后稳定性不足，在遭遇破坏力较强的自然灾害时，初期支护不能完全保证围岩稳定，承受塑性区围岩的蠕变压力或受到其他附加压力时，会造成周围的构造物损伤。因此，在隧道建设阶段，需要通过二次衬砌法来控制围岩的过多变化，加强山体支撑稳定性。

2.3 其他功能

混凝土断面本身粗糙度比较高，隧道内风流与墙壁碰撞，气流分子相互扰动、碰撞形成的摩擦力很大，内部环境就会受到风压影响，对隧道内的通风节能以及施工期内氧气含量都特别不利。二次衬砌法的应用，不仅可以降低风压带来的负面影响，还可以降低能耗、节约资源。二次衬砌还可以负担灯具、通电机具等设备的重量，在提高光照度的基础上又保证不会产生眩目的感觉，同时还可以维持内部温度、支撑防水层，从而避免初期支受到的腐蚀，并增加洞内的消防效果[2]。

3 隧道二次衬砌混凝土浇筑施工特点

3.1 施工作业空间非常有限

在现代高速公路隧道工程建设过程中，隧道长度一般比较长，穿越的地质地层条件也比较复杂，隧道内部施工条件、施工环境恶劣，隧道内二次衬砌混凝土施工比露天混凝土施工难度更大。隧道二次衬砌的施工是以初衬的支护结构作为基础，采取复杂的混凝土浇筑施工技术，施工难度高、施工环境恶劣、作业空间狭小，各工序之间干扰大，加之隧道内能见度低、空气差、噪音大，在有限的空间内开展二次衬砌混凝土施工作业十分不便，存在很大的安全风险。

3.2 混凝土施工要求严格

高速公路隧道对二次衬砌混凝土施工有十分严格的规定，但事实上，很多二次衬砌混凝土施工不合格，配合比参数控制不严、随意添加外加剂、混凝土的用水量控制不准确等问题层出不穷，甚至有部分施工人员会在混凝土运输和泵送过程中私自加水。此外，混凝土施工需要确保其持续性，一旦发生施工中断将会影响到整个工程的施工质量。为了预防此类问题的发生，施工单位必须严格遵循国家有关方面的施工技术规范与准则，加强混凝土拌和质量管控，采取科学合理的质量控制措施，如放置遇水膨胀止水条或止水胶、凿毛建筑施工缝等方法，杜绝违规施工操作[3]。部分施工方为了保证工期进度，混凝土未达到标准养护天数或者强度未达到设计强度就提前脱模，脱模后不及时进行养护管理，这无疑会破坏混凝土结构，影响工程质量。为了保证隧道结构稳定性，施工方需要严密把控二次衬砌混凝土施工流程以及施工操作的规范性，在混凝土施工时要确保一次成形，通过管理工作加强不同施工阶段作业的严密性、连贯性。

3.3 二次衬砌振捣难度大

二次衬砌混凝土浇筑前，需要通过振捣使混凝土密实结合，如果没有振捣或振捣密度不够，就会导致混凝土均匀性差，隧道结构出现不同程度的蜂窝。在隧道混凝土浇筑过程中一般会搭设模架，如果采用钢扣件连接模架，将振捣嘴与浇筑口设置在同一边壁上，就很难实现混凝土的均匀振捣。隧道曲面墙的钢筋布置密度比较大，在对内部各点进行振捣时采用普通的振捣棒难以发挥作用，如果采用附着式振动器很容易损坏刚性较低的模架。如果采用衬砌台车进行混凝土浇筑，受衬砌台车自身强度较大的影响，无法直接通过振动棒振捣侧壁内部。采用附着式振动器对各点的振捣效果也会大打折扣，难以保证混凝土内部分层密实。另外，在对上部混凝土进行浇筑的过程中，下部混凝土有可能已经开始初凝，再次采用振捣器就很容易把下部混凝土震坏。

4 隧道二次衬砌混凝土施工常见问题以及对策

4.1 混凝土回弹强度不合格

在隧道浇筑工程中，混凝土强度不合格会导致隧道产生严重的质量问题，使隧道结构承载能力下降，在投入使用后会大大缩短使用年限，隧道工程的防渗漏、抗冻性能及耐久性也会下降，因此相关单位必须重视混凝土强度不足问题，采取有效措施预防该类问题出现。上述情况的原因主要有以下几点：一是在配制混凝土的过程中，所用原材料中的细集料石粉含量超标，导致混凝土成分不达标，不符合规范要求。二是在混凝土拌制过程中，拌和参数控制不严，各种材料掺配误差超过规范要求数值，最终导致混凝土回弹强度不够。三是现场浇筑时或者在混凝土浇筑完毕以后，施工人员没有进行很好的振捣，浇筑混凝土时振捣工作不到位或者浇筑不连续出现中断，振捣不均匀，局部出现区域性漏振现象。四是用水量过大，这是由于施工人员为了施工方便，经常往混凝土中加水以增加混凝土流动性，使得混凝土表面水胶比例扩大，硬化后表面硬度不够、回弹强度不合格，导致后期混凝土离析。针对此类现象，监理人员需要严格把控混凝土施工流程，具体来说就是要求施工单位对进场原材料严格把关，每批水泥材料进场后均需对水泥与外加剂进行相容性试验，对砂、石材料进行含泥量、压碎值、颗粒级配等指标检测，各项原料合格后方可投入使用。同时，加强混凝土拌和站的质量管控工作，保证各种材料掺配误差满足规范要求，每车混凝土出站前均需进行检测，满足要求后方可出站。加强对现场施工人员的技术交底工作，严格按照混凝土施工工艺施工，杜绝施工人员私自往混凝土拌和物中加水。

4.2 拱顶空隙问题

在隧道施工过程中，施工不当很容易导致二次模筑衬砌的拱顶产生空隙乃至脱空、空洞。该项目也是高速公路隧道工程验收环节的必测项目。造成该问题的原因可归纳为以下两方面：一是在浇筑过程中未能充分排除拱顶的空气，产生拱顶空洞问题。二是由于某些无法预见的因素，造成拱顶未填充密实饱满而产生空洞问题，如管路堵塞等。针对这一问题，可以采取一些安全措施，例如把排水阀设定在拱顶处，观测拱顶的排水状况，浇筑过程中一旦观测到混凝土从排水阀中排出，那么就表示拱顶的混凝土已浇筑饱满[4]。另外，还可以采用强度、刚性都较大的模板架体系，在浇筑过程中借助混凝土泵压使拱顶处混凝土夯实。此外，隧道往往都有一定的坡度，混凝土具有良好的和易性，混凝土灌筑应从低到高灌注，这样可以使拱顶填筑密实无空隙。

4.3 钢筋保护层厚度合格率普遍偏低

二次衬砌钢筋保护层厚度控制问题是施工质量控制工作的难点和重点，也是测量高速公路隧道工程主体耐久性的重要硬性指标。高速公路隧道二次衬砌施工中，钢筋保护层厚度不均、合格率较低是经常出现的质量通病。导致这一问题出现的原因主要有以下几方面：首先，工程管理人员对二次衬砌钢筋和台车验收流于形式，未进行实测实量等关键性验收步骤。施工过程中钢筋和台车定位放样不准，出现中线偏位，导致台车两侧二衬钢筋保护层不均匀，合格率大大降低。其次，仰拱施工时，预留钢筋线型不顺、偏位，导致二衬钢筋搭接、焊接后出现钢筋骨架扭曲、偏位，致使钢筋保护层不均匀，合格率偏低。面对此问题，一般可以采用如下处理方式：一是严格管理与监控整个施工流程，对钢筋施工班组进行技术交底，加强与施工人员之间的联络与沟通；二是要加密二衬拱腰位置的定位钢筋，确保台车定位和浇筑混凝土过程中钢筋不发生移位晃动。在仰拱钢筋施工过程中，相关人员密切关注二衬预埋钢筋的定位环节，确保衬砌钢筋的准确定位安装。同时，在混凝土浇筑时，应进行分层对称浇筑，防止偏压导致模板变形或位移，以保证二衬钢筋的施工质量，提高钢筋保护层合格率。

5 提高隧道二次衬砌混凝土施工质量的措施

5.1 加强原材料质量控制

二次衬砌混凝土施工需要尽可能发挥初期支护的承载能力，但又不能超过其承载能力，因此，二次衬砌混凝土必须具有强度高、耐久性好等性能。施工单位要使用性能较好的混凝土以保证其安全性，并在设计配合比时严格控制配合比参数，以确保混凝土的坍落度。采取严格控制原材料进场的措施，一方面，要求施工单位做好自查工作，监理时刻进行抽查，符合要求后方可投入使用；另一方面，做好混凝土拌制过程的质量控制工作，确保所有的掺配参数都符合规定，满足要求后方可出站。

5.2 规范施工工艺以及现场操作

施工中，结合作业水平和作业环境，采用合适的施工工艺，杜绝隧道二次衬砌混凝土施工常见问题。现场施工人员需要严格按照混凝土施工工艺施工，不断优化施工工艺和作业流程。与此同时，混凝土在施工过程中，还要加强对现场施工人员的技术交底工作，在浇筑过程中提高混凝土振捣均匀性，确保混凝土施工连续性，保证二衬钢筋的施工质量，并提高钢筋保护层的合格率。

5.3 强化施工监督管理工作

在高速公路隧道二次衬砌施工中，对工程质量的把控是一个系统工程。首先，要严格把控二次衬砌混凝土浇筑时间，做好监督测量工作，严格按照测量数据指导施工，保证每一道工序的验收均严格执行“三检制度”，检查合格后方可进入下一道工序施工。在隧道施工过程中，部分监理人员往往采用人眼观测、经验判断等方式进行计算，忽略实际测量操作，没有做到根据有关规定以及数据来指导工程施工，没有认真做好动态管理工作。相关单位需要严格执行“三检制度”，做到施工过程中严密观测、及时纠偏，层层落实各环节作业流程以及监管责任，确保各工序有人管、有人验、有责担。在隧道模架的重要部位设立监测站，随时了解混凝土的施工状况以及变化情况，提高二衬混凝土施工质量[5]。

6 结语

随着国民经济的发展，为了方便交通，我国修建的高速公路数量越来越多，相应的新建隧道也越来越多。在隧道施工建设过程中，二次衬砌混凝土施工质量直接关系到隧道工程质量，不仅承载着隧道防水、安全储备以及美化外观等作用，还具有提升支护衬砌安全性的重要作用。传统的隧道二次衬砌混凝土容易发生缺陷，针对隧道二次衬砌混凝土施工常见问题，明确隧道二次衬砌混凝土施工要点，提高二次衬砌混凝土的整体性及力学性，保证隧道二次衬砌施工质量，从而减少高速公路运营时隧道衬砌发生灾害的风险，为类似工程施工提供相关经验。