公路隧道衬砌背后空洞注浆处治的应用分析

文／闫川 中铁十四局集团第五工程有限公司 山东济宁 272000

引言：

衬砌是一种永久支护结构，在隧道工程中有着广泛的应用，可以在很大程度上提高隧道的预应力，有效的避免围岩变形或坍塌，保证隧道工程的安全性。但是在实际施工中，衬砌之后可能会产生空洞，从而影响施工的质量。传统的处理空洞的方法有回填压降、降低水位、锚杆补强等等，效果一般。因此想要有效的处理衬砌背后的空洞问题，必须进行处理方法的优化。通过注浆处理的方式进行隧道空洞的处理具有良好的效果，可以显著提高施工质量，保证工程安全。基于此，相关施工人员应该结合衬砌空洞形成的原因，有针对性的选择注浆技术进行空洞的处理，以此来提高工程质量。

1.公路隧道衬砌背后空洞病害的概述

1.1 衬砌背后空洞病害的特征

衬砌背后空洞病害会给隧道带来不良影响，相关施工人员需要对空洞的病害的特征有深刻的认知，才能够科学的进行空洞的注浆处治。一般而言，隧道衬砌后的空洞会存在于拱顶、边墙以及拱腰等位置，通过对各处空洞大小形状等的分析，可以发现在隧道的衬砌背后，最为严重的空洞问题在拱顶处，其次是拱腰，最后是边墙处。施工人员在处理的过程中，应该注重对这三个位置的分析，尤其是拱顶处。

1.2 衬砌背后空洞病害的形成原因

衬砌是提高隧道预应力的重要方法，但是在进行隧道衬砌施工后，容易产生空洞，是一种较为严重的病害，必须进行及时处理，才能够保证隧道中的安全行车。这就需要相关人员能够深入了解衬砌背后空洞产生的原因，从而结合实际有针对性的进行解决。通过对目前衬砌背后的空洞形成原因分析，主要受到了以下几种因素的影响：一是岩石隧道光面爆破问题。有些单位在进行爆破施工时，由于装药不科学或者炮眼位置不合理导致开挖面不够光滑，存在严重的凹凸。在这种情况下，利用钢筋网进行支护，就会使得钢筋网与围岩之间存在一定空隙，从而产生空洞。二是混凝土的模筑厚度不足。该问题主要发生在二次衬砌的过程中，在进行衬砌时，需要注入泡沫混凝土。但是在注入的过程中，可能存在泵送压力不足或者抽拔泵管时间不合理等情况，导致难以将拱顶的混凝土填充满，从而产生了较大的空洞。三是模板支架问题。衬砌属于永久性支护，如果支护底部的存在质量问题，就会导致其难以承载顶部模板的重量，从而导致拱顶的混凝土脱落产生空洞。四是边墙位移问题。在进行二次衬砌的过程中，必须要再次进行墙底部的浇筑，否则就极有可能导致边墙发生位移，使得拱顶下沉，混凝土脱落，产生空洞。五是施工材料问题，在进行衬砌的过程中，施工材料是基础，对施工质量起着决定性作用。如果相关施工材料不能达到工程标准，如砂粒过细等等，久而久之就会导致所衬砌的混凝土下沉，从而产生空洞。

1.3 衬砌背后空洞病害的危害

隧道衬砌后容易形成空洞病害，这种病害会在较大程度上给隧道带来危害。首先，空洞病害容易导致衬砌边缘出现开裂。同时衬砌背后的空洞成为了水的天然通道。在有水经过时就会不断地渗漏，逐渐的进入到衬砌中，使得钢筋网在一定程度上受到腐蚀，降低了其使用年限，带来了安全隐患。其次，空洞病害会导致围岩的稳定性降低。当隧道衬砌背后出现一定的空洞时，处于空洞上方的围岩等就很有可能发生脱落，从而给衬砌造成相应的冲击。如果衬砌具有足够的强度，那么围岩石块就会压在衬砌上。反之则会导致衬砌破损，与围岩石块一同脱落到隧道之中，使得地表出现塌陷的情况。

1.4 衬砌背后空洞病害的防治方法

在进行衬砌背后的空洞病害的防治时，可以通过注浆处治的方式解决空洞问题，具有良好的效果。其一，在进行注浆处治之前，需要进行临时钢架锁脚施工，为注浆施工提供支持，主要施工方法如下：首先，确定注浆钢管位置。施工人员应该将其置于临时钢架落底。注浆钢管的纵向间距需要和钢架有所对应，它通常情况下间距可以设为一米或者半米。其次，注重注浆导管的选择，施工人员可以使用φ108 无缝钢管，壁厚6 毫米，长度3.5 米，注浆孔径20 毫米。其二，在空洞的处治施工方面。施工图如下图1 所示。

图1 空洞的处治施工图

实际施工过程中，需要在以下几个方面加以重视。一是施工人员在向空洞中灌注混凝土时，要注意对浆孔间距的控制，应该保证纵向间距在5 米左右。二是施工人员应该科学的进行灌注材料的选择，想要有效的解决空洞问题，应该保证在注浆后，隧道中的衬砌能够均匀受力，这就需要在材料的选择上深入思考。泡沫混凝土是一种良好的灌注材料，能够与衬砌进行有效融合，形成缓冲作用，在一定程度上提高了衬砌的承载力。三是施工人员应该根据空洞的大小进行填充高度的确定。在进行空洞处治的过程中，如果处理的是一般路段，那么在进行泡沫混凝土的填充时，高度应该控制在1 米以下。如果处理的是大塌方路段，那么在拱顶进行填充时高度需要增加，通常情况下不应该低于2 米。通过这种方式，可以在一定程度上缓解上方围岩石块脱落给衬砌带来的冲击，促使衬砌的作用能够得到有效发挥。四是施工人员在完成泡沫混凝土的衬砌后，应该进行及时密封，可以通过防水砂浆进行密封，再进行抹平砌实，让其和原来的衬砌保持水平。其三，在衬砌背后虚渣的处治方面，施工图如下图2 所示。

图2 衬砌背后虚渣处治施工图

在进行虚渣处治，应该注意以下几点：一是对衬砌背后虚渣进行Φ42 钢花管注浆加固，Φ42 钢花管进入衬砌背后长需要大于1 米。同时将注浆孔纵向间距控制在1米左右，将环向间距控制在1.5 米以内。二是注意合理安排空洞回填和虚渣处治。在施工的过程中，如果发现衬砌背后存在空洞，应该先进行回填，然后才能够进行虚渣的处治，否则在回填后会产生虚渣。三是注重对注浆材料比例的配置，要保证水泥浆和水灰的比为1:1。四是对于回填碎渣较薄（厚度小于1 米）的施工期大塌方段落，碎渣注浆后，穿透碎渣继续灌注混凝土，泡沫混凝土与碎渣总层厚不小于2 米。

2.公路隧道衬砌背后空洞注浆处治的介绍

2.1 二次衬砌背后注浆处治的原理

进行二次衬砌背后空洞的注浆处治主要是借助相关的注浆设备来完成，通过泵送的方式经泡沫混凝土注入沿着注浆管注入到空洞中。让泡沫混凝土在在初期支护和二次衬砌中发挥出关键作用，增强二者之间的结合力，以此来促进隧道预应力的提升。利用注浆处治的方法解决空洞病害问题效果显著，同时施工简单、成本较低、施工速度较快。通常情况下，施工人员所选择的灌注材料为泡沫混凝土，其具有环保和耐久的特征，是进行空洞灌注的绝佳材料。

2.2 二次衬砌背后注浆处治的施工工艺

在利用注浆处治法进行衬砌背后的空洞处理时，在进行钢架锁脚施工、钻孔施工、泡沫混凝土的注入施工上需要对相关事项加以注意。

首先，在进行临时钢架锁脚施工的过程中，一是需要进行钻孔。钻孔前需要进行钻孔的位置标记。然后以孔角为30°进行钻孔，钻孔深度大于锚管锚固长度的95%，但超长值不大10cm。二是锚管制作及安装，采用Φ108壁厚6mm 热轧无缝钢管，安装时用凿岩机直接将钢管打入孔中。施工人员应该对锚管安装位置有所注意，要保证其处于居中位置。这种方式可以使泡沫混凝土在杆体四周均匀包裹。在孔口处，施工人员利用止浆塞进行封固，不进能够有效固定锚管，同时页也可避免浆液外溢。三是注浆孔一次钻到设计全深，使用止浆塞由孔底分段向外注浆。

其次先在钻孔施工的过程中，施工人员需要对现场进行深入勘察，保证钻孔位置的科学性，明确钻孔的数量，然后在需要钻孔处进行标记。在一切准备就绪后，可以利用钻机进行钻孔操作，然后将注浆管顺着钻孔插入到衬砌后面的空洞中。需要注意的是，注浆管的长度必须要能够满足注浆的要求。在钻机的过程中，每钻完一个孔后，需要仔细核查，检测其位置是否科学，是否有助于顺利注浆。如果所钻空洞存在问题，应该及时与设计人员进行沟通，结合实际有效调整。

最后在泡沫混凝土灌注的过程中，具有较多的施工要求，具体如下：

在进行泡沫混凝土的灌注之前，需要对注浆管路进行严格检测，保证各个管路能够有效连接。同时需要进行注浆管路的试压，进行漏浆检测。如果发现存在漏浆问题，应当及时处理，然后再次检测，直到合格为止。同时，施工人员还需要对注浆泵进行检测，保证其性能能够与泡沫混凝土相适应，并且注浆泵的压力应该小于0.3Mpa。此外，注浆之前，相关施工人员还需要进行配比实验，以此来保证所注入的泡沫混凝土在流动性以及强度等方面可以达到工程标准。作为注浆的主要材料，泡沫混凝土的质量决定着整个注浆施工的质量，因此必须要保证配比科学。

在注浆的过程中，应该严格按照相关顺序进行，做到从上至下、由少至多以及从两端向中间。需要注意的是，在隧道的空洞中可能存在积水，应该先将积水排出后，在进行泡沫混凝土的注入，否则会影响灌注的质量。也就是说，在注浆之前，施工人员应该进行工程的防排水处理。在套拱与既有衬砌之间设置完善的排水系统，Φ50 环向排水半圆管正常段每5m 布设一根，在渗水严重部位加大管径Φ100 环向排水半圆管，纵向排水管全隧道埋设，横向引水管间距20m 设置一道；采用EVA复合式防水层，EVA 防水板厚1.5mm，土工布单位面积质量为350g/㎡。铺设防水板、土工布采用自制作业平台进行作业。如果隧道原衬砌存在整环滴漏、涌流状、大面积显著渗漏水及衬砌背后赋水段等情况，施工人员应该在拱脚环向排水管位置Φ40 引水孔，隧道洞内涌水段应在对应引水孔位置设置独立横向引水管直接排入中心沟。保证隧道衬砌背后空洞没有积水。除此之外，排水体系还需要考虑保温措施，对于纵向管检查井填充酚醛泡沫进行覆盖保温，中心沟出水口采用掩埋保温圆包式出水口，保证积水等可以顺利排出进行注浆时，施工人员需要进行实时监测，一旦发生异常，可以做到第一时间进行处理。通常情况下，灌注泡沫混凝土的过程中，可能会出现以下问题：排水系统堵塞、存在污染水源以及串浆等等。针对这些问题，可以通过一下几种方式进行解决：一是降低灌注压力或采用间歇灌注，二是改变灌注材料或调整浆液凝胶时间。三是停止灌注，调整灌注方案。施工人员应该具体问题具体分析，选择恰当的处理方式。需要注意的是，如果第一次注浆后发现空洞内部不够饱满，那么施工人员需要结合实际进行二次补浆。

此外，相关施工人员应该能够进行结束灌注的情况的判断，明确泡沫混凝土结束灌注的标准，需要结合实际的泡沫混凝土的灌注量以及时间等进行确定，具体如下：当上游相邻孔口出现冒浆时，施工人员需要立即停止注浆。当灌注压强已达到设计终压，且稳压10 分钟后，需要停止注浆。在完成泡沫混凝土的灌注后，施工人员应该及时将注浆管等辅助设备割除，然后利用防水砂浆进行密封。

3.公路隧道衬砌背后空洞注浆处治的应用要点

3.1 工程概况

本工程为六盘山隧道是国道312 线西安至兰州段的修复加固改造。六盘山隧道为单洞，总长2385m，设计里程桩号为K6+240～K8+625，进口设计高程2335.30m，出口设计高程为2392.54m，隧址区地势西高东低，隧道纵坡为单向坡，坡度为+2.4%。隧道内设通风、照明、消防、供配电等系统。

本次加固改造主要采用套拱施工，对既有衬砌背后空洞进行填充、衬砌背后虚渣进行注浆、衬砌劣化和开裂错台严重段落进行局部置换、衬砌裂缝和渗漏水病害进行处治。为确保建筑限界净高，降低既有路面高度55cm，仰拱加深、加厚施做新仰拱，套拱及仰拱采用C40 高抗硫酸盐混凝土，隧道路面采用复合式路面，机电设施改造、洞外配电房等施工。拆除原有洞门，对新断面洞门进行施工。并做好相应管线沟槽及路面结构层及接线工程交通安全设施工程的施工。

3.2 确定衬砌背后空洞产生原因

在六盘山隧道是国道312 线西安至兰州段的修复加固改造工程中，为了更好的处理衬砌背后的空洞问题。在进行施工之前对空洞形成的原因进行了深入分析。发现六盘山隧道衬砌背后形成空洞的原因主要有以下几种：

一是设计因素。该公路始建于1991年，在1997年正式建成通车，也就是说六盘山隧道修建时间较早，施工时采用的是先拱后墙法，这种方式会导致施工人员在向下开挖的过程中，使得拱顶会在一定程度上发生下沉。在施工的过程中，拱顶处的衬砌就应该会被破坏，导致其与围岩之间脱离，从而产生了较大的拱顶空洞。

二是施工因素。在早年的隧道衬砌施工中，有些施工方法较为陈旧，难以有效的进行质量控制，从而导致空洞的出现。首先六盘山隧道爆破的方式存在问题，导致爆破面存在严重凹凸不平的情况，在进行衬砌施工时，需要将相关的钢结构网贴靠在围岩上，由于凹凸不平，所以使得围岩和钢结构网之间存在缝隙，形成空洞。其次六盘山隧道在进行二次衬砌的过程中，泵送的压力不足，导致模板不能被充分填充，从而在各个部位出现空洞。最后是混凝土材料问题，混凝土的质量一般，在衬砌后容易出现开裂等情况，从而产生空洞。

三是养护因素，在完成衬砌施工后，需要进行可耻养护。隧道具有一定的特殊性，其经常有汽车经过，汽车带来的振动，会导致围岩松动，从而出现掉落的情况，如果不定期养护，就会使得这种情况愈发严重，从而产生空洞。

结语：

综上所述，衬砌背后空洞必须进行处理，才能够保证隧道的安全。因此对空洞注浆处治进行研究具有重要价值。本文分成三个部分对其进行研究，第一部分从衬砌背后空洞病害的特征、形成原因、危害、防治方法上进行了深入研究。第二部分从二次衬砌背后注浆处治的原理以及次衬砌背后注浆处治的施工工艺两个方面展开分析。第三部分结合六盘山隧道段的修复加固改造，对空洞形成原因和处理效果技术进行了概述。经过论文分析，可以发现注浆法处理空洞具有良好效果。