高速公路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施

高速公路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施

杨记

中铁二十三局集团第六工程有限公司 ，重庆 401121

摘　要：由于混凝土浇筑不充足，高速公路上隧道的二次衬砌导致拱顶脱空是一个很常见的问题。拱顶破裂不仅改变了混凝土结构的承受状态，还增加了混凝土结构在拉伸时受损的可能性，损害了二次修复后的持续荷载。提高高速公路隧道建设质量尤为重要。可以在二衬混凝土后面填充水泥压浆，这不仅可以填充混凝土裂缝不致密的裂缝，还可以使初始支撑和二衬一起受力，还可以阻挡地下水。

关键词：高速公路隧道；二次衬砌；脱空；原因；防治措施

在高速公路建设中，二次衬砌脱空的质量问题更为常见，如严重的质量缺陷、漏水、钢材腐蚀、护栏不稳定，将导致一系列严重的工程质量问题。当出现问题时，工程师必须分析具体问题并找到关键点。获得更有针对性的施工质量控制计划，通过持续的实践并总结经验有效预防这些质量问题。

一、隧道二衬脱空诱发病害

隧道二衬脱空引起的大多数问题是由脱空的二衬厚度不足引起的。在严重情况下，二次隧道覆层混凝土表面的早期开裂会影响后续的安全运行，另一方面，二衬表层后的空隙也会间接影响隧道的使用寿命。

二、高速公路隧道出现二次衬砌脱空问题的成因

1.初支不到位引起的脱空

在裸露表面铺设隧道时，爆炸力降低，局部过度开裂严重，为了减少混凝土浇筑的数量，采用了维护或废物填充等人工方法，导致初支空洞，最终形成二次混凝土覆层的，这些是人为造成的。最常见于基础设施隧道。随着隧道检测技术的进步，这些因素可以导致背后脱空相对较少的凹陷现象。

2.防水板挂设不到位

在隧道的第一次维护过程中，原始支撑表面可能不均匀，然后工程师需要安装密封板以确认松弛是否合理，但在大多数项目中，原始支撑表面存在紧密粘附问题，因为密封板在施工过程中无法紧贴初支面，初始支撑表面均匀，密封板后面会形成空腔。但过松的挂设可能会在随后的浇筑过程中产生褶皱，导致二次衬砌空隙。对于相对光滑的初始支撑表面，如果在连接密封板时未连接连接点，则密封板会在混凝土冲击时分离，这会在二次衬砌拱中产生真空问题[1]。

3.砼浇筑质量不达标

（1）浇筑混凝土后的初始强度低，自给自足性低，如果衬砌台车强度不足或支撑不耐用，很容易导致混凝土变形形成真空。（2）铸造过程中配额窗口太小，只有少数单独的窗口打开进行铸造。未严格落实“逐孔、多孔”浇筑，结果，由于压力不足，填充物形成远离织物窗口的脱空，导致形成拱形脱空。（3）在铸造过程中，拱顶的空间逐渐减小，拱部的位置未按要求放置，或通风孔堵塞，造成排气困难并形成气囊。此时，很难将混凝土泵入拱顶，铸造操作员缺乏经验会导致拱顶“填充误差”，导致二衬后面出现真空。（4）在隧道二衬施工过程中，隧道二衬的额外振动器数量不符合要求，导致混凝土振动不到位，导致混凝土本身重量破坏，产生真空。（5）在悬挂防水板之前，未测量第一涂层的开挖轮廓以计算第二混凝土层的填充，因此第二混凝土层的实际填充不足。仅基于操作员先前的经验，第二衬里没有不可避免地填充，这导致第二衬里后面出现真空。（6）浇筑过程中的混凝土进料不及时，导致拱顶浇筑中断，浇筑间隔超过混凝土初始凝固时间，导致一些浇筑现场的出口堵塞、冷接头和空隙，从而产生拱顶空隙。

4.拱顶带模注浆不达标

水泥注浆管道未按照规定进行预埋，或在浇筑过程中未进行保护，导致水泥注浆管堵塞，水泥灌浆和混凝土回填中断，无法到达浇筑两端，导致两端堵塞位置出现间隙，单板厚度不符合标准；其次，模板水泥单板技术对接不到位，导致水泥施工过程压力控制不准确，注浆量不足，导致拱顶注浆密封不足，局部空隙填充不足，拱顶注浆效果不理想，并未解决二衬背后脱空问题。

三、高速公路隧道二次衬砌施工技术要点

1.防水层施工

在支撑件的初始变形基本稳定后，根据设计要求，每6米安装一个外围穿孔波纹管，开始构建密封层，正确加密渗水严重的位置；波纹管的长度必须在现场测量。波纹管接头必须与套筒接头连接。轴长≥10厘米；用一层无纺布包裹在波纹管周围，用电线连接，并用钉子枪固定在初始支撑表面；波纹管的两端连接到拱的纵向排水管，以确保平稳排水。土工布必须沿初始支撑表面完全铺砌和安装，并用水泥钉固定。水泥钉之间的距离为50-100厘米，拱必须正确加密。土工布的连接用水泥钉固定，土工布安装在地板长度≥10 cm后，耐热衬里用水泥钉固定。耐热垫和侧壁之间的距离分别为50-80 cm和50-100 cm，防水板焊缝之间的纵向距离为50 cm。防水EVA板采用热粘合工艺，密封板通过热风焊枪固定在耐热密封件上。防水板采用自动双缝焊机焊接，板宽≥10cm应通过试验确定最佳焊接温度和运行速度。焊缝上的防水板应光滑且无褶皱。焊接时应严格控制吹塑时间。焊机必须不停地持续工作，禁止通过过度焊接对密封板进行烧灼，焊缝必须牢固。密封板底部应填充纵向排水管，以防止水渗入拱门，影响排水沟的正常使用

[2]。

2.钢筋安装

由于隧道内施工现场数量有限，钢材在施工现场外的标准钢筋加工厂加工和制造后，将在隧道内装运至隧道内进行安装。直径≥25mm的钢筋必须机械连接，其他钢筋可以焊接，必须使用研磨机切割连接的钢筋，每个连接器通过生产线后，经过穿孔锁检查后，立即将螺钉头保护罩带到安装现场。使用螺母扳手连接钢筋时注意拧紧，接头显示整个螺纹。不应拧紧，拧紧程度由扭矩扳手确认。焊接钢筋前，焊接端应弯曲一定角度，焊接钢筋的两部分，然后在同一直线上均匀填充焊缝。禁止过度焊接和腐蚀，尤其注意主应力钢筋。根据设计间隔，定义一层环形钢筋，在密封板凸起处放置保护层密封，确保钢筋保护层的厚度。水平钢筋用钢丝连接到环形钢筋上。所有交叉口应牢固连接。相同截面的钢筋接头数量不得大于50%。相邻钢筋接头的相差距离≥50cm。因此在安装钢筋之前，应使用隧道断面仪检查然后调整架立筋高度，并设置拱形，隧道侧壁应安装5根钢筋。第二环焊接到钢筋上安装钢筋。首先，每10根钢筋安装一根主应力钢筋，根据预期间距固定两层钢筋，其次，安装另一个主水平钢筋。安装两层钢筋后，将立即安装连接杆。所有连接杆应安装两层钢筋。要连接网格组件的交叉点，用牢固连接的电线，安装钢筋时不会损坏密封板，防止水从二衬渗透，安装钢筋后及时安装止水带，采取固定措施确保后续接头的止水效果。

3.二衬台车安装

台车下部的行车轨道必须铺设在平坦，有垫木，坚实的地板上。建造的轨道必须是平顺的，用钢夹（夹轨器）固定在平地板上。两条轨道的中心轴和隧道的纵轴位于同一垂直截面上。二衬车沿着轨道前进，移动到需要注入第二个轴的位置，测量并调整台车的确切位置，关闭行走电机，用木楔固定四个制动轮。启动液压泵，调整小车液压缸，将小车夹具提升至拱形位置，然后将紧固螺栓锁定在缸上，以确保小车夹具正确显示。打开固定气缸，使转向架中心线与隧道中心线相同。使用侧模块气缸并从两侧拉动侧模块。向外延伸至具有两层衬里的侧壁位置。精确定位小车后，关闭所有液压泵的电源，连接所有气缸，以确保气缸正常工作，并防止夹具定位不当。小车到达后，立即将支撑螺杆千斤顶和侧螺杆千斤顶的下端放置到位，以便小车和侧模的力通过螺杆千斤顶传递。支撑下梁的螺杆千斤顶必须落在硬点上。落在轨道上时，必须采取固定措施防止螺杆千斤顶滑动；当坠入平流层时，用钢板平放，螺旋千斤顶进入平流层以防止滑架下沉；同时，为左右窗台限定坡道止动件，以防止侧板在二次装饰期间由于小车的内部挤压而移动；安装小车时，严格控制控制台模板、前面板和双层衬里离合器；离合器长度≥10 cm。台车安装完成后，必须安装端头封堵模板，固定止水带。为了更好地观察铸造，铸造过程完成后，模板的其余部分应逐渐向上安装[3]。

四、高速公路隧道二次衬砌脱空问题的有效防治措施

1.加强隧道光爆及初支控制

为了控制二次衬砌脱空的问题，有必要控制平滑爆破段的来源，并根据爆破方案的要求确定炮眼间距，严格避免超压，然后具体控制初支费用，局部悬挂坠落物。混凝土应连续上下喷涂，垂直于喷涂表面，喷嘴与喷涂表面之间的距离应控制在0.6-1.8米范围内，此外，工程师应按照统一标准制造钢框架，钢框架铺设是在固定测量组合的基础上进行的，钢框架在同一平面内。必须确保平均高度均匀。如果检测到下凹部位，应加强喷涂处理，使表面大而光滑。

2.规范防水板挂设施工

悬挂密封板前，检查初始支撑表面。初始支撑表面的密度应符合规范要求。为了不让螺栓头进入密封板，应移除暴露在初始支撑表面上的螺栓头。悬挂密封板时，密封板应尽可能靠近初始支撑表面。使用热焊接时，确认焊点之间的数量和距离符合设计要求，并监控桩的松弛程度并确定是否合适，要确保防水板悬挂牢固。为避免浇筑时受混泥土的压力造成脱落，形成拱顶脱空。[1]

3.浆液配合比及注浆处理

1、浆液配合比：使用单一液体水泥溶液，使用普通硅酸盐水泥，根据试验要求与强疏水剂、快凝剂等添加剂混合；添加剂的性能和质量应一致，使用前应测试功效，初始凝固时间不超过5分钟，最终凝固时间不超过10分钟。

2、注浆压力和注浆管设置：二次灌浆混凝土强度达到设计强度后，初始压力0.2-0.5MPa，最终压力不超过0.5MPa进行灌浆。可在轻压或恒压下注入，灌浆速度为30-60升/分钟。灌浆时，还要注意将水泥管安装在预埋水泥管上，预埋水泥管道之间的距离不能太大。预埋水泥管不会损坏密封板，应在水泥管端安装防堵塞装置。

3.注射前吸水试验，检查水泥管道系统。吸水试验包括机械设备是否正常，注浆管道系统是否处于压力下，为了检查是否发生泄漏，应在1.5-2.0倍的最终注浆压力下进行。试验20分钟后，进行注浆现场试验以确定注浆参数。在测试和灌浆过程中，工程技术人员在现场记录和观察数据，根据现场实际灌溉条件做出正确判断，及时调整悬浮液的稠度和冷凝时间。

4.在灌浆清洁管孔之前，合理安排灌浆顺序，如果注浆过程困难或注浆量小，压力迅速增加，应提高水灰比，降低注浆密度，检查注浆管是否堵塞，及时清洁管道。如果发现注浆量大并且注浆压力减弱或增压缓慢，应立即停止注浆。检查周围是否有裂纹渗漏或是珠江管道破裂并加以堵塞，处理完成后，根据情况及时停止或适当调整水灰比。

注浆完成标准应根据注浆压力、注浆时间和注浆量确定，铸造可在以下任何情况下进行：（1）当注浆压力达到预期最终压力时；（2）当注浆量达到或超过理论注浆量时，穿孔管注浆；（3）当注浆压力达到预期的最终压力并且压力在10分钟内稳定时，即使注浆量小于理论注浆量，也可以完成注浆量。

4.加固台车及模板

二衬台车钢板厚度不超过10mm，三车道隧道二衬台车钢板厚度不大于12mm，确保面板强度符合要求；采购车模具面板应正确连接到混凝土上，现场支架就位后，检查汽车零部件连接是否牢固，是否错位，模板是否弯曲，位置是否准确，支架是否牢固；在组装密封模板之前，为了根据现场的实际需要进行处理，确保模板之间有紧密耐用的连接；此外，在模板顶部留出一个小窗口，以观察混凝土。

5.强化二衬混凝土施工控制

严格遵守车窗加注的技术要求，在车内每个二衬台车之间安装额外的振荡器。浇筑混凝土模板时的震动。每次浇筑混凝土模板时都要填充。现场必须关闭所有保留的孔。浇灌拱门前必须保留空排水沟。施工时要小心，避免堵塞，避免浇水口之间和上部循环之间出现脱空。浇筑中央覆层拱坝混凝土时，应适当控制水灰比，根据施工经验，坍塌程度应控制在180-200mm之间，同时应确保混凝土的连续运输和良好、方便的运输[5]。

7.其他措施

（1）采用先进的工艺设备

先进的设备是保证二次衬砌质量的一个重要因素，它可以提高项目的技术水平，保证项目的准确性，降低人工成本，全轮廓扫描仪可以在短时间内进行全扫描，扫描精度高，根据获得的图像，可以了解隧道截面的细节。通过评估和计算扫描数据，可以获得为未来项目构建坚实数据库所需的二次填充混凝土量。密封板锁可以用自己的提升装置固定在密封板锁的位置。它还可以通过焊接提升板进行补充，该装置可以减少人力和物力资源的影响，提高工程悬挂过程中的机械化水平，防爆警告，具有智能振动控制系统等多种功能，可有效提高项目效率。当设备进入自动振动模式时，应根据具体施工条件调整振动模式，以确保振动效率。

（2）准确的混凝土容积

该方法是解决二次衬砌的脱空问题，在测量过程中选择合适的测量设备，安装和校准设备参数，在使用防水材料之前测量二衬的轮廓，同时使用混凝土体积截面结构和二次衬砌之间的距离进行计算，计算完成后，计算结果可以与混凝土地板的实际数量进行比较，以便为相关人员提供混凝土泵功率的测量[6]。

五、结语

隧道脱空问题有非常大的隐患问题，如果处理不当及时，会严重影响隧道支撑结构的安全性和稳定性，甚至会导致衬砌倒塌、支撑系统瘫痪、隧道坍塌等重大事故，我们必须根据实时开展的工作，重视预防和控制。妥善处理，确保隧道长期安全稳定通行。

参考文献

[1]董兆刚.公路隧道二衬拱顶背后脱空检测及处理新技术[J].科学技术创新,2022(16):129-132.

[2]段晓明.公路隧道衬砌脱空原因和病害防治举措[J].长春大学学报,2020,30(08):9-14.

[3]林小辉.公路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施[J].四川水泥,2019(11):344+111.

[4]王震.铁路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施[J].现代城市轨道交通,2019(07):105-109.

[5]蒋华龙,范厚彬.公路隧道二次衬砌厚度不足成因分析和治理研究[J].城市道桥与防洪,2016(04):113-116+13.

[6]李伟东.公路隧道二次衬砌顶部脱空的分析和处理[J].交通科技与经济,2009,11(02):26-27.

[1]此处，是否需要修改