杨柯
中铁二十五局集团第四工程有限公司
摘 要： 随着我国隧道工程快速发展，各种隧道工程的建设为我国隧道理论的发展、完善提供了宝贵经验。其中隧道脱空是导致隧道产生多种形式病害的原因之一。文章以成兰铁路工程为研究背景，针对衬砌脱空形成的主要原因，对形成空洞较大、衬砌有效厚度不足部位采用拆换处理方案，使隧道衬砌脱空得以及时处理，降低二次衬砌结构受拉破坏的可能性，确保了隧道二次衬砌质量。
关键词： 衬砌脱空;病害;防排水;二衬质量;
作者简介： 杨柯（1989—）,男,本科,工程师,研究方向：软弱围岩隧道施工技术。;
0 引言
随着国家铁路网的发展与规划，铁路建设中的隧道施工技术日渐成熟。在山大沟深的川渝地区，隧道在线路中占的比例越来越高，隧道施工质量的要求也越来越严格、规范。工程实践表明，隧道二次衬砌结构的施工质量缺陷比较突出。二次衬砌的质量缺陷可分为一般缺陷和严重缺陷，其中隧道施工中的衬砌脱空缺陷属于严重缺陷。由于衬砌脱空引发的安全隐患大，处理措施复杂，且成本高，对铁路的运营造成极大的安全影响。该文将对隧道衬砌脱空产生的原因及处理措施进行总结分析，并以成兰铁路松潘隧道为例，总结隧道衬砌脱空形成的原因并提出相应处理措施。
1 工程概况
1.1 地质情况
松潘隧道D3K240+996.3～999.2段岩性为炭质板岩夹板岩（T3X），围岩级别V级，现场开挖揭示围岩呈灰黑色，薄层状结构，局部夹方解石岩脉，岩质较软，局部层理扭曲，节理裂隙发育，岩体破碎，遇水易软化，易风化剥落，掌子面及拱顶易掉块，围岩整体稳定性差，因此将D3K240+996.3～999.2和D3K247+631.5～636两段由原设计V级复合调整为中等大变形施工[1]。
1.2 衬砌脱空情况
经第三方检测单位对松潘隧道D3K240+996.3～999.2段进行隧道无损检测发现，DK240+996.3～999.2脱空，设计厚度55 cm，二衬厚度26～50 cm（最小值、最大值），脱空高度20～30 cm;D3K247+631.5～636脱空，设计厚度55 cm，二衬厚度15～50 cm（最小值，最大值），脱空高度20～35 cm。
该结论报告后，松潘隧道斜井架子队组织技术人员对D3K240+996.3～999.2、D3K247+631.5～636拱顶脱空进行验证。结果如下：
1.2.1 D3K240+996.3～999.2段拱顶脱空验证情况
该段二衬厚度最薄处28 cm，脱空高度20～30 cm，脱空位置为防水板内侧，脱空范围约为4.6 m（环向）×3.1 m（纵向），详见图1。
1.2.2 D3K247+631.5～636段拱顶脱空验证情况
二衬厚度最薄处25 cm，脱空高度20～35 cm，脱空位置为防水板内侧，脱空范围约为6.2 m（环向）×4.5 m（纵向），详见图2。
图1 D3K240+996.3～999.2检测图像 下载原图
图2 D3K247+631.5～636检测图像 下载原图
2 衬砌脱空原因分析
(1）最主要原因是衬砌拱部混凝土浇筑过程未严格按照衬砌台车预留的泵送孔逐孔灌注，只从中间孔进行灌注，因隧道线路上设计存在一定坡度，造成上坡端混凝土泵送不完全密实，加之衬砌钢筋布置较密，混凝土的流动性降低，形成局部堆积，造成空洞。
(2）冲顶混凝土浇筑过程缓慢，封顶时由于输送泵堵管造成混凝土浇筑过程中断约1 h。混凝土到达现场后等待时间过长，坍落度损失过大导致泵送时流动性变差，浇筑过程中未加强振捣，出现冲顶时拱部最高点混凝土堆积堵塞引起局部脱空欠厚[2]。
(3）衬砌混凝土浇筑过程中，作业人员振捣频率、时长未认真按照技术交底执行，责任心不强，未认真观察混凝土是否振捣密实造成空洞。
(4）现场管理人员责任心不够，对衬砌混凝土浇筑作业过程监控不到位，尤其浇筑封顶混凝土时未及时与搅拌站、实验室相关部门及时有效沟通。在浇筑现场未认真观测拱部混凝土是否浇筑饱满而导致拱部混凝土未浇筑到设计厚度而引起混凝土局部脱空。
3 衬砌脱空拆换处理措施及注意事项
衬砌拆换处理流程大致分为10个步骤，具体详见图3。
图3 衬砌脱空处理流程图 下载原图
3.1 衬砌处理措施
(1）衬砌拆换范围为拱部140°范围内。
(2）结合松潘隧道质量缺陷整治图纸，对衬砌脱空范围混凝土凿除，拆除混凝土时开槽形式为倒梯形，如图例4、5所示。
(3）如有破坏防水板及土工布，须重新按照缺陷整治图纸及规范要求与原防水板、无纺布连接。
(4）按照缺陷整治图恢复衬砌钢筋布置，拆除范围内预留环向主筋并预留长度为40 d、108 d主筋交叉布置，以便和拆换主筋绑扎连接。
(5）对凿除范围周边混凝土进行凿毛，并采用高压水冲洗干净，保证新旧混凝土之间连接良好。
(6）新旧混凝土接缝处设置遇水膨胀止水条，宽2 cm，用来改善防水性能。
(7）搭设满堂式Ф48×3.5 mm管扣式支架体系，加固牢靠。
(8）混凝土采用泵送形式进行灌注，混凝土采用C40自密实混凝土。配合比如表1所示。
(9）在浇筑段顶部预留不少于两根Ф50 mm注浆波纹管，待强度达到设计要求后对背后进行注浆回填密实，确保二衬与围岩密贴，注浆材料采用M20水泥砂浆。
(10）对重新浇筑混凝土加强洒水养护，保证混凝土施工质量。
(11）组织检测单位对该段二衬进行复测，确认处理是否达到要求[3]。
图4 钢筋混凝土衬砌欠厚段整治示意图 下载原图
图5 纵向钢筋混凝土衬砌欠厚段整治示意图（cm) 下载原图
表1 混凝土材料配合比 下载原图
3.2 拆换注意事项
(1）为减少对周边衬砌的扰动，拆换部位混凝土采用人工自拱顶向两侧逐渐凿除，纵向每环拆除长度小于1 m。
(2）拆除部位纵向间隔2 m布置监控量测点位，每天监测2次，监测拆换范围内其他部位是否受到扰动，如变形量达到预警值时，应暂停拆换作业，及时对未拆换部位纵向每米采取全环Wp75型钢支护[4]。
(3）拆换整治过程中配备专职安全员，全过程中监督旁站。拆换作业中台架四周设置警示标识，加强对作业人员和非作业人员的管理，限制无关人员在作业区逗留。
4 支架验算
隧道衬砌拱部脱空处最大高度8.15 m，拟采用满堂式Ф48×3.5 mm管扣式支架作为模板支架的基本构件。立杆横距为60 cm、纵距为90 cm；所有横杆布局均为1.2 m。满堂支架顶采用Ф48×3.5 mm钢管单层布置，钢管上铺设纵向木方，纵向木方采用5×10 cm木方单层按间距15 cm布置，纵向方木上铺设15 mm厚竹胶板[5]。
结构计算采用允许应力法，地基因架设在钢筋混凝土底板上，不存在强度不足及沉降现象，故不另行计算，具体参数如表2所示。
表2 荷载计算参数表 下载原图
4.1 荷载计算
4.1.1 荷载分析
钢筋混凝土自重属均布荷载，直接作用于底模及侧模，根据现场实际情况，模板支架各部分自重荷载为：
(1）钢筋混凝土自重：q1=24×1.2×0.7=20.16 k N/m2
(2）竹胶板底模自重（板厚1.5 c m，容重7.5 k N/m3):q2=0.015×7.5=0.113 k N/m2
(3）纵向木方（5×10 cm@15 cm):q3=(1/0.15）×0.05×0.1×7.5=0.25 k N/m2
(4）钢管支架体系自重。(1)单根钢管自重。按8 m的支架高度计算钢管自重荷载（含配件、剪刀撑及水平拉杆等），ø48×3.5 mm钢管单位重为3.84 kg/m，加配件乘以系数2.0，则立杆自重平均分配到底层的荷载为：G=8 m×3.84 kg/m×2×9.8 N/1 000=0.602 k N/根。(2)钢管支架体系自重。根据支架设计，支架为横向间距0.6 m，纵向间距0.9 m，平均每1 m2布置了1.852根钢管，则支架体系自重为：q4=0.602×1.852=1.114 k N/m2。
4.1.2 荷载组合
(1）立杆承受荷载：q立杆=q1+q振捣+q临时=20.16+2+2.4=24.56 k N/m2
(2）立杆对地基产生的荷载：q地基=q立杆+q4=24.56+1.114=25.674 k N/m2
4.2 满堂脚手架结构立杆验算
4.2.1 立杆竖向荷载计算
对接立杆的容许荷载[N容]=30 k N/m2。
立杆底部承受总竖向荷载：N=0.9×0.6×25.674 k N/m2=13.86 k N<[N容]=30 k N/m2。结论：单根立杆承受荷载满足容许荷载要求。
4.2.2 立杆稳定性验算
立杆稳定性验算具体参数详见表3。
表3 立杆稳定性验算参数表 下载原图
则立杆的稳定性按下列公式计算：
结论：支架立杆的稳定性满足要求。
5 结语
在隧道衬砌脱空问题处理上，通过TLD-2600探地雷达检测隧道二衬，发现衬砌浇筑后形成的较大范围脱空或衬砌脱空厚度不能满足注浆条件的，采取拱部140°范围进行衬砌拆换处理分析验证，能够保证隧道二次衬砌施工质量符合设计要求，使其隧道衬砌脱空缺陷得到有效治理，为隧道施工遇到此类缺陷提供参考。
参考文献
[1] 刘彬.隧道衬砌脱空缺陷拆换处理施工技术研究[J].太原城市职业技术学院学报, 2020(3):191-193.
[2] 蒋晖光.某铁路隧道衬砌脱空安全性分析及处治措施[J].施工技术, 2019(1):98-103.
[3] 韩宝民.隧道衬砌脱空及欠厚处治施工技术[J].四川建材, 2019(6):119-120.
[4] 赵阳川,李亚林,卫敏,等.隧道衬砌脱空及厚度不足的原因分析与防治措施初探[J].现代隧道技术, 2019(2):40-43.
[5] 郝旭斌.隧道衬砌脱空及欠厚处治施工技术的应用研究[J].山西建筑, 2020(3):134-135.
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