王晓东
中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西西安 710021
摘要：隧道二次衬砌施工是一项非常重要的工序。从近年来施工的二衬来看，二衬在施工阶段出现了各类外观质量缺陷。主要表现在二衬混凝土的外观质量缺陷，比如在隧道轮廓断面起拱线以下的侧墙上局部出现搭接错台、局部油污、蜂窝麻面、泛砂和气泡等表面质量缺陷，影响了混凝土外观质量。针对以上公路隧道二次衬砌常见的外观质量通病，分析二衬表面缺陷形成的原因，提出现场解决这类质量通病的最基本的方法，并对表面质量通病的处理方法进行了介绍，以力争克服混凝土表面的常见病症，全面提高工程质量。以下内容结合衢宁铁路部分隧道工程实例，分析二次衬砌缺陷及其产生的原因，对其他在建隧道二衬缺陷和病害提出具体有效的整治措施，以便对二次衬砌缺陷整治及时处理，达到预期的效果，为类似工程二次衬砌施工提供参考，并总结出防治措施，以期在今后的施工过程中尽量杜绝和避免二衬质量缺陷事故的发生。
关键词：隧道二次衬砌；缺陷整治；原因分析；整治办法；预防措施
研究背景：随着铁路建设的不断发展，铁路工程设计要求越来越高，隧道工程更是铁路建设的重中之重，隧道的关键技术要求就是二次衬砌上，所以控制二次衬砌的施工质量尤为重要。在近几年的新闻报道中，可以看到隧道衬砌缺陷引发的问题频频暴露，对铁路的安全营运已经存在的明显和隐藏的危害。后期的缺陷整治处理需要大量的人力物力，还不一定能达到预计的效果，所以隧道二衬缺陷整治必须在隧道的施工建设过程中来控制，通过对常见隧道二次衬砌缺陷的分析，找出隧道二次衬砌缺陷产生的原因，制定相应有效的隧道二衬缺陷整治处理办法，及时处理已有的隧道二次衬砌缺陷，预防后期施工中的隧道二次衬砌缺陷。
一、整治原则
1.衬砌厚度和混凝土强度不满足设计及规范要求，对应欠厚和强度不足范围进行返工处理。
2.方案中缺陷处理措施，适用于单一类型的缺陷整治，若同一部位存在多种缺陷，应视具体情况进行综合整治处理。
3.对于检测发现的缺陷部位，采用加密测线和混凝土钻芯的方式进行验证，进一步确定缺陷范围和程度。
4.按先难后易、先严重缺陷后轻微缺陷、先拱部后边墙的整治顺序进行。
5.整治部位需通过无损检测、敲击检测和目测进行验证，直至满足运营安全的需要。
二、常见缺陷类型
1. 二次衬砌厚度不满足设计及规范要求；
2.混凝土强度不足；
3.衬砌背后脱空或不密实；
4.衬砌裂损；
5.衬砌渗水、漏水；
6.止水带外露；
7.衬砌拱部表面蜂窝麻面；
三、隧道二次缺陷产生原因
1、二次衬砌厚度不足
1.1二次衬砌拱顶混凝土欠厚，同时拱顶脱空，说明灌注拱顶混凝土时未灌满。
1.2测量放线精度低或爆破开挖效果不理想，初支侵限造成二次衬砌厚度不足。
1.3处理塌方过程中，为安全起见尽量避免在次扰动围岩，对个别突出的岩石或初支拱架未进行处理，造成二衬欠厚。
1.4初期支护预留沉降量过小，围岩变形较大；初支喷射混凝土局部过厚，二次衬砌施工时没有进行有效的处理，造成二次衬砌厚度不足。
2、混凝土强度不足
浇筑过程中泥浆没有清理干净造成泥浆上涌，或者混凝土质量有问题导致。
3、衬砌背后脱空或不密实
3.1局部存在超挖现象，且形成较深的凹坑，在初期支护施工时也未将凹坑进行特殊处理，致使初支面不平顺，防水板挂设后形成一个空腔，因防水板松弛度所限，在混凝土浇筑后形成空洞。
3.2防水板挂设张弛度不适。防水板如果挂设太紧，会造成防水板与初支面之间留下空隙或因混凝土压力太大撑坏防水板；防水板如果挂设太松，在混凝土浇筑过程中会因受挤压形成褶皱，在褶皱之间留下空隙。
3.3混凝土在浇筑过程中振捣不密实，内部存在气孔、空洞等，上部混凝土浇筑完成后在自重作用下下沉，在拱部形成空洞。
3.4拱部混凝土浇筑时，由于泵送压力或浇筑方式等问题，致使拱顶位置浇筑不到位，留下空洞。
3.5端头模板拼接不严实，混凝土浇筑完成后在凝固过程中接缝处出现漏浆、跑浆，使拱部混凝土下落，形成空洞。
3.6混凝土和易性差，出现离析现象，加之振捣不到位，浇筑后的混凝土极易出现不密实的情况；浇筑拱部混凝土时，混凝土塌落度过小，泵送入模的混凝土流动性差，加之振捣不到位，局部将出现混凝土未浇筑到位而留下空洞。
3.7浇筑二衬混凝土时，提前停止混凝土泵送浇筑，且没有进行充分振捣，造成二衬混凝土没有与初期支护密切结合，而在拱部形成空洞。
3.8拆管过早，混凝土掉落形成漏斗。在混凝土浇筑后，现场施工人员急于拆下混凝土输送管，在拆管时，未形成自稳能力的混凝土随输送管掉落下来，形成漏斗，造成衬砌拱部脱空。
3.9衬砌台车底座支撑不牢固，在混凝土浇筑过程中或浇筑后变形下沉，导致衬砌拱部脱空或不密实。在现场施工过程中，台车多采用方木支垫行车轨道，由于衬砌台车附近较潮湿，方木容易腐烂，在混凝土浇筑后方木被压碎引起台车下沉。另外，混凝土浇筑时模板应采用刚性支撑，绝不可用液压杆支撑模板，使用液压杆支撑时由于压力过大可能会使杆件受压收缩，使模板内收或下沉，造成拱部空洞。
3.10拱架背后喷射混凝土不密实，留有空洞，混凝土浇筑后在凝固过程中初喷混凝土受挤压破坏，混凝土进入空洞内，造成拱部混凝土下落而形成空洞。
4、衬砌裂损
4.1地基不均匀沉降引起的裂缝。
4.2裂缝出现与部分二衬厚度不足、厚度分布不均有关。
4.3裂缝出现与混凝土质量、混凝土强度、混凝土养护等施工工艺有关。
4.4二衬施工时初期支护的水平收敛和拱顶下沉尚未处于稳定状态。
5、衬砌渗水、漏水
5.1防水板铺设过程中有焊穿的热熔垫片没有及时补焊。
5.2防水板焊缝爬焊时没有全部焊牢。
5.3混凝土抗渗等级不够。
5.4无砂混凝土施做不规范，或者排水盲管堵塞导致衬砌背后水压力过大，对防排水结构形成破坏。
6、止水带外露
6.1台车止水带定位加固不牢，导致浇筑过程中止水带跑偏外露。
6.2混凝土浇筑振捣过程中，端头过振导致止水带跑偏。
6.3止水带安装时不居中，浇筑时两侧混凝土压力不一致导致外露。
7、衬砌拱部表面蜂窝麻面
7.1拱部浇筑时漏浆严重。
7.2台车浇筑前打磨不到位。
7.3浇筑混凝土时振捣漏振。
四、二次衬砌缺陷处理办法
针对以上常见的隧道二次衬砌缺陷，通过原因分析，制定相应的解决办法，其具体方法如下。
1、对于二次衬砌厚度不足的缺陷，凿除、切割二次衬砌，并对空洞周边松散层进行凿除，边缘应修整平齐，圆顺，不得留有尖角。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆凿除混凝土时，缺口内窄外宽，形成倒梯形。切开表面粗糙，但结构密实，不得留有松散、气泡、裂隙等结构，然后采用钢丝刷清理后用水冲洗，并在施工期间保持壁面洁净。凿毛标准为凹凸差不小于6mm的粗糙面。严格按设计要求做好隧道的防排水系统，对损坏的防水板进行重新修复、焊接，确保防水板与初期支护密贴。在空洞四周二次衬砌中部环、纵向植入Φ14钢筋，环、纵向间距20cm，植入深度按照30cm、50cm交替布置。植筋采用A级锚固剂锚固。通过灌料口灌入不低于原设计等级微膨胀混凝土，并振捣密实。封口模板做特殊设计，在靠近顶端预留30×30cm孔洞，该处设活动板，利用孔洞浇筑最后一块板。孔洞部位采用传统“刹尖”方式封口。封口处预埋一根R25N注浆管，两天后对孔洞部分进行压力注浆。混凝土强度达到设计混凝土强度后拆除防护模板，并对表面打磨处理。施工缝处采用水泥基渗透结晶型防水涂料+止水条防水。
2、经取芯验证实二次衬砌砼强度小于设计值时，对整组衬砌进行验证，确定强度不足范围，然后比照欠厚原则进行凿除处理后，重新浇筑混凝土。
3、对衬砌背后脱空、空洞、不密实地段采用充填注浆处理。
3.1当空洞厚度小于5cm时，采用1:1微膨胀水泥浆液。
3.2当空洞厚度大5cm时，采用水泥砂浆，水泥选用425号普通硅酸盐水泥，砂子选，用中细砂，使用前应过筛，砂浆配合比：水灰比：0.6:1～1:1，灰砂比1:1～1:2.5。
3.3对于脱空面积或深度较大的部位应制定专项施工方案。
3.4注浆采用预埋注浆管，注浆管采用马牙扣形注浆管，注浆孔采用风钻钻孔，注浆管的长度根据空洞大小而定，钻孔后须清孔，然后埋设注浆管。
3.5.分层注浆时，在拱顶设观察孔，以观察空洞的注浆情况，观察孔间距2～3m。当中间注浆孔进行注浆，两端头观察孔观测有浆液冒出时，停止注浆，即达到第一层注浆厚度，待第一层砂浆达到设计强度的70%后，再进行第二层注浆工序，发现第二个和第四个观测孔有浆液冒出时，暂停注浆，待第二层达到设计强度的70%后，再对剩余空隙进行注浆填充。每层注浆厚度依据现场情况而定，每层厚度基本相等为宜，但第一层厚度不应大于40cm。
3.6注浆前进行注浆试验，用秒表记下注入和流出时间，确定注浆量、注浆压力，并检查管路设备运行情况。在未进行注浆试验前，注浆压力应控制在0.1-0.2MPa。在注浆过程中，也可以根据实际情况调整注浆参数。
3.7最后一层注浆结束标准：当注浆压力稳定上升达到设计压力（0.4-0.5MPa）后稳定10min，不进浆或进浆量很少时，即可停止注浆，进行封孔作业。
3.8封孔作业：停泵后立即封闭孔口阀门，拆卸和清洗管路，待浆液凝固后用塑胶泥封堵管口。
3.9回填注浆注意事项：由两端向中央，由低处向高处依次注浆；注浆是一项连续作业，不得任意停泵，以防堵塞管路；注浆时须时刻注意注浆压力、衬砌变形观察和储浆桶的浆液下降情况；若注浆时间较长而不升压，可能浆液流窜太远，须缩短浆液胶凝时间或停注，若跑浆严重，可间歇注浆；注浆期间须有专人记录浆液消耗数量、注浆时间及注浆压力等数据；注浆过程中密切注意衬砌情况，一旦出现变形，立即停止注浆，并采取相应措施。
4、现场实测衬砌裂纹的分布情况，如裂纹部位和走向、裂纹宽度和深度、裂纹长度、裂纹条数、分析衬动开裂原因判定衬结构的整体稳定性，据此采用针对性的整治措施。一般而言、对于千宽度小于0.3mm个别微细裂纹、采用压注环氧树脂固结处理，应注意观察裂纹是否继发展、确定是否采用进一步的工程指施。对于施工缝、沉降缝处的月牙形裂缝:纵向宽度小于等于20厘米存在掉失风险的，须凿除处理，周边打磨平整。衬砌裂纹严重影响结构安全的，应结合其所处地质环境等综合分析确定相应整治措施。
5、对于隧道渗漏水情况应结合具体部位来处理，裂缝处采用注浆嘴注环氧树脂方法进行止水，止水后沿裂缝走向在两侧各20cm范围内的基层表面涂刷渗透结晶型防水涂料两层。衬砌表面湿渍处理措施，在衬砌表面涂抹水泥基渗透结晶型防水涂料两层进行防水处理。衬砌表面存在大面积渗漏水，需进行衬彻背后注浆堵水。
6、止水带外露这一问题，环向施工缝处中埋止水带外侧薄层混凝土有掉块风险的，须全部凿除，与二衬结合部位打磨平顺；对已剥离外露的止水带，进行切除处理。无掉块风险的，将外露止水带切除并打磨平顺后在衬砌表面涂抹水泥基渗透结晶型防水涂料两层进行防水处理。
五、预防措施
5.1 严格控制超欠挖和规范防水板挂设
防水板挂设前应先对初期支护喷射混凝土进行检测，欠挖部位应先加以凿除，对喷射混凝土表面凹凸显著部位应分层喷射找平。外露的锚杆头及钢筋网头应齐根切除，并用水泥砂浆抹平，使混凝土表面平顺。 防水板挂设时焊接点数量和间距要满足设计要求，保证拱部防水板挂设稳固，松弛度适中，防止防水板因挂设不稳在混凝土浇筑过程中掉落后压入两侧混凝土，造成拱部空洞。
5.2 加强混凝土浇筑过程的控制
严格控制基底清理，保证混凝土质量，在混凝土浇筑过程中按规范振捣，防止过振或者漏振 ，在混凝土浇筑完成后严格按照带模注浆工艺进行注浆，较少甚至避免衬砌背后空洞。
5.3 脱模剂的使用
选择质量稳定的专用脱模剂，严格检验脱模剂的质量，在安装定位衬砌台车时将台车面板彻底打磨光滑干净，采用专用喷涂机具进行喷涂，根据喷涂效果采用多次补喷的方法进行，喷涂结束后及时定位台车浇筑混凝土，避免灰尘、杂物等对模板表面喷涂层的污染。
5.4 对于错台的预防措施
施工衬砌之前，将所有的支撑丝杠全部紧固到位，保证台车整体受力。台车就位前，将混凝土与台车搭接部位表面彻底清理干净，使台车与混凝土表面尽量紧贴；加强台车支撑，即在原设计台车两端各增加支撑丝杠或液压油缸4～6个，使每端的支撑总数达到12～14个，同时加强搭接部位支撑，要求支撑紧密；检查台车前后断面尺寸，及时消除制造误差；中线位置要求准确设定，使台车中线与隧道中线尽量保持一致；放慢台车底部高3m处的混凝土灌注速度并控制混凝土塌落度在14cm以内。避免台车下面过往机械设备对台车的碰撞而造成台车错位出现衬砌混凝土错台。
5.5外加剂的选择
加剂混凝土所用水泥，要检验外加剂与水泥的适应性，符合要求方可使用。掺外加剂混凝土所用材料如水泥、砂、石、掺合料、外加剂均应符合国家现行的有关的规定。试配混凝土时，检测条件应与施工条件相同，当工程所用原材料或混凝土性能要求发生变化时，应再进行试配试验。不同品种外加剂复合使用时，应注意其相容性及对混凝土性能的影响，使用前应进行试验，满足要求方可使用。
5.6 对施工配合比的要求
严格按照试验配合比及施工配合比拌制混凝土，做到计量准确，严格控制水的用量，每盘检验混凝土塌落度，根据现场情况适当延长混凝土的搅拌时间，使混凝土的和易性达到理想的要求。
5.7混凝土的振捣
混凝土浇筑应连续进行，振捣使用插入式振捣器和二衬台车上安装的附着式平板振捣器相结合的方法进行，拱脚以上2米主要从台车预留窗口采用插入式振捣器进行振捣，振捣方式可以垂直于砼面插入振捣棒，或与砼面成40～50倾角斜向插入振捣棒，振捣棒的使用要“快插慢拔”，每一个插点振捣时间以20～30S为宜，为保证二衬混凝土质量最好采用复振措施。
5.8 掌握合适的拆模时间
定期通过现场同条件养护试件强度检查，确定混凝土在24小时内的强度，根据相关规范要求进行拆除模板施工。尽量避免二衬混凝土表面在拆模造成混凝土外观的质量缺陷。
5.9 参与施工人员的技术水平和责任心与混凝土表面质量
安排工作责任心强，操作熟练的振捣人员固定振捣施工，能够识别捣固的程度，根据不同坍落度掌握振捣程度。
结语：通过对隧道二次衬砌缺陷产生原因分析，施工工艺与施工管理对隧道初期支护及二衬缺陷起决定性作用。二衬背后脱空和局部二衬厚度不足是目前隧道施工普遍存在的质量问题，其严重影响了隧道的二衬混凝土受力性能，造成了安全、质量隐患。开挖断面时严禁欠挖，严格控制超挖量，浇筑二衬混凝土时按照设计与规范要求预留注浆孔和注浆管，待二衬混凝土施工完成一定里程后（以300～500 m为宜），采用无损检测检查混凝土背后脱空情况，并根据检测报告对空洞进行注浆处理。
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论文作者:王晓东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/30
标签：混凝土论文; 注浆论文; 隧道论文; 缺陷论文; 台车论文; 空洞论文; 表面论文; 《防护工程》2018年第15期论文;