隧道衬砌背后脱空处治方案

1、 衬砌质量缺陷脱空原因分析

2、 施工要求

3、 施工方案

4、 施工过程质量控制措施

5、 环保、水保保护措施

一、衬砌质量缺陷脱空原因分析

隧道衬砌混凝土施工过程中受到人为因素、技术因素、混凝土干缩、徐变等因素的影响，在衬砌背后与初期支护之间难免会形成空隙，故应在施工时每完成一里程段后，对隧道衬砌质量进行检测是否存在质量缺陷（衬砌背后脱空），对存在的问题及时发现进行分析、研究形成原因并及时进行处理，通过改善施工工艺保证隧道施工质量。

根据实际隧道施工情况衬砌背后脱空质量缺陷主要会集中在拱顶部位，拱墙部位局部也会存在脱空现象。从衬砌背后脱空部位分析，总结得出大致有以下几个原因：

1.1 隧道衬砌与防水层之间脱空原因分析

隧道衬砌与防水层之间脱空主要集中在拱顶部位，拱墙部位一般不会存在脱空问题。

⑴混凝土施工配合比中水灰比偏大，混凝土塌落度大，使得混凝土收缩徐变变形，导致衬砌拱顶脱空。

⑵衬砌混凝土利用输送泵泵送，由于输送管道粘滞力和摩擦力、输送泵老旧、浇筑方式不适等因素，使得泵送压力不足，模板内混凝土压力不足而不能充满模板仓，导致拱部脱空。

⑶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，在拱部造成空洞。

⑷衬砌混凝土浇筑完成后在拆除混凝土输送泵管道时施工人员操作疏忽进料口闸板未关闭严实导致混凝土回落形成漏斗，造成衬砌背后脱空。

⑸端头模板封堵不密实，浇筑完成后在等强度过程中从接缝里漏浆、跑浆，使拱部混凝土下落，造成脱空。

1.2 隧道防水层与初期支护之间脱空原因分析

⑴光面爆破效果不好，造成隧道局部存在较深的凹坑，初支喷砼平整度达不到规范要求，防水板挂设后形成一个空腔，因防水板松弛度所限，在混凝土浇筑后在衬砌背后拱部及边墙均可造成脱空。

⑵防水板挂设松散系数不适，防水板挂设太松，在混凝土浇筑过程中会因挤压形成褶皱，在褶皱之间留下空隙；防水板挂设太紧，会造成防水板与初支面之间留下空隙，造成衬砌背后脱空。

⑶防水板开裂，二次衬砌砼被挤入初期支护与防水板之间，挤入的砼不能得到有效振捣待凝固后在防水板之间形成空洞。

⑷衬砌砼浇筑时由于防水板在拱脚处未固定牢固将防水板挤压上升形成“U”型折皱，使得防水板与初支表面未能紧贴，导致边墙衬砌背后脱空。

二、施工要求

根据地质雷达无损检测报告数据认真分析，确定衬砌背后脱空面积的大小、脱空范围、脱空深度及衬砌混凝土厚度，采取相应合理的处治措施。

⑴衬砌混凝土背后脱空处治时其混凝土强度必须达到80%以上方可进行处理；

⑵采用注水泥浆或水泥砂浆时，水泥标号不低于P.O425，浆液配合比应进行设计，以确定浆液的浓度、流动性及凝结时间(富水区可掺减水剂或水玻璃)；

⑶注浆孔径应不小于40mm。孔位间距布置2～5m；

⑷根据地质雷达无损检测报告数据分析衬砌背后脱空面积小于3㎡（含），且脱空深度在10cm以内采取压注纯水泥浆液；脱空深度10～15cm采取压注水泥砂浆；脱空深度15cm以上时采取泵送C30细石混凝土。

⑸根据地质雷达无损检测报告数据分析衬砌背后脱空面积大于3㎡，且衬砌混凝土厚度不满足设计厚度90%时，采取切割、凿除原混凝土，并植筋、重新浇筑混凝土处理（混凝土采用微膨胀混凝土且强度高于设计强度）。

三、施工方案

3.1 衬砌混凝土背后脱空小于3㎡（含）处治方案

根据地质雷达检测报告数据衬砌背后脱空面积小于3㎡（含），且脱空深度在10cm 以内采取压注纯水泥浆液；脱空深度10～15cm 采取压注水泥砂浆；脱空深度15cm 以上时采取泵送C30细石混凝土。

3.1.1 工艺流程

注浆施工工艺流程图 管路整修 注浆管路设备连接 钻孔施工 植入注浆管 注浆设备就位 测量放样布孔 压水试注浆施工 合格否 复检合格封孔 结束

浆液配合比设计 合格

3.1.2 施工方法

⑴ 施工准备

①搭设活动作业架平台

搭设作业平台材料为组合式门架，搭设时人工组装搭设至作业高度，，每层搭设4榀门架，共搭设4层，总高度1.7*4=6.8米，作业平台面积4*2=8平方米。组合式门架之间连接用插销刚性连接，四角采用4#钢丝绳固定于地面锚栓，保持作业平台稳定。如下图所示：

②测量放样确定缺陷区域，并确定钻孔位置且不得少于2个有效孔，一个在空洞较高处，作为排浆孔和观察孔，一个在较低处，做为注浆孔。

③钻孔设计参数

钻孔直径：采用φ42mm的钻头进行钻孔；

钻孔深度：根据检测缺陷深度作为参考，确定打孔深度；

钻孔间距：若缺陷范围长度较长布孔按等距3.0米布置；

孔口管：φ42mm钢管焊接φ25mm闸阀。

④注浆参数

注浆配合比：水灰比0.45，浆液配合比1:0.45：0.005（重量比）。

注浆压力：0.2～0.5MP。

⑵ 主要施工方法

①钻孔施工

1）测量放样确定缺陷区域，并确定钻孔位置且不得少于2个有效孔，一个在空洞较高处，作为排浆孔和观察孔，一个在较低处，做为注浆孔，若缺陷范围长度较长布孔按等距3.0米布置。

2）钻孔

钻孔前应注意观察二衬泵砼送料口和隧道坡度方向，一般脱空空洞位于远离泵送口且位于上坡最高处。在预计大约空洞较高处钻孔做为排浆孔兼观察孔，在预计大约空洞较低处钻设另一孔作为注浆孔。

采用人工风钻钻孔，钻孔直径为Φ42mm，先采用30cm短钻杆钻孔，待钻至约20cm，换设长钻杆继续施钻，根据地质雷达数据显示脱空深度及位置处于防水板内测时，加强注意钻孔进度直至钻通二次衬砌厚度，找到脱空处。

在钻设的过程中注意严禁将防水板钻通、钻破，并根据钻孔检查防水板靠二次衬砌净空处的脱空厚度，采用端头光、圆的木棒等器具上顶防水板，最大限度地让防水板复位。如通过钻孔发现衬砌背后无脱空，应重新在相邻拱部部位钻孔，甚至核查里程是否正确，查找分析原因。当无空洞，采用红笔标识“×”标识该孔作废。

根据地质雷达数据显示脱空深度及位置位于防水板外侧时，只有刺穿防水板方可完成注浆施工。

3）注浆管安装

注浆管采用Φ42mm马牙扣形钢管，管长根据缺陷深度确定，顶端削成双斜面楔形。用大锤打入孔内，钢管外露15cm，外露端设丝口，以便连接孔口阀门和注浆管路，最后用塑胶泥将孔口周围封闭。

②注浆施工

1）注浆之前，连接注浆管路，并对管路进行试压力，以此确定管路是否漏浆。

2）注浆材料按照要求脱空位置处于衬砌与防水层之间，且深度在10cm 以内采取压注纯水泥浆液；脱空深度10～15cm采取压注水泥砂浆；脱空深度15cm以上时采取泵送C30细石混凝土。脱空位置处于防水层与初期支护之间采取压注防水砂浆，并埋设排水管沿衬砌边墙切槽引排至排水沟。根据地质雷达检测报告显示两层间脱空深度，确定该处选定合适的注浆材料。

3）注浆材料配合比

水泥浆液配合比：1:0.45：0.005 (水泥：水：减水剂）

水泥砂浆配合比：1:1:0.4:0.006 (水泥：砂：水：减水剂)

C30细石混凝土配合比：1:2.45:2.01:0.44:0.009:0.06 (水泥：砂：碎石：水：减水剂：膨胀剂)。

4）注浆时遵循逐段压注，由低到高、由下坡端到上坡端的原则。注浆过程中要时刻观察注浆压力和流量的变化。如出现压力迅速上升而浆液却不易注入或注入量很小的情况，应加大水灰比、降低浆液浓度，同时检查注浆管有无堵塞，并加以疏通。相反当发现注浆压力较低或压力上升缓慢而浆液注量却特别大时，应停止注浆，检查是否有漏浆或串浆的现象并及时加以堵塞，同时减少水灰比或在水泥浆中增加适量速凝剂以缩短凝结时间。

5）注浆压力宜控制初压为0.1～0.2MPa，终压为0.4～0.5MPa。达到设计压力后稳定10分钟，如不进浆或少进浆即可即可结束注浆。

6）封孔，停泵后，关闭阀门，拆卸和清洗管路，待浆液凝固后，割除注浆管外露部分，用防水砂浆封堵孔口。

③注浆效果评定

注浆完成后，应在5～7天后组织第三方检测单位对空洞缺陷部位再次采用地质雷达进行复检，处理效果未满足要求时须进行补注浆。

3.1.3 施工注意事项

⑴严格按要求的注浆顺序进行。钻一处，注一处，以防跑浆。

⑵注浆应连续作业，不得任意停泵，以免堵塞管路。施工中应加强对既有的隧道衬砌观察和监控量测工作，严格控制注浆压力。过程中，注意观察衬砌，一旦发现衬砌出现变形迹象，应立即停注并采取措施。如有涨开的裂缝，则先清理松弱部分，再采取钻孔放浆、减压；完成后再视实际情况另行制定处理方案。

⑶注浆施工应进严格按照试验配比进行，充分掌握浆液的凝胶时间，并使用机械搅拌，保证注浆材料的可灌性。注浆施工中应随时监视压注量、控制注浆压力，专人进行注浆记录，分析注浆的效果，及时调整注浆配比参数，从而提高注浆效果。

脱空位置处于衬砌混凝土与防水板之间处治示意图

脱空位置处于防水板与初期支护之间处治示意图

3.2 衬砌混凝土背后脱空大于3㎡处治方案

根据地质雷达检测报告数据衬砌背后脱空面积大于3㎡，且衬砌混凝土厚度不满足设计厚度90%时，采取切割、凿除原混凝土，并锚固植筋、重新浇筑钢筋混凝土嵌补措施处理（混凝土采用微膨胀混凝土且强度高于设计强度）。再采用1：0.45 的纯水泥浆进行二次压注、密实。

3.2.1 工艺流程

注浆施工工艺流程图

调查标注脱空范围 清洗混凝土接茬处涂抹界面剂 安装加固组合模板 切割、凿除衬砌厚度小于设计厚度90%的薄弱混凝土 原有钢筋除锈处理，无钢筋段植筋 混凝土配合比设计 再次进行复检 拆除模板、养护 合格结束

合格放样泵送灌注混凝土 再次进行回填注浆、压实

3.2.2 施工方法

⑴ 施工准备

①搭设活动作业架平台

搭设作业平台材料为组合式门架，搭设时人工组装搭设至作业高度，，每层搭设4榀门架，共搭设4层，总高度1.8*4=7.2米，作业平台面积4*2=8平方米。组合式门架之间连接用插销刚性连接，四角采用4#钢丝绳固定于地面锚栓，保持作业平台稳定。如下图所示：

⑵钢筋混凝土嵌补施工方法

① 凿除、切割二衬厚度不足设计厚度90%范围内的衬砌混凝土，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；凿除混凝土时，缺口应内宽外窄，形成倒梯形，凿除至切口处衬砌厚度满足设计厚度。切口表面应粗糙，但结构应致密，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。

② 缺陷部位的二衬凿除后，对既有钢筋进行清理检查，如钢筋锈蚀应利用钢丝刷进行钢筋表面除锈，如锈蚀严重的进行替换；若没有钢筋地段参照SF4a原设计钢筋规格及间距设置植筋，在空洞四周二次衬砌中环、纵向植入Φ22钢筋，环、纵向钢筋间距30cm，植入深度按40cm布置，两层钢筋间按原设计设置箍筋。植筋采用A级锚固剂锚固。

③可结合悬吊回灌混凝土的模板要求，在凿除后的空洞范围打设Φ25自进式中空注浆锚杆，锚杆长度3.0m，间距60cm，梅花形布置。模板拆除后锚杆可作为锚固嵌补混凝土的作用。

④严格按设计要求做好隧道的防排水系统，对施作锚杆时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，并在锚杆根部靠近防水板与二次衬砌内侧外包两道遇水膨胀橡胶止水条以确保结构防水。

⑤在既有二次衬砌混凝土切口面进行清理，完成后用水进行清洗,保证截面部位的洁净，最后涂抹界面剂，利于新旧混凝土的结合，保证砼浇筑时与原衬砌的结合形成整体。

⑥在衬砌表面铺设组合钢模板。模板总长度及弧度以缺陷部分放样的尺寸为准进行拼装，同时考虑施工的便捷，每块重量以一个人便于操作为宜。每块钢模板加工成长120cm×宽30cm，面板厚5mm，模板两端设有螺栓孔，以便于进行连接。在模板中部需设有圆孔，孔距60cm，圆孔直径28mm。铺设模板时对准已打好的Ф25锚杆尾端穿过模板圆孔，并用螺帽紧固，对模板加固，对长出螺栓外缘的锚杆采用切割机进行切除。同时加工长90cm ×宽30cm、长60cm×宽30cm端头钢模板配套使用。模板在靠近衬砌环向

钢筋处，设置Φ18钢筋加工成的L形吊杆，吊杆的直端套丝用螺帽与钢模板连接，另一端与衬砌钢筋焊接，吊杆间距按30cm*50cm(环向*纵向)梅花型布置，从而保证模板安装牢固。模板安装要求超出缺陷边缘不小于30cm，两端用锚栓固定，每块模板固定用锚栓不少于6根，锚栓采用M16×300型膨胀螺栓，锚固深度20cm，使用双螺帽紧固。

⑦吊装模板时施工人员佩带好安全带，及相关防护措施后，将事先准备好的Ф16棕绳，穿入事先加工好的螺栓孔中，由操作平台上的施工人员吊至工作面，解除棕绳，清理模板表面，检查合格后准备安装。安装时，一人支撑模板，将打磨的干净面放在砼面一侧，对准事先打好的锚杆尾端，另一人使用螺帽及垫板初步紧固，然后对好模板端头的锚固螺栓并紧固，在本块模板所有螺栓初步紧固完成后，继续进行二次紧固，保证模板安装牢靠。重复此顺序安装拼接下一块模板。

⑧通过灌料孔灌入C30微膨胀混凝土，并采用小型手持式插入式震捣器捣固。封口模板做特殊设计，在靠近顶端预留30cm×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Φ42mm注浆管，待两天后对注浆管进行压力注浆，注浆采用1:0.45的水泥浆液进行注浆，压力控制在0.4～0.5Mpa之间为宜。

⑨混凝土强度达到100%后拆除防护模板，并对表面打磨处理。之后按照注浆施工工艺流程对该处进行二次注浆压住密实。注浆完成应在5～7天后组织第三方检测单位对空洞缺陷部位再次采用地质雷达进行复检，合格结束。

凿除砼、植筋、锚固、嵌补钢筋混凝土示意图

3.2.3 施工注意事项

⑴在作业平台处作业，要佩带安全带，挂妥安全带钩。平台顶的四周要安装好防护栏杆和安全网，防止跌落。

⑵高空作业人员必须进行身体检查，凡患有高血压、心脏病、贫血以及其它不适于高空作业者，不得从事高空作业。

⑶所有作业人员进入施工现场，都要戴好安全帽和扣好帽带。登高作业人员要穿胶鞋或软底鞋、不准穿拖鞋、硬底鞋以防滑倒和摔下

⑷现场施工所有机具必须粘贴反光标志，材料停放在一处，堆放整齐，施工中在作业点前后30米处设置警示标志，并设专职安全员负责现场安全工作，并指挥过往车辆通行。

四、施工过程质量控制措施

4.1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。

4.2防水板挂设完成后用手托起防水板看其是否能与初支面密贴，且没有太多余量，一般防水板长度为初支面长度的1.2倍。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，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。

4.3在浇筑拱部时适当调整混凝土的水灰，减小混凝土干缩徐变。浇筑过程中振捣密实，尽量排除在混凝土浇筑时被挤压到拱部的空气。

4.4在拱部混凝土浇筑时，将泵送管深入模板外接近拱顶的部位，使拱部混凝土由上向下浇筑。混凝土泵送管可选在台车标高较低的一端入模。混凝土浇筑到拱部时设置观察孔，安排技术员或质检员值班观察浇筑情况，确保拱部混凝土填筑饱满。

4.5拱部堵头板安装时注意接缝密贴，可采用双面胶等措施，保证混凝土浇筑后不漏浆，不跑浆。

4.6混凝土浇筑时，安排专人现场值班。值班人员要恪尽职守。混凝土浇筑完成后要求施工人员不要急于拆下输送管，须待混凝土有一定自稳能力后再拆，在拆下同时，迅速关闭窗口，以免混凝土掉落。

4.7二衬施工前要先检查初支背后是否存在空洞或喷砼不密实的情况，若发现有空洞等情况存在应安排注浆充实。

4.8做好二衬台车台车附近的文明施工，防止支垫方木长期被水浸泡。现场管理人员要定期检查方木受压能力，防止混凝土浇筑后被压碎引起台车下沉。衬砌台车在使用过程中要定期检查、维护，防止台车屈服变形。

五、环保、水保保护措施

⑴按设计施工，采用“防、排、堵、截结合、因地制宜、综合治理”的原则，进行注浆堵水，施工中对地下水、泉点、水井进行定时观测，避免因施工造成水位下降，防止因地下水、地表水流失改变水系，破坏生态平衡。

⑵靠近生活水源的施工，用壕沟或堤坝同生活水源隔开，避免污染生活水源。

⑶隧道内、搅拌站以及其他施工区产生的施工污水必须经净化处理后排放，不得直接排入河道。生活污水采取二级生化或化粪池等措施进行净化处理，生活废水必须经沉淀处理，经检查符合标准后方可排放。

⑷机械存放点、维修点、车辆停放点以及油品存放点做好隔离沟，将其产生的废油、废水或漏油等通过隔离沟集中到隔油池，妥善处理。

⑸注意保护自然水流形态，做到不淤、不堵、不留隐患，不阻塞河道。

⑹配备专用洒水车，对施工现场和运输道路经常进行洒水湿润，减少扬尘，生活区周围有条件的地段采用混凝土硬化路面。

⑺作业场地及运输车辆应及时清扫、冲洗，保证场地及车辆的清洁。