隧道二衬脱空原因分析及预防措施

导读

复合式衬砌结构中的二次衬砌脱空问题十分普遍，二次衬砌脱空将显著改变结构的受力状态，增大二次衬砌结构受拉破坏的可能性，不利于衬砌结构继续承载。因此，施工过程中必须严格执行相关工艺方法，防止二次衬砌混凝土发生脱空。

造成二衬脱空的因素分析

1、开挖及初支对二衬脱空的影响 

（1）光面爆破效果差是造成隧道二衬背后脱空的首要因素。对于Ⅱ、Ⅲ级围岩段，因初支一般不设钢架，喷砼很难使表面平顺，使得防水板很难密贴初支；对于Ⅳ、Ⅴ级围岩段，光爆差则有时会造成钢架架立不平顺，造成起伏现象，使得防水板很难密贴初支。 

（2）光面爆破效果较好，但由于初支施工时未对局部掉块部位进行挂网处理、喷射手技术水平较差或责任心不强等原因造成局部空洞或表面不平顺。 

2、防水板施工对二衬脱空的影响

（1）防水板铺设松弛度不足，局部紧绷，在防水板与喷砼面之间形成空腔。 

（2）防水板铺设松弛度过大，形成褶皱，造成二衬背后脱空。

（3）防水板与初支之间会产生一定的自由度，浇筑砼时易造成防水板局部紧绷而背后脱空。 

（4）防水板固定点数量不足，砼浇筑过程中易因砼摩擦力而下坍，引起拱部防水板紧绷而脱空。 

3、 模板施工对二衬脱空的影响 

（1）模板台车底部支撑不牢靠，如果台车在砼强度不足以承受自重前发生下沉、变形则可能导致二衬背后脱空。 

（2）挡头板封堵不严实，漏浆，造成二衬背后脱空或不密实。此情况多出现于拱顶处。

4、混凝土浇筑对二衬脱空的影响  

（1）混凝土浇筑时仅利用个别窗口，混凝土流动距离过长，距灌注窗口远处易因混凝土供应数量不足、压力不足而造成脱空。 

（2）混凝土浇筑过程中未振捣密实，浇筑完成后混凝土受自重下沉，造成拱部脱空。 

（3）混凝土浇筑至拱部时，难以精确掌握混凝土量，拱部混凝土灌注量不足而致使拱部局部形成脱空。 

（4）拱顶混凝土采用一次泵满的方式施工，捣固后混凝土下沉致使拱顶形成空腔。 

（5）下坡施工时，浇注段与上循环之间会形成空气囊（拱部）而造成衬砌背后空洞。 

（6）混凝土扩散度不足，封顶时局部泵送不到位，造成二衬脱空。

5、养护对二衬脱空的影响  

混凝土自身收缩、徐变由于混凝土本身的特性，其在浇注后要发生收缩和徐变，致使衬砌与围岩或防水板间出现空隙，此种原因造成的空隙一般小于2cm。

二衬防脱空施工工艺

通过上述分析可知，影响二衬脱空的因素涉及施工的各个环节，需从开挖、初支、防水板铺设、模板、砼浇筑、砼振捣、养护等环节加以控制。工艺控制要点如下：

1.过程控制

（1）采用爆破施工时，现场严格按照钻爆设计并根据实际围岩情况，做好钻爆方案及现场工艺优化，保证开挖断面施工质量符合设计和验标要求。 

（2）初支施工时设置厚度控制标识，施工人员做好技能培训和交底，严格控制喷射混凝土厚度和表面平整度，保证初支施工质量符合设计和验标要求。 

（3）防水板铺设松紧适度，固定点间距严格按设计要求布置，搭接长度、焊缝及固定点焊接，严格按防水板施工作业要求施工到位。 

（4）模板台车按衬砌施工作业要求施作，模板加固支撑体系严格检查，并采取防止上浮措施，各预留孔洞封堵到位，拱部浇筑预留通气孔。 

（5）混凝土浇筑严格按照衬砌施工作业要求施作，严控施工浇筑顺序、捣固等工序的施工质量。 

（6）拆模时间不宜过早，在初期支护变形稳定后施作的二次衬砌砼强度应达到8MPa以上；初期支护变形稳定前施作的二次衬砌砼强度应达到设计强度的100%，在模板台车端面上贴反光轮廓标，警示运输车辆，避免撞击造成台车移位。

2.注浆防脱空

注浆防脱空采用纵向预留管道法，在衬砌防水板施工时，在衬砌拱顶中央位置，安装注浆管与排气管。管体采用φ30PVC，长度等于衬砌长度加200mm外露，注浆管布设溢浆孔，孔径φ6～8mm，间距15～20cm，呈梅花型布置，外露段与注浆机连接，排气管不布孔，按照排气要求安设于注浆管侧面。施工可参照下图：

注浆管与排气管同防水板采用强力胶带粘贴牢固，按照0.5m一个节点固定，安装时应避免管体将防水板捅破。

本循环衬砌施工完成后，下循环衬砌施工前，并在孔口封堵材料达到一定强度后，进行衬砌拱顶注浆，注浆压力控制在0.2Mpa以内，注浆材料采用M20水泥砂浆或水泥浆，机械拌制，施工时严格按配比称量拌制，稠度控制在14～18s之间。注浆时，设备注浆管与衬砌注浆管固定牢靠，注浆压力达到0.2Mpa或排气管出浆时即可终止注浆。注浆结束后，应及时将注浆孔封堵密实。 

3.检测、总结、改进

在衬砌施工200m后即安排雷达检测，及早发现问题，以便采取措施，改进施工工艺、总结提高，减少后续施工衬砌脱空现象的发生，促进衬砌质量的提高。 

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知识点：隧道二衬脱空原因分析及预防措施