隧道初期支护背后脱空预控及处理

摘要：隧道初期支护混凝土若喷射不密实，出现背后脱空现象，易造成背后积水和二衬受力不均，引发渗漏、衬砌开裂等病害，线路开通后将成为危及行车安全的严重隐患。因此，初支混凝土背后必须喷射密实，不得存有脱空现象。文中介绍了初期支护背后脱空的预控及处理措施。

初支背后脱空控制性措施

超欠挖控制

(1)测量放样时要精确标出开挖轮廓线，控制好开挖断面，做到测量精确； 

(2)岩石隧道爆破开挖时要严格按照爆破施工技术交底提前准备，精确控制炮眼间距，并严格按照技术参数装入药量。根据开挖断面实际情况，准确计算钻爆参数，并对作业方案实施动态优化，以提高施工质量，最大限度地减少开挖断面超挖，缩小网格和钢架背后的空间，减少喷射混凝土数量和人工工作量。 

(3)在开挖过程中还需根据实际情况确定预留变形量，应将施工中可能发生的围岩变化情况（掉块或坍落）进行考虑； 

(4)在施作超前小导管时要控制好外插角，防止因外插角过大造成超挖； 

(5)预留开挖轮廓边缘线，在开挖过程中采用人机配合，避免机械开挖造成超、欠挖现象； 

(6)地质情况较差、局部出现坍塌时根据实际情况尽快施作初期支护进行封闭处理； 

(7)开挖到设计轮廓线位置后立即进行初喷封闭开挖面，再架设型钢拱架； 

调整初期支护施工顺序

为了避免初支背后脱空，优化施工工序，即：爆破→初喷→打锚杆→挂钢筋网格→支立钢架→复喷，重点把握“初喷”和“复喷”工序。

具体而言：“初喷”是指在掌子面爆破完成后，不是紧跟架设钢架，而应该对暴露的岩面排险后对钢架和第一层喷射混凝土表面必须进行彻底清理；先喷一层混凝土封闭尤其是先喷射填塞钢架背后,然后以每层3～5cm厚度分层喷射，并对开挖不规则的岩面找平。“初喷”混凝土面的平整度是减少背后脱空的关键，因为混凝土表面平整，钢筋网格和钢架就能紧贴“初喷”的混凝土面，其背后就不会留有间隙。在开挖断面存在超挖的情况下，为了保证“初喷”混凝土表面平整。“复喷”是指二次喷射混凝土。

“复喷”混凝土在打设锚杆与铺设钢筋网后紧贴岩面，安装格栅架或型钢钢架，复喷作业时砼不需要穿过钢筋网格去填充网格和钢架背后的空间，直接覆盖网格和钢架不易在岩面与钢筋网中间形成较大空隙或造成空洞。 

喷射砼作业

在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。初喷混凝土喷射时应先填平岩面较大凹洼处，初喷混凝土面应大致圆顺。设置控制喷射混凝土厚度的标志，一般采用埋设钢筋头做标志，亦可在喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每1～2m设一根，作为施工控制用。喷射砼作业过程中应严格按照以下要求进行： 

⑴喷射操作程序为：打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土。 

(2)喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。 

(3)喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300㎝，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。 

(4)分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层。在喷射边墙下部及仰拱前，需将上部断面喷射时的回弹物清理干净，防止将回弹物卷入下部喷层中降低支护能力。 

(5)分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。边墙一次喷射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持喷层厚度均匀。顶部喷射混凝土时，为避免产生堕落现象，两次间隔时间宜为2～4h。 

(6)喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压：边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。 

(7)喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度应与受喷面垂直，以使获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面间距宜为0.6～1.8m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，将钢架、钢筋网背后喷填密实，但不宜小于70°，必要时应在钢架和初期支护后注浆填充。如果喷嘴与受喷面的角度大小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。 

初支背后脱空处理

较大脱空处理

首先根据抽芯破检情况，利用风枪加大探测空洞范围并标识清楚。采用取芯机钻孔埋设不少于2根Φ100泵送管，作为排气检查及泵送口。砼由各片区搅拌站集中供应至现场后，接驳泵送管，分阶段分批次进行对空洞进行回填处理。为避免初支承载力过大，砼采用流动性较大砼，泵送过程中应安排专人指挥及观察，泵送速度不宜过快，分段分批次间隔时间泵送并及时调整坍落度，使得砼向四周撒开填充空洞，同时对护拱上方吹沙回填作为缓冲层。回填处理完成后，进行雷达扫描检测，如发现局部不密实或存在孔隙范围可采用回填1:1水泥砂浆处理直至密实。

脱空注浆处理

(1)注浆作业工艺流程

(2)注浆管布设图

(3)施工操作要点及要求 

①纵向施做注浆孔，注浆孔为钻孔埋设,根据脱空面积大小区别布设。连续脱空部位，环向间距3m，纵向间距5m；独立脱空较小部位,一次注浆完成。当独立脱空范围相对较大时，为避免局部承载过大，注浆分两次或三次完成，先注浆1～1.5个小时，后移至第二个注浆孔注浆，以此类推。等第一个注浆孔初凝后有一定强度时，在进行二次注浆，最后一次进行补注至空腔密实，用棉纱封堵注浆管，以防止浆液从管内溢出。 

②埋设注浆管          

利用破检孔洞预埋注浆管。注浆导管采用Ф42×3.5mm热轧钢管，长度为40cm，当有超挖时适当加长，注浆管迎水面位置应与围岩密贴，注浆管埋设不少于2根，一根作为注浆孔，一根作为排气孔或检查孔。 

③注浆 

注浆采用1:1的M20水泥砂浆。注浆管与注浆机连接好后,排除管内空气,调整好注浆压力，启动注浆机开始注浆,注浆应在距封闭成交底内容：

注浆离掌子面5m外进行, 注浆时先注两侧孔，后注拱顶孔。注浆压力一般为0.3～0.5Mpa，注浆终压力0.5MPa。注浆时，随时观测压力和流量变化。当压力逐渐上升，流量逐渐减少，注浆压力达到终压时，稳定3min，可结束本次注浆。注浆顺序应由下往上，由水少处到多水处。过程中应密切注意注浆压力的变化。 

④堵孔 

注浆完毕后，用棉纱封堵注浆管，以防止浆液从管内溢出。 

⑤检测 

利用地质雷达对脱空范围进行检测，如发现不密实则继续实施注浆回填处理，直至密实。 

不密实处理

当孔隙范围较小且存在不密实部位可采取利用破碎锤破除开仓凿除，铺挂网片增打锚杆重新喷砼密实。

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