铁路隧道衬砌实体质量缺陷分析与控制

铁路隧道衬砌实体质量缺陷分析与控制

作者：屈海彦

来源：《砖瓦世界·下半月》2019年第03期

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摘; ;要：近些年，随着我国隧道工程建设不断发展，隧道衬砌质量缺陷也越来越多，尤其是环向施工缝附近缺陷较集中。各单位虽然提前通过敲击、雷达扫描等方法发现一些质量缺陷，但是隧道衬砌质量缺陷的根本问题没有解决。处理缺陷在施工过程中增加了成本，为后期运营埋下安全隐患。本文通过对蒙华铁路隧道衬砌质量缺陷的分析，采用“滑槽逐仓入料”、“拱顶脱空预警”、“带模注浆”等一系列措施，保证隧道模筑衬砌的施工质量。 关键词：铁路隧道;二次衬砌;质量缺陷;脱空预警 一、隧道衬砌质量缺陷类型

隧道衬砌质量缺陷一般概括为混凝土质量缺陷和渗漏水缺陷。

（一）受混凝土密实度、强度、脱空等原因影响，缺陷种类为：衬砌边缘开裂、月牙形通裂、混凝土不密实、剥落掉块、衬砌脱空、异物填塞、厚度不足等。

（二）受襯砌防排水缺陷影响，缺陷种类为：衬砌施工缝渗漏水、止水带外漏等。 二、隧道衬砌质量缺陷原因分析 （一）隧道超欠挖控制不当

石质隧道由于爆破设计及工人操作等原因，洞身爆破效果差，不能达到控制预期效果。黄土或者软弱围岩隧道超欠挖控制不当，导致临空面处出现掉块、溜踏、渗水等现象发生，往往也不能达到预期效果，导致初支背后脱空。从而引发衬砌背后受力结构形成应力集中，诱发衬砌混凝土开裂、掉块等现象。 （二）防水安装质量

防水板按设计要求应保证松弛度适宜，受背后初支表面平整度和挂点布设间距形式等因素影响，尤其是隧道拱部范围，过程管理不到位极易造成防水板背后脱空、褶皱扭曲等现象，衬砌混凝土灌注完毕后必将导致拱部衬砌背后形成空洞、衬砌厚度不够。衬砌同喷射混凝土接触不紧密将直接影响衬砌混凝土的受力条件，尤其在衬砌混凝土施工缝这样薄弱区域，一旦承受局部应力，将导致混凝土开裂、施工缝变宽、剥落掉块等现象。 （三）止水带安装质量

隧道衬砌施工缝一般设计采用中埋+背贴止水带双重防水设置，中埋止水带受埋设位置空间限制，很难确保环向居中、纵向居中，采用定性钢端模仅可实现施工缝外漏部分的固定，衬砌混凝土内部依然无法确保其顺直度;同样，采用背贴止水带也受技术限制难以确保整体顺直度，一旦在浇筑混凝土过程中止水带发生扭曲、褶皱、反扣等现象，施工缝处必将形成脱空、开裂、掉块等现象。

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（四）钢筋保护层

衬砌钢筋施工过程中应重点对层间距、环向纵向间距、钢筋保护层等控制，其中内层钢筋保护层的控制难度较大，过大及过小均会对钢筋混凝土造成影响;钢筋保护层过小必将导致漏筋、显筋现象，随着时间推移，混凝土炭化深度逐步加深，钢筋保护层失去作用，导致钢筋锈蚀，混凝土剥落;钢筋保护层过大，随着时间推移，衬砌受力易形成裂缝，裂缝发展也会形成混凝土剥落，从而钢筋受到锈蚀。 （五）初支侵线或台车变形

施工中经常会遇到初支喷射面不平，局部侵线，导致衬砌厚度不足，或者台车变形没有及时测量发现，也会导致衬砌混凝土局部厚度不足，尤其两者误差累加，会导致衬砌厚度严重不足。

（六）混凝土灌注质量

衬砌混凝土采用整体液压钢模板台车进行施工，受混凝土重力作用影响，拱部混凝土灌注难以灌注饱满，尤其是下坡线路衬砌施工缝搭接段极易形成气囊进而造成脱空，当衬砌整体结构载荷受力时，必将引起衬砌施工缝处内缘压裂、掉块的现象;受混凝土运输车配置、交通状况、拌合站生产能力等因素影响，衬砌混凝土在“压顶”浇筑时，混凝土供应不及时，会导致拱顶形成施工冷缝，安全隐患较大。 （七）隧道衬砌混凝土品质及脱模时间

混凝土生产工过程中，受温度、距离、原材料、外加剂情况等因素影响，到达现场差异很大，加之现场工人分层振捣等施工过程控制不到位，极易造成成品混凝土的强度、抗渗、抗裂等多项性能指标不符合要求。衬砌混凝土脱模时间过早，强度不够，均会造成施工缝处衬砌边缘被台车扰动至开裂、月牙形通裂、剥落掉块等现象。同时也受衬砌面板的洁净情况影响，施工中应定期打磨。

三、隧道二衬质量控制预防措施 （一）杜绝初支空洞、确保初支平整度

1、利用激光断面仪测出各测点与相应设计开挖轮廓线之间的超、欠挖值[1]指导施工，值班技术人员全程盯控湿喷质量必须喷实，在二次衬砌施工前必须注浆处理检测出的脱空，复检合格后才能进行二衬仰拱后续施工。

2、二衬混凝土与初支脱空大部分是防水板铺设不密贴造成的，喷射混凝土作业应分段分层作业，一次喷射最大厚度：拱部不超过10cm，边墙不超过15cm。操作经验上一般第一遍

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“初喷”就做到基本平顺，第二遍“打底”做到平整，第三遍“扫面”就很容易的喷出平整的面来。个别初支鼓包或肋排及时铲除，补喷平顺。 （二）防水层松弛适当，铺设密贴

土工布与防水板必须按照《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753-2010相关规范要求，从拱部向两侧边墙顺序悬挂铺设。下部防水板必须压住上部防水板，搭接不小于15cm，铺设松紧应适度并留有余量。实铺长度与初期支护基面弧长的比值为10∶8，以确保混凝土浇筑后防水板表面与初支基面密贴。 （三）混凝土浇筑控制措施 1、滑槽逐仓入料

通过主料斗、主溜槽、“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽结合的方式，通过操作相应的插板阀门，使混凝土流向各工作窗口，实现二衬拱墙混凝土的逐窗进料浇筑。顺序为：混凝土泵送至顶平台主料斗→调节挡板开关，从第一层窗口入料→从已完衬砌端开始逐窗滑槽入料，逐窗捣固→关闭第一层窗口→调节挡板开关，从第二层窗口入料→从已完衬砌端开始逐窗滑槽入料，逐窗捣固→关闭第二层窗口，以此类推，直至浇筑至拱顶。通过左右溜槽浇筑混凝土，减少混凝土下滑过程中钢筋对混凝土离析现象。混凝土应连续灌注，防止冷缝产生，严禁私自加水。做到每层浇筑高度30cm，左右高差≤50cm，前后高差≤60cm，分仓入料图图2所示。 要求各二襯工班配足人员和设备，安排至少4名熟练的作业人员专门振捣，6台插入式振捣棒（其中两台备用应急）。边墙和拱腰以插入式振捣棒为主，只要是有浇筑窗口的坚持插入式振捣棒分层振捣，拱顶使用附着式振捣器振捣，衬砌混凝土分层振捣工艺按照混凝土振捣技术指标操作。 2、拱顶脱空预警

利用液位继电器工作原理，辅助配置相关装置（液位传感器等）。当衬砌混凝土浇筑至拱顶最高点时，混凝土为带水导电材料，最高点电极与拱顶预埋的其它电极接通，液位继电器工作，控制继电器线圈使声光报警器报警，从而提醒作业人员冲顶情况，技术员，作业人员、质检员共同观察堵头浇筑情况综合判定混凝土浇筑结束时机。预警装置工作原理图如图3所示。 3、带模注浆

通过对衬砌台车进行改造，在衬砌台车模板中心线位置沿台车纵向方向设置4个注浆孔，并安装注浆用固定法兰，在浇筑混凝土前预埋活性粉末混凝土（RPC）注浆管，混凝土浇筑结束后及时从预埋注浆管处进行注浆，带模注浆剖面示意如图4所示。

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注浆控制水料比为0.18，观察端模出浆情况及注浆压力，端模出浆或者压力超过1.0MPa时，换至下一注浆孔继续注浆，注浆量可近似为四棱台体积计算制备，计算如下： （四）实体检测

根据现场实际情况，采用地质雷达法对隧道符合检测条件二次衬砌进行雷达检测，利用接收机接收来自介质的反射信号[2]，对其进行缺陷分析。检测时分别在拱顶、拱顶左右两侧、左右拱腰、左右边墙部位布置七条测线。检测结果显示，用新型二衬浇筑工艺及相关措施施工的段落，检测无缺陷。 （五）注意事项

1、隧道二衬台车与仰拱矮边墙搭接处必须采用双面胶封闭，环向施工缝处钢端模及木模密贴，避免漏浆导致边墙蜂窝麻面、烂根等现象。

2、技术主管如经检测发现混凝土离析或异常，不得进行混凝土的浇筑，必须及时退回拌合站。

3、混凝土开盘后必须采用专用润管剂或C40水泥砂浆（≤1.5m3）进行润管，砂浆严禁泵送入模。

4、在浇筑拱顶时，提前确保混凝土连续、集中泵送。 四、结语

综上所述，在全国目前严峻的质量安全形势下，铁路隧道质量安全尤为重要，而隧道衬砌实体质量直接决定着隧道运营安全。滑槽逐仓入料、拱顶脱空预警、带模注浆等施工措施，加快了蒙华铁路隧道的施工进度、避免了高额消缺费用、保证了运营安全，使消除隧道衬砌病害这一难题得到解决。 参考文献：

[1]周立功，严炎兴，张惠生.探地雷达技术在隧道病害检测中的应用[J].施工技术，1998，（3）：15-16.

[2]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994，22-35.