铁路隧道二次衬砌背后脱空成因及解决办法

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铁路隧道二次衬砌背后脱空成因及解决办法
■高军
中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳1110“
摘要：结合团结隧道工程实例，在阐述铁路隧道二次衬砌背后脱空危害的基础上，分析其具体成因.涉及隧道结构设计、混凝土收缩徐变、施1:1:艺不当及围岩压力等因素。

提出一种新型的减少脱空的注浆1:法.该工法有效降低了注浆时间与成本,保证隧道二次衬砌强度.取得良好的应用效果：
关键词：铁路隧道；二次衬砌；背后脱空；注浆工艺
1工程简介
新建牡丹江至佳木斯铁路是东北地区重点铁路建设工程，振兴东北老工业基地的重要铁路干线。

牡丹江至佳木斯铁路站前工程的MJZQSG-4标段，位于黑龙江省鸡西市境内，隧道工程8座，均为双线隧道，控制性工程为团结隧道，全长5330m,围岩构成复杂，岩体自身不完整性，易发生塌方、突水、突泥等灾害。

全隧采用新奥法施工工艺，隧道除明洞位置使用整体式衬砌外，其他位置均使用复合式衬砌，由初期支护、防水隔离层、二次衬砌组成。

2二次衬砌背后脱空危害
团结隧道采用新奥法设计，通过注浆提高围岩强度。

隧道初支采用工字型钢，二次衬砌采用抗渗混凝土结构，初支与二次衬砌协同形成复合衬砌。

围岩、初支以及二次衬砌三者之间形成紧密接触关系，共同受力与变形，形成稳定的结构。

当隧道的衬砌与初支之间产生脱空时，隧道结构内部产生不均匀接触，三者之间边界条件改变，原本紧密状态发生变化。

这将造成初支围岩与二次衬砌受力的不均匀，围岩-衬砌的接触关系恶化.导致外部荷载的传力路径改变，严重影响隧道结构的承载能力'"。

3二次衬砌背后脱空成因
团结隧道地质条件复杂.隧道设计等级较高.对二次衬砌脱空的控制较为严格。

本隧道通过雷达探测叫得到脱空位置详见表1。

脱空的成因主要有设计方案、施工质量、运营维护管理等多个方面。

3.1隧道结构设计方案的影响
团结隧道围岩构成复杂，当围岩级别较高时，其具有较好的强度和稳定性，承载力能够得到保证，衬砌背后的脱空现象较小。

当隧道围岩级别较低时，围岩性状较差，初支与二次衬砌设计承载力较高，为满足承载力会将二次衬砌的截面设计的较大.容易使衬砌与初支之间产生脱空。

表勺团结隧道工程衬砌背后脱空统计
陷
置
缺
位
-
里程范围脱空描述
DK145+094-DK145+099、
衬砌背后与
初支之间轻微脱空
拱顶DK145+762-DK145+765、
DK147+919-DK147+007
拱腰DK148+371-DK148+373
衬砌背后与
初支之间轻微脱空
边墙DK146+456-DK446+457
左边墙初支拱架与
围岩脱空
DK150+276-DK150+780
填充表面以下60~90cm
混凝土不密实
仰拱
DK151+106-DK151+107
填充表面以下90~110cm
混凝土不密实
在铁路隧道工程的设计中，选择不同的支护设计方案，对衬砌背后的脱空影响也不相同叫
3.2混凝土收缩与徐变的影响
二次衬砌釆用的混凝土结构，长时间使用过程中会产生收缩与徐变现象，产生一定微小变形。

外侧型钢架环结构变形较小，两者之间产生相对变形，从而在衬砌背后产生脱空。

混凝土结构收缩与徐变是混凝土材料自身普遍存在的一种现象.会在整个混凝土结构发生，是一种比较均匀的整体变形，因此其对整体结构产生的不利影响较小。

3.3施工质量的影响
3.3.1超挖部分回填不密实
该隧道采用钻爆开挖，通过爆破掘进的方式开挖隧道。

由于围岩条件以及爆破过程中药量、炮孔间距、埋药深度等差异，爆破后造成围岩面的超挖。

设计要求对于超挖部分要进行回填，保证围岩与初支之间的良好接触。

在实际回填施工中，现场工人为节省时间与成本，多采用同级喷射混凝土进行简单回填，超挖部分甚至不进行回填，然后在网片覆盖好后进行喷射混凝土施工。

闌岩回填不密实必然会造成衬砌背后脱空现象。

100I 工程机械与维修
3.3.2泵送压力控制不良
在施工过程中采用台车钢模板，使用定型组合钢端模封闭，通过台车模板上预留的孔洞进行混凝土的浇筑，振捣操作难度较大。

rti于衬砌外侧为防水卷材，只能通过内侧一侧进行浇筑，因此要求混凝土泵送压力要高。

当压力较小时，容易造成拱顶部的混凝土密实度不足，使衬砌与初支之间产生间隙，导致衬砌背后脱空现象。

混凝土具有流动性，当其流经台车泵送口时方向发生改变.产生泵送压力的损失，使衬砌背后发生脱空。

3.3.3二次衬砌拆模过早
该隧道釆用的台车模板为钢模板，钢制模板具有较高的刚度，能保证截面不发生较大变形。

当模板平面外刚度较小时，在混凝土自重的作用下产生下垂变形，加大衬砌的空间，从而造成其脱空。

若台车端部的端口形状比较不规则，封口的模板封闭不密实，也会导致衬砌脱空。

3.3.4顶部预埋管与补注浆控制不严
隧道断面为拱形，顶部极易容易产生脱空，因此该隧道采用预埋注浆管道法，即在混凝土凝结后进行注浆补强的做法。

若预埋管道发生堵管破坏时造成注浆不畅，注浆质量难以保证，便会使衬砌背后脱空。

3.4围岩压力的影响
该隧道长度超过5km,整个隧道围岩构成比较复杂，部分隧道地段围岩形状较差，地下水的流动会带走细小岩石颗粒。

水位下降后产生空洞，对初支混凝土的喷射产生不利影响，容易使二次衬砌与初支之间产生脱空。

4二次衬砌背后脱空解决办法
铁路隧道建设过程中，主要通过釆用地质雷达扫描隧道监测衬砌背后脱空，确定空洞位置以后，再通过预留注浆孔进行注浆补救。

针对该隧道衬砌背后脱空现象，结合自身施工条件与结构特点，采用新型的注浆工艺，混凝土浇筑后再进行注浆，将二次衬砌背后的脱空填补密实。

已建成使用的隧道中，由于使用环境以及地质条件变化，衬砌背后仍然可能产生脱空现象，应当釆取补强措施保证隧道正常使用。

4.1团结隧道新型施工注浆工艺
衬砌背后注浆工艺采用径向预埋RPC注浆管与拱顶带模注浆技术。

4.1.1工法特点
该工法有如下5个特点：一是注浆设备安装简单。

该工法主要通过衬砌内部埋设注浆管道的做法，操作灵活，安装方便。

二是注浆强度与密实度较好。

通过预埋的注浆管进行注浆量与注浆压力更容易控制，注浆效果较好。

三是可减少后注浆产生的施工缝。

该工法在混凝土完成泵送以后就可以进行注浆，能够较好的确保衬砌结构的整体性，避免因后注浆与原混凝土之间产生界面滑移。

四是注浆安全效率高。

采用螺杆式注浆泵，注浆压力可控，减少因注浆造成台车坍塌的危险。

只需要提前预埋一次注浆管，生
产效率较高。

4.1.2工艺流程
衬砌时拱顶预埋回填注浆管.注浆管间距为5m,在防
水板表面利用点粘、点焊工艺固定将固定圆盘固定「为防
止浇筑衬砌混凝土时浆液涌进并且堵塞注浆管道.现场利
用胶带把圆盘周边进行严密的封堵。

对衬砌进行混凝土浇筑时，应当左右交替，从两侧底
部开始分层对称浇筑。

应保证混凝土具有良好的和易性，
通过台车布料窗口加强振捣.减少浇筑过程中的衬砌脱空.
使初支和二衬之间的空隙保证密实。

隧道衬砌拱顶部的混
凝土回填注浆，应等到衬砌混凝土强度完全达到要求后进
行。

混凝土振捣不密实或开裂形成的缝隙，也可以利用回
填注浆进行填塞。

团结隧道衬砌混凝土强度为C35,利用1：1微膨胀水泥
浆液进行回填注浆。

水泥浆釆用浆液搅拌机搅拌，单液注
浆泵进行注浆。

注浆方式为隔孔注浆的方法，如果发生多
孔串浆现象，立刻改用群孔注浆的方案。

注浆泵注浆压力
约为0.1~0.2MPa,注浆的工艺流程控制完全按照设计资料
要求与施工规范进行。

注浆选用的材料、注浆压力以及注浆方法等条件要求，
应当依据现场情况和注浆试验结果及时调整。

注浆达到设
讣压力吋便可以停止注浆。

进行多次反复注浆时，要保证
衬砌混凝足够密实。

时刻关注注浆压力和注浆机流量的变
化，以免出现堵塞、跑浆、漏浆等问题。

4.2隧道养护中对脱空加固
铁路隧道在建设完成后的运营使用期间，也会由于地
质作用受力状态的改变产生衬砌背后脱空，针对隧道工程
运营期间的衬砌背后脱空，主要有以下几种加固措施。

4.2.1内衬套拱
当隧道内的净空冗余度较大时.可以采用在原衬砌上
浇筑一定厚度混凝土作为套拱。

套拱施工前，应将脱空位
置进行修补补强。

新老混凝土的交接面的防水需要进行细
致处理，合理设置膨胀止水胶，并利用植筋方法加强连接。

4.2.2粘贴钢板
即在原衬砌混凝土表面用环氧树脂面贴钢板。

对二次
衬砌表面进行去污、凿毛处理，二次衬砌中预埋固定锚栓
以及粘着树脂钢板。

■
参考文献
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［2］张鹏.公路隧道二衬拱顶背后脱空检测及处理新技术［O|.西安:长安大学,2017.
|3］彭万平，张春光.云桂铁路石林隧道二次衬砌背后脱空受力分析及预防措施U1-铁道建筑,2016(10):72-74.
CM&M2021.02I 101。