隧道衬砌背后空洞破坏机理及防治技术探究

隧道衬砌背后空洞破坏机理及防治技术探究
发布时间：2022-06-22T07:27:01.924Z 来源：《科技新时代》2022年5期作者：韩坤[导读] 铁路等交通建筑项目中，隧道工程非常常见。

一些大型建筑项目地域跨度大，地形复杂，隧道工程经常出现衬砌质量问题，给铁路项目运行安全带来不利影响。

通过对隧道衬砌背后空洞形成的原因进行分析，探讨衬砌背后空洞破坏机理，并采取科学的防治措施，延长隧道寿命，保障隧道安全性。

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摘要：铁路等交通建筑项目中，隧道工程非常常见。

一些大型建筑项目地域跨度大，地形复杂，隧道工程经常出现衬砌质量问题，给铁路项目运行安全带来不利影响。

通过对隧道衬砌背后空洞形成的原因进行分析，探讨衬砌背后空洞破坏机理，并采取科学的防治措施，延长隧道寿命，保障隧道安全性。

关键词：隧道工程；衬砌；空洞；原因；机理；防治及时 1引言
在隧道工程中，衬砌背后空洞是常见的病害，不仅对隧道的维护周期和使用寿命又不利影响，而且还会对交通行车安全造成威胁。

如果衬砌背后空洞病害没有及时发现并妥善治理，空洞会对衬砌结构造成持续性破坏，加速缩减隧道寿命，增加风险，即使后期发现，治理难度也很大。

为此，对隧道衬砌背后空洞的病害应采取预防性管理思路，早发现，早治理。

2隧道衬砌背后空洞形成原因隧道衬砌背后空洞形成的原因又很多中，如设计原因、施工原因、运维原因等，具体包括以下方面：
设计过程中对围岩荷载计算存在偏差。

围岩荷载计算一般以塌落为基础，在设计过程中，因地质条件复杂和围岩环境多样性，在水侵蚀、断层迁移、膨胀土等地质因素的影响下会造成围岩状态发生改变，而导致围岩荷载计算与实际存在偏差，导致隧道衬砌厚度不足，引发衬砌背后空洞病害。

地质勘探中围岩分界区域不准确。

隧道工程设计中，很多设计参数需要根据地质勘探得到的数据。

地质勘探工作准确度不高造成围岩分界处划分不准确。

一般这种情况在设计环节很难发现，只有施工超前地质预报并及时反馈才能了解到施工现场实际情况。

一些偏差较小的情况可以通过动态管理方式及时修正进行规避，但是有些围岩分界划分偏差较大的情况难以修正，形成空洞病害。

混凝土施工质量不合格。

混凝土浇筑环节，混凝土的配比质量不佳容易造成流动性不足，形成空洞病害。

在运送混凝土过程中，泵送管摩擦力大也会造成混凝土流动性不足。

此外，钢筋过于密集、钢筋锈蚀等施工因素也会导致空洞病害。

在支护作业中，支护表面不平整，在铺设防水层前没有认真检查，没有及时进行整平，导致支护和防水层之间存在空洞。

防水层施工时没有严格按照防水层的松铺系数执行，造成防水层施工质量不符合技术规程。

隧道所处环境对衬砌围岩造成腐蚀。

衬砌背后围岩或回填物服役过程中，受到环境因素的影响发生溶解、腐蚀等理化反应。

在不断腐蚀和冲刷的情况下，隧道衬砌背后形成缝隙，逐渐联通扩大，形成空洞。

3破坏机理分析
对于相同厚度的衬砌，随着空洞的增大，结构受到拉压应力增大，在关键截面上的轴力有不同程度的减小，但弯矩增大。

空洞所在的位置对衬砌的破坏影响不同。

位于隧道拱顶的空洞对拱脚、墙角的破坏性最大，位于隧道拱腰的空洞对拱脚的破坏性最大。

随着拱顶空洞的扩大，衬砌结构受到的影响增大，结构越容易产生破坏。

仰拱空洞因受到外侧拉力而导致结构破坏，对衬砌承载力有严重影响，还会引起其他病害。

对于不同厚度的衬砌，随着衬砌厚度的增大，拱圈的变形不断减小，拱圈刚度增大。

在相同围岩压力作用下，衬砌拱圈刚度越大，弯矩轴力越大。

因此，增加衬砌厚度可以对衬砌结构的安全性有改善，但是衬砌厚度增加有一定限度。

如技术人员进行衬砌厚度增加的试验，结果发现，当厚度从35厘米增加到45厘米，表现出增加衬砌厚度有利于提升结构安全性；当厚度从45厘米增加到55厘米，随着厚度增加结构安全性变化不明显。

对于不同级别的围岩，衬砌结构拉应力数值随着围岩等级增加而又差异，结构拉应力在仰拱附近区域最大，围岩级别性能越好，第一主应力越大。

随着围岩级别性能降低，第三主应力逐渐增大，墙角受到的破坏性影响最强。

而且随着围岩性能降低，结构变形位移增大，拱圈轴力逐渐增大。

围岩性能较好时，拱圈受力最主要的位置在拱腰和仰拱处，这连个部位产生较大的向内弯曲的力矩。

围岩性能较差时，仰拱到墙角之间都受到较大的围岩压力，产生向内的弯矩。

围岩等级越低，围岩性能越弱，安全系数越小，围岩受到的压力越大，拱腰、拱脚等位置弯矩越大，越容易发生结构破坏，形成空洞。

4衬砌背后空洞的防治技术措施
在隧道工程施工前，应对施工方案进行查阅，一旦发现实际施工现场和施工设计方案不相符的情况，及时和相关负责人联系沟通，确认施工方案，必要时进行修正。

在衬砌二衬施工作业完成后，及时进行衬砌背后空洞检测。

对检测过程中发现的空洞认真做好标记，及时进行修复治理。

对检测到的细小空洞，可采用回填压浆方式进行修复；如果检测到较大较深的空洞，应对病害区域衬砌进行凿除，然后重新施工，还可以采用钢筋网挂网方式，混凝土灌注充填坑空洞。

如果因为塌方造成的空洞，应及时对空洞进行填充，填充后再进行二次衬砌作业，可相应增加二次衬砌内测的配筋数量，采用补强锚杆的方式将围岩和衬砌之间不平衡的受力状态进行修复，对衬砌结构进行强化加固。

如果探测到衬砌背后空洞是水腐蚀环境，水侵蚀作用会造成空洞进一步扩大。

对此，可检查是否因为局部回填注浆造成水压力局部升高的情况，采取措施降低水位，消除水腐蚀环境。

对衬砌内表面强度进行加固。

采用纤维板或钢板粘着及时，对衬砌内表面进行补强，抵抗衬砌背后空洞产生的内表面拉应力过大。

内表面强度加固不仅可以防治空洞病害，而且还可以提高衬砌承载力。

对衬砌内表面加固的方式可以和回填注浆结合起来，起到更好的衬砌加固效果。

如果衬砌背后空洞病害较严重时，造成隧道结构承担围岩压力困难。

这种情况可采用内衬补强来增加衬砌厚度，对衬砌劣化情况进行改善，提高衬砌结构刚度。

还可以安装拱架来抵抗围岩压力，对衬砌承载力不足，衬砌结构材料劣化起到改善作用。

实际施工中，可采用内衬补强和安装拱架相结合的方式，更有效的保护回填压浆，提高衬砌抗弯刚度，抵抗衬砌严重变形。

应用中需要认真计算截面的净空高度，保证施工质量。

5结语
综上所述，隧道工程中，空洞病害时威胁隧道安全的典型风险。

实际项目中的空洞多为不对称性空洞，使衬砌结构受力状态十分复杂。

由于衬砌结构承受的荷载不同，受力状态向着对衬砌稳固性不利的方向发展，久而久之引发其他病害，导致衬砌结构寿命降低。

因此，应重视隧道衬砌背后空洞的原因，采取合理的防治措施，更好的保证隧道工程安全。

参考文献
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