公路隧道施工中空洞的判斷及處理措施研究

孫永江

（甘肅公航旅公路養(yǎng)護有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

1.1 公路隧道空洞產(chǎn)生的原因

1.1.1 爆破和初期支護的問題

有些單位為了節(jié)省成本費用或貪圖省事，于是在施工道路的過程中采取了不符合設(shè)計的方法或沒有按照規(guī)范的要求進行填充，比如在施工過程中隨意將石塊進行填充或?qū)⑵渌愇锶〈炷撂畛?。這樣一方面會造成隧道出現(xiàn)超挖的情況，另一方面也造成了石頭和石頭之間不緊密，更有甚者則出現(xiàn)了大的空洞，給工程質(zhì)量帶來一定的隱患。

1.1.2 襯砌混凝土施工中的問題

由于第二次的襯砌施工泵送混凝土的流動性相對較大，在重力的作用下襯砌拱頂?shù)姆秶y以到達，在進行第二次襯砌施工后沒有認真仔細地進行超聲波探測，從而造成了較大的空洞，在探查的過程中也沒有及時對空洞進行回填注漿。

1.1.3 施工材料的質(zhì)量問題

有些單位在施工過程中為了節(jié)省成本，偷工減料，沒有嚴格地對原材料進行控制，其主要現(xiàn)象為沙礫過細以及水泥用量過大等，這些現(xiàn)象通常都會引起混凝土的收縮，繼而產(chǎn)生裂縫等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土下沉脫空，形成巨大的空洞。

1.2 隧道襯砌背后空洞的危害

若襯砌背后有一定的空洞，那么第二次的襯砌混凝土以及圍巖的應(yīng)力狀態(tài)都會隨之發(fā)生改變，這就造成了襯砌邊緣容易裂開，其空洞則是水的通道，若在下雨之際則會出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象，而水會沿著裂縫進入襯砌從而導(dǎo)致鋼筋被銹蝕等，嚴重的則會影響其圍巖的穩(wěn)定性。

2 隧道襯砌背后空洞的檢測判斷

2.1 地質(zhì)雷達的檢測原理

在施工過程中使用地質(zhì)雷達的檢測方法可以檢測混凝土襯砌背后的空洞以及襯砌厚度的變化、鋼筋的分布等方面。地質(zhì)雷達是一種利用高頻電磁波技術(shù)探測低下物體的電子設(shè)備，一般情況下通過電線拖動的方式進行掃描圖像，利用雷達向混凝土發(fā)射高頻電磁波，通過數(shù)據(jù)進行分析和處理形成斷面掃描圖，施工人員根據(jù)對圖像的判讀從而判斷出實際情況。

2.2 襯砌背后空洞的健康判斷試驗分析

2.2.1 試驗步驟

先用拱頂襯砌按不同深度空洞試驗特征將接觸應(yīng)力以及破壞荷載匯總于表1。襯砌背后不同深度空洞承載力退化關(guān)系如圖1所示。

可以從圖1中看出，結(jié)構(gòu)變形曲線明顯呈S形，下降的曲線分為三個階段。

第一階段為緩慢退化階段。在緩慢退化階段的過程中，從隧道的背后空洞延伸至空洞深度為4 mm，支護結(jié)構(gòu)的承載力在明顯下降，但由于退化的程度較慢，因此退化的速率為0.711 kPa/mm，整個結(jié)構(gòu)的承載力明顯減少為93%。

表1 拱頂襯砌背后空洞試驗特征點接觸應(yīng)力與破壞荷載匯總

圖1 襯砌背后不同深度空洞承載力退化關(guān)系

第二階段為快速退化階段，在這個階段中從隧道的拱頂背后空洞逐漸加深，隧道承載力也在相應(yīng)下降，因此結(jié)構(gòu)承載能力的退化速率為1.26 kPa/mm。在隧道支護襯砌背后的空洞達到20 mm時，其整個結(jié)構(gòu)的承載力明顯降低到38.25%。

第三階段為退化完成階段。在退化完成階段的過程中，其拱頂背后的空洞深度大于22 mm，隨著空洞進一步加深，其圍巖之間的承載力沒有發(fā)生變化。在結(jié)構(gòu)襯砌背后的空洞深度為22 mm時，所受的承載力基本相同。

2.2.2 實驗結(jié)果中對空洞健康的判斷

（1）在隧道支護結(jié)構(gòu)承載能力下降時需要及時采取支護補強手段，不但可以不斷延續(xù)隧道的承載能力，還可保證隧道結(jié)構(gòu)的營運。

（2）在退化完成階段時則可認定為病危階段，此階段的支護結(jié)構(gòu)承載能力隨著背后空洞深度的增加而造成不穩(wěn)定現(xiàn)象，帶來一定的安全隱患。

（3）在緩慢退化階段的過程中隨著隧道支護結(jié)構(gòu)承載力逐漸加深，不會影響隧道的穩(wěn)定性，此階段為亞健康狀態(tài)。若在此階段中采取有效措施則可將隧道的空洞填滿，達到隧道整體的承載能力。

（4）在隧道承載能力達到最大時可根據(jù)空洞的角度確定隧道的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為健康狀態(tài)。

3 襯砌背后空洞的預(yù)防和處理措施

3.1 預(yù)防措施

（1）在施工之前要進行爆破設(shè)計，爆破設(shè)計之前則要根據(jù)不同的圍巖類別選擇相適應(yīng)的開挖方法，更值得注意的是要根據(jù)地質(zhì)的條件以及開挖斷面等材料進行爆破設(shè)計，在設(shè)計的過程中需要施工人員做好詳細的記錄，根據(jù)記錄進行觀察和分析，要及時糾正爆破參數(shù)，不斷減少超欠挖，力求公路隧道的質(zhì)量達到最好。

（2）施工人員要嚴格按照鉆爆設(shè)計標出的周邊眼位置，在周邊眼位置上進行鉆孔，另外根據(jù)圍巖的類別選擇適宜的裝藥結(jié)構(gòu)，將超欠挖的指標盡量控制在規(guī)定范圍中。

（3）若當?shù)氐墓坊蛩淼莱霈F(xiàn)了坍塌以及掉塊時，要及時噴射混凝土分層回填密實，做好一定的回填注漿。

3.2 空洞的處理措施

若公路隧道的背后脫空會引起圍巖的應(yīng)力集中，從而使得襯砌產(chǎn)生一定的彎曲應(yīng)力，將襯砌的功能不斷降低，損傷了襯砌的功能，降低空洞的承載能力。這就需要不斷對空洞進行探測，加強空洞的探測以及回填注漿，不斷減少襯砌背后的空洞，才能有效降低空洞病害。

3.2.1 水泥漿液的拌制

水泥漿一般采用專用的設(shè)備進行隨拌隨用，對應(yīng)的設(shè)備配套為儲漿設(shè)備以及注漿設(shè)備，兩者配套使用。

3.2.2 鉆孔注漿

根據(jù)地質(zhì)雷達的探測結(jié)果，一般采用取芯設(shè)備進行鉆孔，其利用注漿管以及溢漿管進行注漿。注漿的順序則由低向高。注漿需要施工人員連續(xù)進行，注漿的壓力適宜在0.3～0.4 MPa，溢漿孔若出現(xiàn)了水泥漿后應(yīng)對其進行封閉，其注漿的壓力則需要在設(shè)計要求范圍內(nèi)；若出現(xiàn)不進漿的情況，則可根據(jù)實際情況停止注漿，另外其注漿管以及溢漿管都必須用高標號砂漿填塞密實。若在注漿的過程中出現(xiàn)了一個孔眼壓注漿液耗用水泥較多的情況但還未飽滿，這時可立即暫停壓注，一天后再使用水泥砂漿或者加入棉粉不斷地進行壓漿，直至漿液出現(xiàn)飽滿現(xiàn)象為止。壓注水泥漿液的過程中需要注意其襯砌接處的質(zhì)量，這樣可避免出現(xiàn)大量的漏漿現(xiàn)象。

3.2.3 防水層破損位置處理

不斷地采用膨脹性抗?jié)B混凝土封填進行處理，處理完畢后檢查是否嚴實再對其進行人工插搗。

3.2.4 填充效果檢查

襯砌背后的注漿完畢后，對其進行雷達檢測，檢查是否合格，對不合格的部分進行第二次注漿處理。

3.2.5 粘貼高強度碳纖維布

混凝土養(yǎng)護完畢后，在空洞處理段隧道環(huán)向范圍內(nèi)襯砌表面粘貼高強度碳纖維布，碳纖維布環(huán)縱向超出空洞處理范圍1 m，確保粘貼質(zhì)量和耐久性。

4 結(jié)語

總而言之，我國的發(fā)展離不開公路隧道的建設(shè)，就目前的情況來看，隧道空洞的建設(shè)真實反映了施工管理的水平，在很長一段時間里仍然需要施工人員的共同努力。尤其是在空洞的處理上，需要采取先進的檢測手段對其進行探測，分析隧道的健康狀態(tài)，對以上產(chǎn)生的問題及時采取一定的補救措施。隧道空洞的危害需要人人監(jiān)督，加強重視程度，不斷促進公路隧道的建設(shè)發(fā)展。

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[3]陳國清.鐵路工程施工質(zhì)量通病防治手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2007：67-68.