浅谈隧道二衬钢筋保护层的重要性及控制

【摘要】随着“一带一路”战略的深入发展，以及PPP（Public-Private-Partnership）模式的逐步成熟，全国交通领域迅猛发展，同时，受公路线形工程穿山越岭的特性影响，桥隧工程得到大量推广应用。特别是在地形、地质复杂的西南地区，隧道工程在工程项目中占比颇高，往往成为进度、质量控制关键部位。二衬钢筋保护层厚度作为隧道工程的重要分项施工内容，保护层不足将直接关系到二衬的耐久性和稳定性。而伴随着施工标准化和质检验收要求的不断提高，如何更好的控制隧道施工质量成为需要探索和解决的重要工作。

【关键词】二衬;钢筋保護层;施工质量;控制;措施

近年来，新奥法原理在隧道施工中广泛应用，但业界人士对二衬是否参与受力意见不统一[1]。根据实地多个项目检测发现，在西南地区特有的喀斯特地貌、炭质泥岩等围岩情况下，二衬的作用仍然十分重要。研究数据表明，保护层偏厚，钢筋未能及时承载应力，将降低结构受力有效面积;保护层偏薄，钢筋容易锈蚀，将降低结构耐久性。根据调查统计显示，目前全国隧道工程二衬钢筋保护层厚度合格率处于40%～70%的之间，针对此情况，亟需认真分析原因，制定有效措施，提高合格率。

1、二衬钢筋保护层的作用机理

1.1 化学保护作用方面

保护层厚度即位置关系，结合化学、物理两方面的保护作用对其进行分析。保护层越厚、密实度越高，粘结性越好，同时有效抵抗空气中的CO2渗入混凝土与Ca（OH）2反应降低钢筋周围环境的PH值，阻止钢筋表面在高碱性环境下形成的钝化膜遭受破坏而锈蚀，延长结构的耐久性[2]。但保护层太厚（正偏差严重超标），会造成结构有效截面尺寸减小，易出现受拉区混凝土开裂而钢筋并未参与受力，影响结构的安全性，且厚度超过5倍钢筋直径时，粘结力通常不再增加。保护层太薄（负偏差严重超标）、密实度差，且表面混凝土的碳化造成强度、碱度的降低并出现收缩情况，很快将发生上述化学反应，钢筋表面形成锈坑和锈斑会对周围混凝土产生压力并剥落，锈蚀问题持续恶化，影响结构的耐久性。

1.2 共同受力作用方面

钢筋作为钢筋混凝土结构物中的一道重要工序，通常在Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ级围岩区段的二衬中设置有钢筋。因其有较强的抗拉强度，弥补了混凝土抗拉强度低的不足，且两者的弹性模量接近，能形成较好的胶合力及良好的握裹性，有效承担软弱围岩中隧道二衬常见的拱脚外侧及仰拱内侧的拉应力[3]。为确保两者之间能协同受力，钢筋保护层厚度的控制对二衬质量影响很大。

2、隧道二衬保护层厚度偏差原因

二衬钢筋通常由双层钢筋网构成，总体呈圆筒形，安装工艺相对复杂。安装过程中，外层钢筋网安装精度受初支面平整度及环形钢筋垂直度影响，易出现偏位或轻微变形;内层钢筋网定位时，为保证两层钢筋网间距，则会因外层钢筋网的偏差随之偏位，从而导致钢筋保护层偏厚或偏薄。

2.1 施工人员质量意识低

在实例隧道工程项目施工过程中，经现场对二次衬砌施工班组负责钢筋制安的工人进行考核发现，考核通过率不足60%，普遍存在施工人员质量意识差，对质量控制要点和要求理解不彻底，直接影响二次衬砌混凝土钢筋保护层质量。

2.2 二次衬砌混凝土钢筋骨架安装精度差

采用现场测量的方式，对已完成钢筋安装的二次衬砌混凝土钢筋骨架位置、间距进行测量复核，发现部分钢筋间距存在较大偏差，对局部混凝土保护层影响大，导致钢筋保护层合格率达不到要求。

2.3 保护层垫块安装错误

采用现场检查的方式，对已完成钢筋安装的二次衬砌混凝土的钢筋保护层垫块进行检查，发现垫块数量每平米少于4个，未呈梅花形布置，垫块固定随意，未采用细铁丝绑牢。不符合要求。

3、钢筋保护层厚度控制措施

3.1 钢筋骨架安装精度提升措施

3.1.1钢筋间距定位简易卡具设计

选用5米长2.5号等边角钢（25*3，1.124kg/m），根据不同围岩的二衬环形钢筋间距，分别在角钢两面等距离冲孔，选用成套螺帽、螺栓（若干）固定于角钢孔上。该简易定位卡具携带轻便，便于安装，且至少适用于两种钢筋间距。

3.1.2双层钢筋厚度定位筋计算及加工

定位U型筋加工前，根据不同等级围岩段的双层钢筋厚度、钢筋直径、保护层厚度等参数精确计算下料长度，数量足够，保证两层钢筋的有效连接和固定。

3.1.3主要技术措施

定位卡具及定位筋使用：定位卡具在环向钢筋安装时，分别固定于拱脚、拱部、拱顶等位置，U型定位筋根据图纸要求，适当加密安装。通过此两种技术措施，可以有效提高纵向间距和层间厚度，确保钢筋骨架整体牢固，稳定性好，减少钢筋网片安装后因自重失稳、绑扎不牢或砼振捣而导致的变形，有效提升钢筋保护层合格率。

加强测量控制：在每仓二次衬绑扎钢筋前对隧道初支净空进行测量放样，确定隧道轮廓线长度，根据长度下料;外层钢筋绑扎结束后再次进行测量放线，确定内层主筋的具体为止，在外层钢筋上焊接定位钢筋，控制内层主筋的位置;定位筋设置好后，先绑扎二衬两端头处钢筋，端头钢筋绑扎完后从两端头拉水平线，粉笔标出环向主筋布设位置，然后施工中间部分钢筋，各钢筋交叉处均应绑扎。安装完成后复测钢筋骨架安装位置、间距，确保满足设计及规范要求。

加强钢筋骨架安装过程监管：钢筋骨架安装过程中全过程旁站，发现问题及时修正，二衬台车定位前对钢筋骨架安装质量进行三检制检查，准确无误后方可进行二衬台车定位。

3.2 提升保护层垫块安装精度

二衬内层钢筋绑扎结束后，在主筋上绑扎高强度保护层垫块，垫块数量按4个/㎡控制，局部要求加密，且呈梅花形布置，垫块用细铁丝绑牢在外层钢筋上，安装的过程中施工班组长及部位负责人全过程旁站。

保护层垫块绑扎完成后进行二衬台车定位，定位完后检查保护层垫块是否有损坏或掉落的，发现损坏或者掉落的及时更换补齐。检查保护层垫块是否全部贴近衬砌台车模板，发现有未贴近模板的要对主筋进行调整，直到全部合格为止。

3.3 混凝土浇筑控制措施

混凝土浇捣安排专人指挥，采用分流串桶从检查窗泵入，从拱脚到拱部到拱顶的顺序，且两侧对称、连续浇筑。混凝土振捣采用插入式振捣器和台车附着式振捣器配合振捣，振捣过程中尽量不要触碰保护层垫块，并时常检查垫块是否完整或掉落。通过相应措施，将大大减少浇筑和振捣造成钢筋变形和移位。

3.4 提升施工人员水平和意识

（1）全员培训：组织对二次

衬砌施工班组全员的覆盖培训，培训率100%，细致、全面的对各个工序进行技术质量交底，严格把控每个环节，提高施工作业人员的质量意识，使每个施工人员熟练掌握每道工序的操作要点。

（2）全员考核：对隧道工程技术、质量管理人员及施工人员进行考核，要求考核成绩在80分以上，不合格的可进行二次培训并补考，再次不合格的人员进行调岗或清退。

（3）加强日常监管：施工过程中部位负责人、施工班组长认真进行检查，加强过程监管，发现问题及时处理，不合格及时返工，加强每道工序过程控制，确保二次衬砌混凝土钢筋保护层合格率达到70%以上。

结语：

总而言之，钢筋保护层厚度对钢筋混凝土结构的受力情况和耐久性起着至关重要的作用，亟需采取相应措施解决当前二衬钢保合格率低的现状。本文分析了二衬钢筋保护层厚度合格率低的原因，总结了相应的技术措施。同时，现场加大了施工流程的控制力度，将隧道施工工序标准化、规范化、简单化，加快了施工进度，端正了施工人员的思想，有效提高了合格率，保障了保护层的施工质量，大大提升了二衬钢筋混凝土结构的稳定性和耐久性，将质量安全融入了构筑物的使用寿命。

参考文献：

[1]邓毅.隧道二衬钢筋保护层厚度控制技术[J].智能施工，2018（10）：150-151.

[2]李劍.浅谈钢筋保护层对混凝土结构的影响[J].建筑论坛，2018（21）：3415.

[3]田鹏.高地应力软岩隧道围岩压力及二衬受力特征研究[J].铁道标准设计，2016（8）：108-112.

[4]JTGF60-2009，隧道施工技术规范[S].

[5]JTGF80/1-2017，公路工程质量检验评定标准[S].

作者简介：

卓国勇（1989-），男，汉族，福建古田人，工程师，工程硕士，单位：中国水利水电第十六工程局有限公司;专业：项目管理，研究方向，企业管理。