隧道衬砌厚度极严重不足施工整治方法探讨

高 涛 中国铁路上海局集团有限公司宁波工务段

某隧道病害主要表现为衬砌厚度极严重不足，局部出现衬砌混凝土剥离（图1）。拱腰处对剥离段进行面积约0.8 m2～1.0 m2凿除拓宽排查，该处衬砌厚度不足5 cm，衬砌混凝土内部仅仅设置单层钢筋。凿孔探测，围岩极破碎，夹杂黄色沙粒，有少量水渗出。初期支护钢拱架及喷射混凝土结构较完整，隧道二次衬砌混凝土较密实无疏松，强度保持较好。该段衬砌混凝土平均厚度仅10 cm 左右，并且临近拱部范围衬砌厚度仅为3 cm～5 cm，临近隧道拱顶处二次衬砌存在局部脱空，敲击时明显有空音。经多次排查发现，隧道病害范围纵向约8 m，环向约6 m。

图1 隧道病害位置示意图

1 施工方法

1.1 病害处二衬内轮廓测量

对已经探明的病害范围，沿纵向方向向两端个延伸3 m，采用全站仪测量现有二衬结构的净空尺寸。根据量测结果，确定临时钢拱架的半径，并进行临时钢拱架的加工。每节钢拱架长度为1.8 m-2.2 m。

1.2 临时钢架支撑（图2）

图2 临时钢拱架示意图

为确保施工安全，施工中需采取临时钢架支撑。临时钢架采用工20 a，间距每米1 榀，钢架半径根据现场实测隧道衬砌内轮廓拟定。临时钢架底部焊接200 mm×200 mm 的钢垫板，支承于隧道沟槽盖板面上，施工中应确保钢架基础稳固。临时钢架在隧道边墙部分采用ф20 植筋固定，植筋深度不小于30 cm，环向间距40 cm，植筋采用A 级胶。为增加钢架稳定性，隧道边墙部分临时钢架设置Φ22 纵向连接筋，环向间距1.0 m。

1.3 隧道拱部周边围岩径向注浆

为改善隧道衬砌背后围岩状况，以提高衬砌背后围岩的自稳和自承能力，在临时钢架支撑后，对病害地段的隧道拱部周边围岩进行5 m 径向注浆加固。注浆管采用Φ42 mm 壁厚3.5 mm钢花管，间距1.5 m×1.5 m，梅花型布置。

在管口安设灌浆嘴，从低到高灌注注浆材料注浆采用纯水泥浆，水灰比0.5：1～1：1.5，注浆压力：初压为0.2 MPa～0.3 MPa，终压为1.0 MPa～1.5 MPa。注浆压力达到设计终压后稳定10 min，可结束注浆。封孔作业：停泵后立即封闭孔口阀门，拆卸和清洗管路，割除外露钢管，待浆液凝固后用塑胶泥封堵孔口，保证封孔后结构不渗水、漏水。

隧道轴线分左右逐段压注，由两端向中央，由低处向高处依次注浆；注浆是一项连续作业，不得任意停泵，以防堵塞管路（图3）。

图3 隧道注浆孔布置图

1.4 侵限初期支护更换

1.4.1 原初支钢拱架置换

钢拱架置换与二衬混凝土重筑采取分区作业方式，将病害区域沿纵向每4 m 划分一个作业区域，每个作业区域分A、B、C 三个作业单元进行施工。先施做A 单元，待浇筑混凝土达到设计强度后在施做C 单元，C 单元浇筑的混凝土达到设计强度后再施做B单元（图4）。

图4 分区作业示意图

先根据钻探结果首先在A 作业单元内每榀侵限初期支护钢拱架左右两侧10 cm 处用切割机切缝，用电钻或风镐将范围内的混凝土凿除，然后将原钢拱架分段割除。采用弧形靠尺确定二衬欠挖厚度，将欠厚围岩凿除至设计深度。清理围岩表面，喷射5 cm的混凝土封闭掌子面，以确保围岩稳定。对于接触网吊柱基座等特殊构件部位，2 m 范围内的混凝土不得随意凿除，若影响到施工，及时反馈设计单位，设计单位现场确认，制定专项设计方案。在原钢拱架割除的端部焊接连接板，用螺栓将置换钢拱架与原钢拱架连接在一起。安装置换钢拱架时应自下而上应分段连接。然后钻设锚栓，铺设10 cm×10 cm 钢筋网片，将钢筋网片与锚栓和钢拱架焊接咋一起，喷射20c m混凝土。因天窗时间较短，在凿除混凝土时应均匀凿除，且必须保证同一里程处的钢拱架的置换必须在一个天窗点内完成。置换的钢拱架间的二衬用钢带与锚栓加以保护。

1.4.2 凿除缺陷混凝土及欠挖围岩

同一作业区内连续更换3 榀钢拱架后，拆除作业区内的钢带，凿除混凝土至原设计轮廓。凿除混凝土应自下而上均匀凿除，围岩凿除至原设计轮廓线每凿除1.5 m×1.5 m，应立即对围岩喷射5 cm 的混凝土，封闭掌子面，然后在凿除其他混凝土，依次进行。凿除混凝土时，缺口应内宽外窄，形成倒梯形，对于新浇筑混凝土有夹持作用。切口表面应粗糙，但结构应致密，不得留有松散、气泡、裂隙等，混凝土切口四周凿毛标准为凹凸差不小于6 mm 的粗糙面。全部凿除后，挂设钢筋网片喷射20 cm 的混凝土。挂网喷射混凝土必须在一个天窗时间内完成。

1.4.3 修补、恢复隧道二衬防排水系统

在开凿过程中做好防水板、土工布的保护，对于靠近防水板的混凝土，操作规范，采用小型切割机开凿，确保外漏的防水板完整，无破损，否则，扩大开凿范围，直到露出完整的防水板为止。

露出防水板与新铺设的防水板采用专用的电热融器进行焊接连接，局部损坏的及时补焊修复，新铺设的防水板松紧合适，密贴至围岩面，但不能过紧。每根锚栓在靠近防水板与二衬内侧外包一道遇水膨胀止水条，避免锚栓起到流水引排作用。

1.5 混凝土浇筑

1.5.1 植筋

在二次衬砌中部环、纵向植入Φ16 的螺纹钢，环、纵向间距20 cm，植入深度按30 cm、50 cm 交替布置。植筋采用A 级锚固剂锚固。如二次衬砌内存在完好钢筋，可利用既有钢筋，确保浇筑混凝土与钢筋有效粘结，连接牢固。

1.5.2 安装锚栓

利用临时钢架作为支撑，在临时钢架上铺设模板，结合二次衬砌钢筋和锚栓和钢带对模板进行固定。锚栓采用Φ 16螺纹钢锚栓，间距环向纵向40 cm，嵌入岩石不小于40 cm。锚栓必须进行张拉试验，确保拉拔力达到设计要求。

1.5.3 涂刷混凝土界面剂

为了有效增强新旧混凝土之间的粘结力，沿新旧混凝土结合部，涂刷混凝土界面剂。界面剂是由水泥等无机胶凝材料、填料、聚合物胶粉和相关的外加剂组成的粉状物。具有高黏结力，优秀的耐水性、耐老化性，使用时按一定比例掺水搅拌使用。

1.5.4 模板安装

在衬砌表面铺设模板，混凝土开凿量超出1.5 m 1.5 m 的面积，采用钢模板，钢模板上需设置接地，接地钢筋采用Φ16的螺纹钢，接地钢筋与每块钢模板采用双面焊接，焊接牢固可靠，并接入隧道沟槽内的纵向接地钢筋或接地端子。也可以参照隧道内接触网接地方式，接地钢筋间隔一定距离用钢卡固定在隧道二次衬砌的混凝土表面上。

1.5.5 浇筑混凝土

通过灌料孔灌入C30 微膨胀自密实混凝土，混凝土现场按照设计配合比，采用滚筒式拌合机机械拌制，应具有较好的流动性。在砼灌注前，由专业技术人员及监理工程师，对于混凝土的质量做好过程检测工作。采用插入式震捣器捣固，充分回填凿开的孔洞及二衬脱空不密实部位。封口模板做特殊设计，在靠近拱顶位置预留30×30 孔洞，该处设活动板，利用孔洞浇筑最后的混凝土，封口处预埋直径25 mm 的注浆管，待混凝土强度上升后对孔洞未浇筑密实部位进行压力注浆。

针对同一模筑砼地点，需利用多个封锁点进行分段施工的处所，必须采用稳妥的临时封堵措施，防止未凝固的砼掉落。锚栓安装、防排水恢复、结构钢筋植入、拉拔试验完成后，安装整体模板，采用锚栓钢筋、结构钢筋紧拉模板，同时模板背面采用Φ22 螺纹钢环向做受力筋，5 cm 的方木做横向结构加固，锚栓、结构筋、背拉钢筋、横向方木相互焊接、螺栓连接组成了模板固定的受力组合体系。

1.5.6 回填注浆、拆除模板

为了进一步提高新浇筑混凝土密实性，确保浇筑的二次衬砌混凝土厚度符合要求，通过预留注浆孔进行注浆。回填注浆压力不大于0.2 MPa，水比比为0.5：1。待注浆完成1 h后，拆除模板，根据规范标准要求，承重模板在混凝土强度达到设计强度的75%，方可拆除模板，一般是混凝土浇筑完成14天以后，具体拆模时间按照同条件试块的强度而定。模板转移必须由专人盯控，不得随意堆放在施工台架上，不得抛掷，每拆除一块，立即调运至地面，确保施工安全。

1.5.7 混凝土表面打磨

二衬全部施做完毕后对新浇筑的混凝土表面打磨处理，在新混凝土表面并向既有混凝土四周延伸100 cm 范围内刮涂水泥基渗透结晶型防水涂料二遍，且涂抹厚度不应小于2 mm（图5）。

图5 隧道二次衬砌凿槽、植筋、嵌补示意图

1.5.8 设置边墙排水槽

为防止病害地段修复后出现隧道拱部及边墙渗漏水，在病害段隧道边墙设置边墙排水槽，设置间距3 m～5 m。具体方法如下：

沿环向方向，采用切割机切割成内宽外窄的倒梯形水槽，内宽13 cm、外宽10 cm、深度10 cm的倒梯形排水槽。 在切割完成的排水槽内安装Φ100 半圆形塑胶管，确保流水顺畅。采用射钉结合金属钢卡，将Φ100 半圆形塑胶管固定，钢卡沿塑胶管方向50 cm每道。

清水冲洗排水槽，且将松动的混凝土及时凿除，确保排水槽无杂物、无碎碴，按照配合比拌制防水堵漏剂，粉料：水为1：0.4，搅拌均匀。放置片刻，待手捏略有硬感时，灰刀填入槽内，并用力挤压，轻砸表面使其向内部及四周压紧、挤实。

先按照配合比对于材料进行称量，粉料：水=1：0.4 的比例，将称量好的水倒入搅拌桶，开启搅拌器，边搅拌边倒入防水涂料，搅拌均匀。涂刷基面要牢固、干净、平整，不渗水面必须充分润湿至饱和但不能积水，采用抹子或刮板多遍涂抹（至少两遍），每遍用料不应小于1.5 kg/m2，成膜约0.9 mm～1.1 mm。上一遍涂层硬化后（手压不留指纹），将其喷湿（但不能积水），再进行下一遍施工，直至达到规定的涂层厚度（不小于2.0 mm）。涂抹时要稍用劲并来回多次使其密实，同时注意搭接。

待最后一道涂层硬化后，马上进行保湿养护2～3天。养护方式可主要为喷水（图6）。

图6 隧道边墙排水槽设置示意图

2 结束语

二衬厚度极严重不足段通过临时钢架支撑，围岩径向注浆加固，初期支护钢架置换，二次衬砌凿槽、植筋、嵌补等措施进行综合整治。有效解决存在的安全隐患，确保了行车安全。