隧道二次衬砌与初期支护间脱空原因分析及处理
2024-02-13
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第8卷第2期 2012年2月 中国安全生产科学技术 Journal of Safety Science and Technology VoI_8 No.2 Feb.2012 文章编号:1673—193X(2012)一02—0140—04 隧道二次衬砌与初期支护间脱空 原因分析及处理 杨小玉 (陕西铁路工程职业技术学院,渭南714000) 摘要:随着隧道在线路中占的比重增大,其在施工过程中的质量问题也愈发明显。隧道衬砌结 构的病害一般分为表面病害和非表面病害,隧道脱空是导致隧道产生多种形式病害的原因之一, 随着新奥法的推广和应用,现在隧道一般都采用初期支护、防水层、二次衬砌构成的复合式衬砌结 构,二次衬砌脱空问题变得十分普遍,这种病害形式将显著改变结构的受力状态,增大二次衬砌结 构受拉破坏的可能性,不利于衬砌结构继续承载。本文对隧道二次衬砌脱空产生的原因进行综合 分析,提出相应的预防对策,并结合金宝顶隧道洞门二次衬砌与初期支护间脱空对隧道脱空治理 的关键技术进行探讨分析。 关键词:隧道;衬砌脱空;原因分析;处理方案 中图分类号:X947 文献标识码:A Cause analysis and treatment scheme of the separation between the secondary liner and primary support of tunnel YANG Xiao-yu (Shanxi Railway Institute,Weinan 714000,China) Abstract:Along with the increased proportion of tunnel in a circuit,the quality problems in the construction process have been greatly obvious.We know that the diseases of tunnel living stoucture,generally fall into the sur— face disease and the non—surface diseases.The separation of tunnel is one reason that lead to various forms of tunnel diseases.With the popularizing and applying of New Orleans method,now in tunnel typically the composite linings of primary support,waterproof layer,and second lining structure was adopted,and the secondary liner separation problem become quite common,this disease will significantly change the stress state of structure,increase the pos— sibility of tensile damage in the secondary liner structure,and against the keeping bearing of lining structure.In this paper the causes of the secondary liner separation were comprehensively analyzed,the corresponding preventive measures,and combining with the separation between the secondary liner and primary support of Jin Baoding tunnel portal,the key technology of tunnel separation disposal was discussed. Key words:tunnel;liner separation;cause analysis;treatment scheme 0 引言 隧道施工过程中,由于自然和各种人为因素的 收稿日期:2011—06—22 原因,常引发各种施工质量问题,导致隧道运营过程 第2期 中国安全生产科学技术 ・141・ 产生各种病害和灾害。2008年,重庆渝武、渝黔、止 界、綦万等高速公路中的12座隧道接受了一次特别 检查,专业技术人员对7座隧道的衬砌结构进行了 地质雷达检测,此外对两座隧道的衬砌裂缝、一座隧 道衬砌强度进行了检测,都存在一定程度的空洞、欠 密实、裂缝、渗水等质量问题,这些隧道运行一段时 问后,其病害会逐渐显露,极易诱发安全事故。如某 隧道在通车后出现衬砌垮塌,造成停止运营,经济损 失近千万元的严重后果,事后原因分析就是该段在 施工期间发生塌方,衬砌施作厚度小于设计要求,特 别是衬砌拱顶存在严重的脱空问题,局部衬砌厚度 不足10cm。隧道衬砌脱空形成的空洞使衬砌受到 不均匀的荷载,不能产生充分的地层反力,对结构的 承载力产生不可忽略的影响。因此,对隧道衬砌厚 度及拱顶脱空进行检测,揭露、杜绝衬砌脱空,并对 衬砌脱空进行及时处理显得尤为重要。 1 工程概况及脱空检测 金宝顶隧道全长3584m,围岩类别以Ⅳ、V级为 主。隧道按新奥法原理组织施工,开挖采用光面爆 破技术。对Ⅲ级围岩地段采用两台阶法或三台阶法 施工;1V级围岩地段采用三台阶法;V级围岩地段采 用CRD法、三台阶七步开挖法;明洞、棚洞、浅埋偏 压段采用三台阶大拱脚七步开挖法或明挖法施工。 衬砌类型为复合式衬砌,二次衬砌空洞是导致隧道 在长期运营过程中产生多种形式的病害的原因之 一,这种病害形式将使衬砌受力不均衡,显著劣化结 构的受力特性,增大二次衬砌结构受拉破坏的可能 性,不利于衬砌结构继续承担荷载,加之该隧道存在 断层、顺层及破碎带、地表及地下水丰富。由此可能 引起衬砌裂损、渗漏水、掉块甚至坍塌,为此,采用地 质雷达对隧道出口二次衬砌进行无损检测。结果表 明隧道二衬与初支间多处存在脱空现象(表1)。 2衬砌脱空成因及对策 2.1 混凝土的收缩或自重下沉引起脱空 混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小 现象,混凝土含水量越高水泥浆量越大,坍落度大, 混凝土振捣不密实,混凝土自重下沉;水灰比越大收 缩越大,从而使二衬混凝土不可避免的出现空隙。 避免因混凝土收缩而产生空洞,除延长早期养 表1 二衬与初支间脱空统计表 3右拱腰检测段没有发现衬砌缺陷 4左边墙4左边墙 D K 3 9 60 - 初支拱架背后脱空 DK350+965 初支拱架背后脱空 5右边墙检测段没有发现衬砌缺陷 护时间外,也可控制水胶比,或者添加减水剂、适量 的膨胀剂及外掺料,从而减小收缩。 2.2泵送压力不合理引起脱空 泵送压力过大,压坏模板台车,致使振捣坍陷, 导致顶面混凝土与衬砌间出现空隙,产生脱空;泵送 压力不足,模板内的混凝土压力则不足,导致拱顶面 的混凝土在输送过程中把部分空气密闲在狭小的空 间内无法排出,造成留有空隙,产生脱空。 在施工前对输送泵进行检查,从而保证合理且 足够的泵送压力,钢筋密集处,应放慢浇筑速度,且 应振捣密实,机械振捣不便时可辅助人工振捣;或可 加入泵送剂,从而增加混凝土的流动性。 2.3 防水层铺设富余量不足引起脱空 防水板富余量铺设的不足,混凝土浇筑到拱部 时,造成拱部的防水板绷得太紧,使得混凝土无法充 填密实,强行泵送还会造成防水板在拱部破裂。 铺设防水卷材时应尽可能的选用复合式卷材, 避免其过度沉落,悬吊点应设置密集并与钢钉连接 良好,且事先计算好富余量,对于钢筋段,最好于顶 部多设置砂浆垫块,将顶部卷材顶起来。 ・142- 中国安全生产科学技术 第8卷 2.4拱架与模板刚度不足引起脱空 进行浆液配比选定,并进行现场试验后确定; (4)注浆通道采用在二衬混凝土施工时预埋的 由于拱架与模板刚度低,在浇筑完混凝土后引 起模板和拱架的变形或下沉;模板支架底部不坚实, 支架疏松,导致顶部模板下沉量过大,造成顶部衬砌 混凝土下沉脱空。 选用坚固、稳定、符合刚度要求的支撑结构;隧 道衬砌使用全新钢模,规格、强度要符合设计要求, 立模时要求模板结合紧密,尺寸要符合设计要求。 2.5提前脱模引起脱空 纵向间距3m的‘p50单壁波纹管(见图2); 单壁波纹管 盲目追求施工进度,拆除模板时间过早,使低强 度混凝土过量承载,破坏了混凝土结构;脱模后没有 进行混凝土的潮湿养护,导致衬砌开裂和下沉脱空。 混凝土拆模时的强度必须符合设计或规范要 求,脱模时不得损伤混凝土;传统的混凝土洒水养护 图2注浆通道示意图 (5)注浆根据设计线型采用从下坡方向向上坡 方向注浆方式,控制注浆压力不大于0.5MPa,以免 方法,由于洒水不均匀,使混凝土早期强度得不到保 证,可使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。 结合现场实际情况,并经过认真分析得出结论: 造成金宝顶隧道二次砌衬与初支间脱空的主要原因 是混凝土自重下沉以及混凝土收缩徐变,造成留有 空隙。 压力过大,影响其他部位二衬混凝土; (6)注浆结束的标准根据注浆压力,注浆量及 现场有关检测资料综合判断确定。 3.2对隧道拱腰部脱空形成的空洞处理主要采取 的措施 3脱空处理方案 二次衬砌出现空洞后,要加强对隧道裂缝变化 (1)在衬砌混凝土达到设计强度后,检查确定 拱腰空洞位置,进行中空钻孔注浆方法处理。 (2)在钻孔的过程中应采取循序渐进的原则, 首先根据无损检测结果确定该段的二次衬砌实际厚 过程的长期持续监测,密切关注其发展状态,同时应 及时采取维护加固措施进行处理。 3.1 对隧道拱顶部脱空形成的空洞处理主要采取 的措施 度,然后确定钻进的最终长度应控制在小于检测厚 度的3—5cm处。钻孔时应先试钻,在钻进过程中, 若发现钻速突然增高或其它异常情况,应立即停止 钻进,防止损坏衬砌防水层。 3.3浆液配合比及注浆处理 (1)在衬砌混凝土达到设计强度后,进行衬砌 拱顶注浆填充(见图1); (1)浆液配合比:采用单液水泥浆(≥M20),水 泥浆水灰比为:1:0.55,水泥采用42.5普通硅酸盐 水泥。并通过试验按需掺配高强减水剂、速凝剂及 其他添加剂;添加剂的性能质量需符合规定,使用前 必须进行效果试验,初凝的凝结时间不宜超过 5min,终凝的凝结时间不宜超过lOmin。 图1隧道拱顶注浆横断面图 (2)注浆压力和注浆管设置:应等到二次衬砌 混凝土强度达到设计强度后方可注浆,且需初压为 0.2—0.5MPa、终压不大于0.5MPa,可采用逐渐加 (2)JJl强对空洞部位二衬混凝土强度检测,待 达到设计强度后即开始进行注浆处理; (3)本次注浆主要采用M20水泥砂浆,施工前 压式或定压式进行注浆,注浆速度为30—60L/rain, 注浆时还需注意将注浆芯管安装在预埋的注浆管 第2期 中国安全生产科学技术 ・143・ 上,且预埋的注浆管间距为3m。预埋的注浆管不可 破坏防水板,并在注浆管端头设置防堵设施,注浆结 束后应及时将注浆管孑L封堵密实。 (3)注浆前需进行吸水试验来检查注浆管路系 统,采用1.5—2.0倍注浆终压进行吸水试验,从而 检查机械设备是否正常、注浆管路系统能否耐压,有 无漏水,试运行20rain后,再进行注浆现场试验,从 而确定注浆参数。试验及压浆过程中,要求有工程 技术人员在场,对数据进行记录、观察,并根据现场 注浆实际情况,作出准确判断,及时调整浆液稠度和 凝固时问。 (4)注浆前应先对管孔进行清理,并合理的安 排注浆顺序。注浆时若出现浆液很难注入或注入量 很小并且压力迅速上升的情况,应增大水灰比、降低 浆液稠度,同时检查注浆管有无堵塞,并及时进行管 路疏通。若发现浆液注量很大且注浆压力很低或压 力上升缓慢,应马上停止注浆,检查是否有漏浆或串 浆的现象并及时加以堵塞,并按其情况可适当的调 整水灰比。 (5)注浆结束标准需用注浆压力和注浆时间、 注浆量三个方面来确定。当出现下述情况之一时即 可结束注浆:①当注浆压力达到设计终压时;②当注 浆量达到或超过理论注浆量,孔口管出现冒浆时;③ 当注浆压强已达到设计终压,且稳压lOmin后,即使 进浆量仍未达到理论浆量,也可结束注浆。 3.4方案特点 (1)注浆工艺简单,操作方面、安全; (2)浆液具有良好的可灌性,且固结收缩小,具 有良好的粘接性、抗渗性、耐久性及化学稳定性; (3)二次衬砌厚度大部分不足处基本都有脱 空、不密实的现象存在,通过分析打孔注浆可以使二 次衬砌的厚度、混凝土密实度以及混凝土强度三方 面同时都能达到要求。 4 结语 隧道衬砌空洞对隧道危害极大,在施工中综合 运用各种技术进行预防衬砌脱空,对已造成的衬砌 脱空采取合理的措施,分别对拱顶和拱腰进行注浆 处理,注浆工艺简单、操作方便,且注浆过程中需注 意:(1)严格控制浆液的水灰比;(2)合理的安排注 浆顺序;(3)控制注浆压力和进浆量。 参考文献 [1]TB 101204-2002铁路隧道施工规范[s].2002 [2]赵存明,沈斐敏.瑞利波探测公路施工隧道地质灾害 的可行性分析[J].中国安全生产科学技术,2006,2 (2):39-42 ZHAO Cun・ming,SHEN Pei・min.Feasibility analysis of detecting geological disaster for tunnel construction by rayleigh wave technology[J].Journal of Safety Science and Technology,2006,2(2):39-42 [3] 李广合.隧道模筑衬砌拱顶脱空的预防措施[J].中国 科技信息,2008,(3):33-34 LI Guang—he.Tunnel lining vault built the mould cavity prevention measures[J].China Science And Technology Information,2008,(3):33-34 [4] 赵存明,沈斐敏.长隧道地质灾害超前综合探测技术 的探讨[J].中国安全生产科学技术,2005,1(4): 384】 ZHAO Cun—ming,SHEN Pei—min.Discussion of the technology ofr integrated pre—detecting geological disaster oflong tunnel[J].Journal of Safety Science and Tech. nology,2005,1(4):384l [5] 李春雷.古交屯村隧道病害原因分析及整治设计[J]. 科技情报开发与经济,2006,(9):266-267 LI Chun-lei.An ̄ysis on the causes of the diseases of Gujiao’s tuncun tunnel and the design of the renovation [J].Science And Technology Information Development And Economic,2006,(9):266-267 [6]吴方靖.隧道施工中的危险与有害因素辨识及防护 [J].中国安全生产科学技术,2007,3(3):138.141 WU Fang-qian.The identification and protection of ris. kand hazard factors in consturction of tunnel f J 1.Journal of Safety Science and Technology,2007,3(3):138—141 [7]周涛.隧道衬砌背后空洞引起塌方的分析与处理[J]. 上海地质,2007,(2):11—12 ZHOU Tao.Ana lysis and trea tment on collapse of tunnel lining back ear ity[J].Shanghai Geology,2007,(2): 】1.12 [8] 张书丰,张静.运营期地铁隧道结构安全信息融合监 控体系初探[J].中国安全生产科学技术,2010,6 (6):61-64 ZHANG Shu-feng,ZHANG Jing.Prelim inary study onthe safety monitoring information fusion system of metrotunnel structure during operation period I J 1.Jour— nal ofSafety Science and Technology,2010,6(6):61-64 [9]雷鸣.隧道初衬背后空洞地质雷达探测研究[J].公 路,2009,(12):189.191 LEI Ming.Research on back cavity of tunnel initila lining detected by ground penetrating radar[J].Hihgway, 2009,(12):189.191 [10] 赵国刚.隧道喷射混凝土空洞缺陷的成因及处理方 案[J].土工基础,2007,(5):24—27 ZHAO Guo—gang.The oriign ofthe cavity of shotcretein tunnel and the processing plna[J].Soil Eng and Foun— dation,2007,(5):24-27