中铁四局集团第七工程分公司 安徽省合肥市 230000
摘要：当隧道二次衬砌背面空出时，衬砌结构有一个面，容易出现应力集中，使衬砌结构应力发生不利变化。如不及时处理，内衬结构将进一步受损，甚至缩短使用寿命。分析了公路隧道二次衬砌顶部的损伤、原因、受力和位移，提出了注浆加固和衬砌返工两种处理措施。依托金宝顶隧道，综合分析了隧道二次衬砌背后脱空的原因产生，并提出了相应的预防措施，并对二次衬砌与初期支护间产生脱空时的治理技术进行了探讨。
关键词：隧道二衬；拱顶脱空；原因分析；防治新技术
1隧道二衬砌拱顶脱空成因分析及工程对策
1.1防水板背后脱空
问题：最初的支撑不够光滑，防水板悬挂的松弛程度不合适，这是防水板后面空腔的根本原因。目前在初始支护中采用喷射混凝土技术，由于孔洞浑浊、操作人员技术水平不均匀、开挖面平整度等因素，支护不够平整度。目前，挂式防水板为人工材料。悬挂式防水板由于受洞内黑暗、吊装困难等因素的影响，工作效率往往较低，松弛程度不理想。在浇筑第二次衬砌混凝土时，挂式防水板容易局部拉紧，导致防水板背面空。
工程对策1：建议提高喷射比，采用初喷（初找平）+多次喷射（满足厚度）工艺，以保证初支撑喷射混凝土的平整度满足标准。工程对策2：建议采用新型防水板装小车，既能提高防水板装小车的质量，又能提高工作效率，降低劳动强度。防水面板安装小车工作原理如图1所示。
防水板悬挂小车的工作原理：跟踪设置门户钢支架的两侧和顶部为电动葫芦提供电力，滑轮组和电梯，沿着轨道移动工作平台，以满足要求的防水板铺设在每个区域的拱墙。同时，对于升降平台，采用可伸缩矩形杆实现防水板的压下功能，并通过顶部转轴实现防水板的连续铺设。
防水板挂设台车的作业步骤为：①工作台下降至下横梁，抬起工作踏板，安装整卷防水卷材，并将卷材拉出。工作踏板返回位置，将轧料从平辊顶部通过，将轧料顶部固定在隧道拱脚处；②所述可伸缩顶杆翻转，所述可伸缩顶杆的角度由凹齿轮调节，所述防水顶杆由挠性线圈压缩，所述可伸缩顶杆形成的工作空间用于手动固定防水膜。③提升工作平台，带动工作平台内防水卷材与卷材的柔性平滑托辊同步旋转，实现防水卷材的连续铺设，达到工作平台的升降高度限制。④利用工字梁和工作平台的极限槽实现了工作平台的水平移动。启动剪切液压提升，调整高度，保证卷材灵活，并使托辊平滑，压下防水卷材，顶部防水卷材连续铺至另一侧极限。⑤逆向操作步骤③，下落作业台直至完成防水材料铺设作业。
在实践中已经证明，铺设防水卷材与防水板安装电车隧道拱墙的特点，提高工作效率，减少劳动力，降低劳动强度，操作简单，低风险的工作在高度等，并且可以发挥积极作用提高隧道的防水材料质量。效率和质量的比较见表1。
表1机械铺设和人工铺设方式对比
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1.立柱；2.横梁；3.工字钢梁；4.底横梁；5.作业台限位槽道；6.作业台；7.作业台走行轮；8.电葫芦；9.作业踏板；9-1.翻转作业踏板；10.剪式液压升降机；11.卷材柔性抚平托辊；12.可伸缩顶杆；13.凹形齿盘；13-1.转轴；16.钢轨走行轮；17.钢轨；18.短枕木；20.隧道拱顶轮廓；21.隧道轮廓；22.隧底仰拱.
图1防水板挂设台车工作原理示意图
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1.衬砌台车拱顶模板；2.台车密封端模；2-1.止水带凹槽；2-2.结构主筋螺纹钢套管；2-3.内螺纹管件；2-4.后端密封的螺纹钢套管；2-5.端模内侧橡胶垫圈；2-6.环向压缩密封橡胶带及密封胶；3.防水板；4.二衬之间橡胶止水带；5.抽气管道及控制阀；6.混凝土泵管及控制阀；7.混凝土自然灌注顶面；8.拱顶围岩；9.已完成的拱顶二衬；10.拱顶部位主筋.
图2隧道拱顶二衬混凝土真空辅助灌注原理及密封端模构造示意
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图3橡胶垫圈与周边关系示意图
工艺实现了隧道二衬全断面机械化作业，工效大幅提升。但由于泵送灌注阻力大、台车一次浇注段落较长及台车附着式振捣器因素的多重作用下，拱顶二衬混凝土灌注不够爆满及振捣下坠，二衬混凝土与防水板之间出现了不同程度脱空，虽然采用了后期压浆的办法进行补救，但浆液的用水量更大，收缩后仍会出现一定程度的脱空现象。
工程对策：采用二衬拱顶局部真空辅助灌注技术，减小拱顶部位混凝土灌注阻力、提高混凝土灌注饱满度，再加上后期压浆手段，改善隧道拱顶部位的脱空。二衬拱顶局部真空辅助灌注技术主要依靠自主研发的二衬台车密封端头模板和借助压浆管实现。
该技术的基本原理为：利用拱顶防水板、两侧边墙已浇筑混凝土及对台车端头密封模板在隧道拱顶形成局部的密闭空间，通过对密闭空间抽真空形成负压，减小泵送混凝土阻力，提高隧道拱顶部位混凝土灌注饱满度，减小后期拱顶压浆量，从而改善拱顶脱空。
该技术的工作原理及端模构造见图2。
工艺步骤：在台车前端安装密封端模，端模顶部与顶部防水板之间用密封胶封闭。其余与以往施工方法相同。连续泵送浇筑混凝土至拱顶横向2m范围内，利用已浇筑混凝土及封端密封形成封闭空间，打开排气压浆管阀门，在压浆管控制阀外侧连接真空泵，抽取密闭空间内空气形成一定的负压，试验调整混凝土泵送压力，继续浇筑混凝土至完成拱顶混凝土浇筑后关闭真空泵，混凝土终凝后拔除抽气管控制阀门，抽气管用于后期拱顶注浆。拆除台车端模板，分离台车模板，移动至下一作业断面。
结束语
通过对防水板吊装和拱顶混凝土填充技术的改进，取得了良好的效果，并得出以下结论：①隧道二次衬砌前，应加强初始支护验收和防水板铺设质量，确保防水板铺设顺畅、紧密。托盘小车的应用可以大大提高托盘的铺设质量，大大降低托盘背面空的风险；②泵送混凝土入模时应注意控制泵送混凝土的坍落度（耗水量），泵送压力和管入模角度，同时防止在浇筑过程中气孔堵塞，科学判断混凝土浇筑完成，混凝土振动压实；③真空辅助混凝土充填技术的应用在隧道二线拱减少混凝土填充阻力，克服了普通拱的混凝土浇筑厚度不足的问题，减少了后注浆的工作负载，使隧道拱的结构更符合设计意图，并使压力对隧道拱更合理。④实践证明，采用带防水板的台车施工防水板，可有效改善防水板后方的剥落现象。拱顶真空辅助混凝土充填技术能有效改善第二衬板与防水板之间的空隙。可在类似工程中推广应用。
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