杨等刚
中铁广州工程局二公司
摘要：为了保证贵南铁路桐子园一号隧道二次衬砌施工质量，确保隧道二次衬砌背后混凝土饱满密实无脱空，为工程顺利验交做准备，为隧道安全运营打基础，为降低缺陷整治费用而创效益，本文就二次衬砌背后脱空做原因分析，对防止隧道二次衬砌背后脱空的措施做总结。
关键词：二次衬砌脱空、初期支护平整度、防水板松弛度、二次衬砌台车刚度、二次衬砌台车安装报警装置、混凝土采用间歇式冲顶、带模注浆
一、前言
二次衬砌混凝土在浇筑过程中常常受到人为因素、技术因素、混凝土干缩、徐变等因素的影响，在衬砌拱顶与围岩之间形成空隙。这种空隙会改变衬砌的受力结构，减弱其支护强度。根据新奥法理论，初期支护承载围岩70%左右的松散压力，二次衬砌尽是用作安全储备和满足净空需求等。当围岩的收敛结束后进行二次衬砌，形成抗荷环，只要混凝土的强度达到要求，那么就能保证隧道的安全。但是目前国内的隧道施工现状，初期支护往往只是起到一个临时的封闭作用，确切的说是一个施工过程中的措施。当初期支护收敛无法稳定时，一般紧跟施做二次衬砌补救， 这也是实际工程中遵循的一个施工原则。所以二次衬砌的作用就不仅仅是安全储备，相反承载着较大的围岩松散压力。
工程概况：贵南铁路桐子园一号隧道洞身大部分穿过可溶岩地层，段内岩溶强烈发育，岩溶水富集可能性大，施工时可能出现突水、突泥。隧道洞身DK32+680～DK32+770及DK33+540～DK33+790段穿过含煤层地层。隧道通过各含煤段均为低瓦斯工区。
二、隧道二车脱空产生的原因：
（一）初期支护表面平整度差、杂物未清理：在挂设放水板前，初期支护表面平整度较差，凹坑深宽比大于规范允许1/20，未覆盖抹平。监控量测标、锚杆头等杂物未清理干净，导致防水板不能秘贴初期支护面。
（二）防水板挂设不规范：防水板松弛度不合格、防水板热熔垫片布置间距过大、焊接不牢靠，在浇筑混凝土过程中，由于防水板过松、防水板热熔垫片布置间距过大、焊接不牢靠，导致混凝土挤压防水板致使防水板褶皱而使二次衬砌背后形成脱空，防水板过紧，混凝土浇筑压力无法将防水板挤压至初期支护面而导致防水板背后脱空。环向盲管、瓦斯隧道段落瓦斯排气管两侧未交错布置热熔垫片，导致防水板不能与之秘贴而形成防水板与盲管之间的脱空。
（三）中埋止水带安装不合格：中埋止水带固定不牢靠，在混凝土浇筑过程中，止水带受混凝土挤压歪曲变形而切割混凝土导致形成空洞。
（四）混凝土浇筑过程
1、拱顶混凝土冲顶问题：混凝土在浇筑过程中，由于工艺原因，拱顶混凝土无法振捣，冲顶混凝土流动性差，冲顶压力不够等原因，导致混凝土未能完全填充二次衬砌范围内空间而形成空洞。
2、拱顶混凝土浇筑过程中形成气囊：冲顶过程中，二次衬砌范围内混凝土自身流动面相互交错，形成空气气囊，空气未能有效排出，而导致二次衬砌背后脱空。
（五）二次衬砌台车刚度、稳定性： 二次衬砌台车刚度、稳定性等不满足施工需要，施工过程中，台车受混凝土压力作用而变形移位导致二次衬砌背后形成空洞。
三、预防措施：
（一）初期支护基面处理：施做防水板前，设专人对初支面进行检查验收，主要验收平整度和杂物清理情况，当初期支护表面平整度凹坑深宽比大于规范允许1/20，应用细石混凝土或砂浆抹平，确保初期支护面平整。
沉降观测标、锚杆头和钢筋头等杂物应切除干净并用砂浆覆盖抹平，防止杂物顶住防水板而致使防水板不能和初期支护基本密贴。
（二）加强防水系统施工质量
1、土工布缓冲层铺设：400g/㎡土工布具有一定的密实度和柔软性，在铺设缓冲层时，基层表面应平整无明水，用射钉将塑料垫片钉在土工布上固定缓冲层，缓冲层应分段铺设长度根据施工现场安排而定。
使缓冲层垫衬基本与洞室轴线直交，留足基面凹凸部位的富有量，由两边墙向拱部铺设；铺设EVA防水板前应先铺设缓冲层，用水泥钉（或膨胀螺栓）、铁垫片和与防水卷材相配套的塑料圆垫片将缓冲层固定在基面上，固定时钉头不得凸出垫片平面。固定点之间呈正梅花形布设，拱墙上的固定间距为80cm；拱部50cm；底部固定间距为1～1.5m；呈梅花型排列。所有塑料垫片均应选择基层凹坑部位固定，避免固定防水板时局部过紧。缓冲层采用搭接法连接，搭接宽度5cm，搭接边采用塑料垫片固定。缓冲层铺设时应与基面密贴，不得拉得过紧或出现过大的皱褶，以免影响防水板的铺设。缓冲层铺设应超前大面卷材不小于20cm。
2、防水板铺设：严格控制防水板施工松驰度、热熔垫片间距按照拱顶50cm边墙80cm间距梅花型布置，防水板搭接宽带不小于15cm，所有塑料垫片均应选择基层凹坑部位固定防水板挂设，完成后用手托起防水板看其是否能与初期支护面密贴，且没有太多余量，一般防水板长度为初期支护面长度的1.2～1.5倍。
3、在有环向盲管和瓦斯排气管的位置，应紧贴管道两侧间距50cm梅花型布置热熔垫片，使防水板尽量密贴管道。
（三）严格控制中埋止水带安装质量：中埋止水带歪曲变形而切割混凝土，在隧道二次衬砌施工中，是比较常见缺陷，贵南项目桐子园一号隧道在二次衬砌施工中做了极大改进，首先二次衬砌台车端头模板采用两半式钢模，用两半式钢模将止水夹住固定，并环向间隔50cm利用两根长度为40cmΦ8钢筋将止水带夹紧，防止浇筑混凝土时挤压止水带，导致止水带歪曲变形， 取得不错的效果。
（四）二次衬砌混凝土冲顶控制
1、二次衬砌混凝土塌落度要求：二次衬砌施工质量控制过程中，冲顶为最重要环节，冲顶成功与否决定二次衬砌混凝土施工成败，二次衬砌混凝土冲顶首先要确保二次衬砌混凝土有足够的流动性，塌落度控制在20+2cm；混凝土塌落度过大，施工过程中，浆液容易沿堵头模板缝隙流出，导致混凝土不密实，塌落度过小，混凝土经过输送泵高压送出，流动性变差，容易造成输送泵堵管，混凝土不能不能完全填充二次衬砌空间而形成空洞。
2、拱顶混凝土浇筑方式：拱顶混凝土采用反复多次间歇式冲顶方法，冲顶次数不少于3次，每次间歇时间10min。采用间歇式主要是混凝土在施工过程中形成的空气气囊能在混凝土自重的作用下，慢慢排除混凝土表面，确保混凝土密室无空洞。
3、隧道衬砌拱部混凝土浇筑施工中，由于无法直接观察，易形成孔洞：为了解决该难题，采用隧道衬砌混凝土拱顶防空洞监测器，主要利用液位继电器工作原理。当衬砌混凝土浇筑至拱顶最高点A和B点时，混凝土为带水导电材料，A和B之间不带电连通，液位继电器工作，A2和A3带电输出，后方的报警器报警，报警器配合报警灯提醒作业人员。
线路接通后，砼浇筑前，控制箱下排指示灯红色常亮显示，混凝土浇筑触发连通后，下排红色指示灯熄灭，上排绿色指示灯常亮显示。
4、拱顶增设塑料排水板：贵南项目为了有效排出二次衬砌混凝土冲顶时拱顶形成的空气囊腔，现场经过实验对比，在拱顶防水板表面拱顶中线安装一条，距拱顶中线左右1米各安装一条共三条塑料排水板，在混凝土冲顶过程中，拱顶的空气和混凝土产生的泌水随排水板槽口排出，有效的防止混凝土二次衬砌背后脱空。
5、输送泵拆管：混凝土浇筑完成后， 安排具有一定经验专人现场值班，待混凝土有自稳能力是再拆除混凝土输送管，拆管之前，关闭好管口插板，确保管口插板关闭严实后进行拆管。
（五）二次衬砌台车应具有足够的动荷载刚度和强度，安全系数应大于荷载的1.6倍以上，混凝土应分层对称浇筑，台车前后混凝土高差不能超过0.6m，左右混凝土高度不能超过0.5m，确保在施工过程中，混凝土不会对台车造成偏压，导致台车位移。
结束语：
二次衬砌背后脱空是目前隧道施工普遍存在的质量问题，其严重影响二次衬砌受力性能，造成安全质量隐患，其次大量的脱空，为后期缺陷政治造成了巨大的工作量及大额的经济费用，因此在隧道施工过程中，如何更好的控制隧道二衬背后脱空，成为隧道二衬施工控制的重点及难点。
参考资料：
《高速铁路隧道施工技术规程》Q/CR 9604-2015
《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2018）