中铁十一局集团第三工程有限公司
摘要：1990年至2007年，期间全国铁路五次大提速，2003年秦沈客专的开通，是我国高速铁路建设的开始。目前我国营运铁路总里程12.1万公里，高速铁路营运里程1.9万公里，分别局世界第二与第一。其中修建的铁路隧道超过7000座，总长度超过4000公里，铁路隧道总长位于世界第一。与隧道规模不相适应的是每年铁路因为隧道初支、衬砌背后脱空造成的营运线路限速、维修事件较多。一旦线路开通，衬砌背后脱空的处理难度大，对隧道防水层的破坏严重。本文旨在结合作者多年从事铁路隧道施工经验，通过在施工期间加强过程控制、改进工艺工装、加强工后检测等措施，预防隧道初支、二衬背后脱空，提高隧道衬砌质量。
关键词：铁路隧道；初支；二衬；脱空
一、加强隧道初支检测
隧道初期支护背后脱空的防治以往重点强调加强喷射混凝土的施工工艺，对喷射的角度、距离均作了明确要求，但隧道施工作业人员的素质层次不齐、隧道内施工环境相对较差，喷射混凝土施工完成后大多关注的是其平整度，对于如何判别初支混凝土背后是否脱空均未作明确要求。施工现场可通初支钻孔进行检测。
1.1检测孔位布置
利用开挖台架在下一循环初期支护施工前对上一循环初期支护进行钻孔检测，钻孔采用风枪钻孔探测，探测过程必须有现场技术人员值班见证，并拍摄照片或录像。钻孔按照拱部中心一个点，中心点两侧各30度，60度一个点位进行钻孔（拱部进行过岩溶处理增加护拱的区域除外）。每循环共计五个点（从线路左侧到右侧分别编号1～5号），对于喷射混凝土施工过程中对质量有怀疑的区域虽不在拱顶120度范围内，增加钻孔进行检查验证喷射混凝土背后脱空情况。按照3m一个断面进行检测验证。
1.2钻孔要求
钻孔过程中钻杆与初期支护面尽量垂直，对于拱顶中心探测点钻杆与初期支护面钻孔角度不宜大于20度。钻孔必须穿透初期支护喷射混凝土，钻孔深度超过初期支护厚度10cm，对于钻孔过程出现突进的情况，司钻工人必须立即向现场值班技术人员进行报告，并与现场技术人员共同确认突进原因，若因背后脱空引起的突进，现场要做好里程与孔位的登记。若因初支背后围岩为土层引起的突进记录好原因即可。
1.3脱空处的处理
初支背后脱空处理采取注浆方式进行处理，注浆一般采用单液水泥浆，水灰比不宜超过0.4。注浆用水泥采用普通硅酸盐水泥42.5水泥，高效减水剂掺量为水泥用量的1%，膨胀剂掺量为10%～15%。胶凝材料（水泥、膨胀剂）最少用量为350kg/m³。注浆过程中技术人员需全程值班，当注浆孔中压力达到0.4MPa时注浆机停机。观察压力指示是否下降，若在10min内压力指示没有下降到0.3MPa以下，则可终止注浆；若下降到0.3MPa以下，则继续注浆。直至注浆孔中压力必须保持0.3～0.4MPa之间，且保持10min内压力指示没有下降到0.３MPa以下方，结束注浆。
二、衬砌脱空的防治
二衬脱空多发生在隧道拱顶，主要由于二衬混凝土浇筑封顶完全靠施工人员的经验判断是否冲顶到位，缺乏比较直观的观测方法，加之衬砌背后注浆施作不到位，造成衬砌背后脱空。衬砌脱空的防治可从提高衬砌混凝土封顶密实度，及时注浆，加强工后检测三方面入手。
2.1二衬拱顶混凝土密实度施工工艺
该项工艺主要是通过在衬砌台车拱顶区域根据混凝土灌注孔的分部在两灌注孔中间布置观测孔，通过观测孔溢浆情况直观判断拱顶混凝土灌注密实度。
2.1.1布孔要求
在二衬台车顶部沿隧道中线方向，距离台车80cm处各钻外径2.5cm孔1个，在台车预留充顶管中间位置各钻外径2.5cm孔1个，共计孔4个。
图1
在二衬台车孔内竖直预埋Φ2cm涂脱模剂的不锈钢钢管。
检测管由衬砌台车钻孔内穿过，一端顶住衬砌防水板（略有缝隙），另一端固定在衬砌台车上。钢管和孔眼之间采用密封胶密封，防止水泥浆沿着缝隙流出。检测钢管外表面应光滑，每次重新使用时应均匀地涂刷脱模剂。检测管外露端应设置阀门。观测孔结构如图1：
2.1.2封顶灌注完工条件
封顶混凝土灌注时，混凝土应由低端向高端逐孔灌注，严禁单孔或跳孔灌注。混凝土灌注过程中，各检测管阀门始终处于打开状态，直到检测管孔内流出设计稠度的水泥浆时，认为该范围封顶混凝土已灌注密实，关闭该阀门，更换混凝土灌注孔。以此类推，直至全部检测管孔内流出设计稠度的水泥浆时，认为该板封顶混凝土已全部灌注密实，停止拱顶混凝土灌注。
2.1.3注意事项及要求
检测管的安装要确保竖直，防止歪斜，不利于检测管的拔出。检测管与防水板接触处应预留一点空隙，防止检测管与防水板密贴，致使混凝土浆液无法流水。
封顶混凝土灌注完成后，在混凝土尚未初凝前，人工将检测管轻轻转动抽出。
封顶混凝土灌注过程中，安排专人进行过程盯控。
对钢管下口进行堵塞，由低向高依次类推，直至整板二衬砼浇筑完成。
当砼未初凝时，依次将埋入的钢管轻轻转动抽出，该项工艺完成。
2.2衬砌背后注浆
2.2.1注浆管及排气管设置
为确保注浆效果，在隧道拱顶预贴一根排气管，在距拱顶中心线两侧各50cm处预贴两根注浆管。注浆管和排气管采用φ30mm的PVC管（或专用注浆管）。注浆管自端头1m起沿纵向布设泄浆孔，孔径不小于8mm，梅花型布置，孔数不少于30个。
注浆管和排气管宜采用宽胶带粘贴在设定位置的防水板内侧。注浆管管底距上一板衬砌端头不大于5cm，排气管管底距上一板衬砌端头20cm～30cm。
注浆管和排气管应露出该循环衬砌端头20cm～30cm，注浆管外露段端头与注浆设备管道连接。
2.2.2注浆时机、压力及终止
注浆时机：隧道二次衬砌混凝土拱顶充填注浆作为每循环二次衬砌混凝土浇筑的下一道工序，应在本段二次衬砌混凝土浇筑完成且初凝（约4～6小时）后进行。注浆时衬砌台车不宜拆除。
注浆压力：宜控制在0.2MPa。
注浆终止：当注浆达到设计终压或排气孔出浆时即可终止注浆。
2.2.3注浆材料及设备
注浆材料：充填注浆材料宜采用M20微膨胀水泥砂浆。浆液配比应通过配合比选定试验确定。浆液应具有良好的可灌性、粘结性、抗渗性、耐久性和化学稳定性，固结收缩小。
注浆设备：宜采用挤压式注浆机。
2.2.4施工注意事项及要求
预贴注浆管时应小心施作，以免将防水板捅破、刺破而影响隧道防水能力。
拱顶充填注浆前，应将二次衬砌端头（模板）与预贴注浆管和排气管周边间隙采用锚固剂或者速凝水泥砂浆封堵，待封堵材料达到一定强度后进行充填注浆。
充填注浆的压力直接作用在衬砌砼结构上，要严格控制压力，不能对已模注砼产生破坏，注浆过程中要时刻观察注浆压力和流量的变化，以免扰动衬砌混凝土。达到终止注浆条件时立即停止注浆，严禁超压注浆。
施工过程中，应安排专人对注浆施工工艺和过程加强检查。
2.3加强工后检测
目前隧道衬砌脱空通常在隧道完工后进行检测时发现，此时距离铁路开通尚不足一年，衬砌脱空的治理一般与铁路铺轨交叉施工，作业干扰大，治理功效低，施工投入大，影响企业收益。对于此种情况作为施工单位可加强自检在过程中对长大隧道分段进行自检发现问题及时处理，避免验交时大面积集中处理。
2.3.1检测段落的划分
对于二衬施工完成后根据隧道长度一般≤500m的隧道可在完工后一次性检测，对于长度＞500的隧道可按照衬砌完成200m～300m划分为一个检测单元，完成一段检测一段，检测一段处理一段。
2.3.2检测方法
地质雷达检测：按照拱顶、左右拱腰、左右拱墙、仰拱面线路左右线各布置一条线，共计7条检测线进行检测。检测发现问题后及时处理。处理后采用地质雷达进行二次检测，若发现仍有空洞继续进行治理，直至地质雷达扫描检测合格为止。
人工全断面敲击检查：因地质雷达检测仅检测了隧道7条线，存在检测盲区，采用地质雷达检测并治理合格后的衬砌再采取人工全断面敲击检查。检查时可参照防水板铺挂建议台车搭设检测台架，敲击时一般按照8人一组满断面逐点敲击，发现空响区域及时标记，检查完成后对空响区域钻孔验证，然后进行治理。因敲击检查专业性较强，敲击工人应提前邀请工务段进行培训，培训合格后方可上岗。
2.3.3衬砌脱空治理
拱顶：按照上文衬砌脱空的防治方法施作，一般可避免。
边墙
打设回填注浆孔：根据检测报告，采取限深措施，沿着脱空位置上、下边缘处打设Φ20注浆孔。脱空位置较大的，注浆孔间距为2米，交错布置。埋设注浆管，长度为20cm（外露）+衬砌厚度。
在钻孔过程中，如有操作人员操作不当导致防水板被打穿，可采用扩孔修补的方法进行处理，即在打穿部位人工扩孔，扩孔范围半径不大于10cm，将防水板修补后采用挂模植筋浇筑微膨胀混凝土封堵。（图2）
注浆：注浆液拱腰部位采用水泥砂浆，拱顶脱空部位采用细石混凝土回填。在脱空位置下边缘处孔内注浆。注浆过程中，密切观察注浆流量、注浆压力及周围的衬砌情况。当脱空位置上边缘处孔内流出浆液立即用木塞封闭检并保持缓慢注浆，注浆终压力持压5分钟后即可结束，然后用速凝水泥进行堵孔，保证浆液不会顺着注浆管外侧流出。注浆应在二衬强度达到100%后方可进行。注浆时衬砌表面如出现有渗漏水部位，可改用压注水泥-水玻璃或其他化学浆液进行注浆堵水。
图2
注浆效果的检验：注浆液拱腰部位采用水泥砂浆，拱顶脱空部位采用细石混凝土回填。在脱空位置下边缘处孔内注浆。注浆过程中，密切观察注浆流量、注浆压力及周围的衬砌情况。当脱空位置上边缘处孔内流出浆液立即用木塞封闭检并保持缓慢注浆，注浆终压力持压5分钟后即可结束，然后用速凝水泥进行堵孔，保证浆液不会顺着注浆管外侧流出。
注浆应在二衬强度达到100%后方可进行。注浆时衬砌表面如出现有渗漏水部位，可改用压注水泥-水玻璃或其他化学浆液进行注浆堵水。
结语
本文对于喷射混凝土施工工艺不当、光爆效果欠佳、防水板挂设鼓包、台车支垫不稳、混凝土质量差、端模封堵不严等为大众熟知的引起隧道初支衬砌脱空问题的防治未做赘述。仅对作者认为目前现场质量控制容易忽视或尚未纳入工序管理的环节做了简单的探讨，以期对铁路隧道工程施工质量的提高、减少验交前大面积整改造成的损失。
参考文献
[1]中铁二局集团有限公司.Q/CR9604-2015高速铁路隧道工程施工技术规程.[S].北京：中国铁道出版社，2015.
[1]中国铁路工程总公司.TB10223-2004铁路隧道衬砌质量无损检测规程.[S].北京：中国铁道出版社，2004.
作者简介
马立辉，男，汉族，1981年生，目前任中铁十一局锦阜高铁路项目部总工程师，2006年毕业于兰州理工大学一直从事铁路线下及公路工程施工。