隧道工程质量通病及防治.doc

隧道工程质量通病及防治第一节开挖一、隧道洞身的超、欠挖尽量减少对围岩的损伤程度，是隧道施工质量好坏的主要表现之一。1.现象（1）实际开挖断面的轮廓大于或小于设计开挖轮廓线的部分，就是超控或欠挖。隧道不应欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出部分（每1㎡不大于0.1㎡）侵入衬砌；对整体式衬砌侵入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm；对喷锚衬砌不应大于5cm；拱角和墙脚以上1m范围内严禁欠挖。（2）在实际施工中，超标准的现象是大量存在的，仅程度不同。超挖不仅提高隧道的造价，还加大了对围岩的拢动深度和范围，影响围岩稳定；超、欠挖使隧道内壁不平整，给后续的网喷、防水、模筑混凝土的衬砌工作增加施工难度，影响工程质量。因此对隧道的超、欠挖应引起足够重视。2.原因分析（1）施工技术管理检查、复核制度执行不严，特别是测量放线误差。目前，多数隧道控制开挖断面的测量方法采用支距法和极坐标法，由人工在岩面上画线，这就存在误差，更有甚者，在放样时人为放大轮廓尺寸。（2）钻孔精度。钻孔时的开孔位置，应根据地质条件和机具设备由钻爆设计确定，但实际操作时只能凭司钻者的经验和操作技术，易出现超、欠挖。（3）爆破技术。一是凿岩机体构造的影响。用凿岩机钻眼时，由于构造的原因，凿岩机机体与周边岩壁之间必须有一定的作业空间，为了避免欠挖，则钻杆必须有一个外插角，实际开挖成的轮廓线呈锯齿形，锯齿凹入岩壁部分即构成超挖。二是爆破方法与参数。实践证明爆破方法不同超挖量亦不同，普通爆破比光面、预裂爆破法超挖量大很多，如果参数不合理、缺乏小直径药卷或超爆雷管段数过少等都会使超挖量加大。（4）地质条件变化及其他。遇有围岩与炮孔方向夹角较小的竖向或水平成层的层理或节理时，因夹制作用不同，会引起钻杆外插角变化，水平成层围岩形成门框形断面，而在框角处超挖最多，竖向倾斜岩层则易在两拱脚形成超、欠挖，节理发育的围岩，更容易形成局部超挖。根据开挖循环调查统计：钻孔精度对超、欠挖影响最大，占44.2%，爆破技术占20.3%，施工管理占17.6%，测量放线占7.6%，地质变化占6.1%。3.预防措施（1）首先要改变“宁超勿欠”的观点，树立“少欠少超”的观点，避免开挖轮廓线的无谓扩大，而使超挖得以减少；切实加强施工管理，建立健全测量、钻爆、开挖质量检查制度，控制好测量放线精度，在保证中线与标高准确的前提下，通过正确的方法来保证轮廓线位置的准确，即采用激光指向仪控制隧道掘进方向，提高中线和标高精度，提高轮廓线的放线精度；使用能满足施工技术要求的测量放线仪器、断面检测仪器。（2）提高钻孔技术水平，严格控制开孔位置、外插角和底孔位置。钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要体现在周边孔的外插角、开口位置和钻孔的深度，它们与超、欠挖高度,的关系为：。从式中可知：与L增大，h增大；当e为负值时，随e的减小，h也减小。在一般情况下，L采用3.5m18 左右，但注意深孔爆破一次装药量也不宜过大，否则对周边围岩损伤也较大。从实际施工经验看控制外插角比较困难，而控制开口位置是可行的，只要有意识把e变为负值，对减少超挖是有效的。图即e＜0时的开口误差示意图。周边孔开口误差示意图e—开口位置；—钻机仰角。（3）解决好爆破技术参数的合理匹配。实践证明，爆破方法中控制爆破比普通爆破好，爆破方式有全断面一次爆破、台阶法爆破、导洞先行扩大爆破和预留光面爆破等。通常地质条件允许时，全断面一次性爆破（包括台阶法）有利于减少爆破重复振动、减少工序转换，便于快速施工。采用合理爆破器材（雷管和炸药）、方法，可减少由于爆破发生的振动和应力波对围岩的破坏作用，从而减少超、欠挖。实践证明“等差”雷管爆破效果最好，振动最小，装药方法以小药包连续装药对控制超挖效果最好，还应有能满足施工技术要求的钻孔机械以及爆破器材。（4）地质条件。这是确定爆破参数的基本依据，它是随掘进而不断变化的，因此，在现场施工中，应根据具体情况调整钻孔方位和角度，或适当调整周边孔的参数。即紧跟开挖面对围岩进行观测描述，对围岩节理裂隙状态进行预测，据此调整参数和施工方法，或采用局部内移炮眼、局部空洞不装药、加密炮眼、局部调整起爆顺序等辅助措施。（5）严格施工管理。应做到五个必须：必须采用控制爆破，通过工程类比和现场实际，优化爆破参数；必须严格钻孔精度，重点控制周边孔眼的外插角及炮眼分布均匀；必须严格爆破作业质量；必须做到及时检测及反馈；必须加强施工管理，经常加强对施工人员素质和责任的教育。4治理方法当钻爆完成后，要进行爆破后的断面检查，作出超欠挖实测图，进行分析、处理，并认真分析超欠挖原因，以便采取对策。（1）超出规范要求的欠挖，必须处理。若欠挖量少，个别者凿除至规范要求；若欠挖量大且集中，采用局部补爆清理凿除，使其达到规范要求。（2）超挖局部且量小者，在一次模筑混凝土时，用合格碎石混凝土回填、筑实；若超挖量大，一次模筑混凝土时，在保证混凝土设计厚度的前提下，在其背后回填合格片石、压浆填缝。对先喷浆、再模筑混凝土时，首先要检查修正隧道轮廓使其平顺，以便挂网、喷浆、加厚模筑混凝土，使其饱满密实。18 附录隧道开挖断面允许超挖值和检验方法二、隧道底破陨1.现象道床潮湿，道床边坡脚尤为明显，甚至有积水，经列车反复碾压后就会出现不同程度的翻浆冒泥。2.原因分析（1）隧道仰拱及铺底施工时有虚碴，积水未清理干净。（2）欠挖，使抑拱及铺底厚度严重不足。（3）隧道水沟未铺底，或铺底混凝土厚度不足，或混凝土质量不好。前两种情况在隧道运营中，经列车反复碾压后，往往形成道心翻浆冒泥。第三种情况，虽然仰拱铺底质量都比较好，但由于水沟未铺底，沟内的流水常年侵蚀道床，加之列车的反复碾压，最终也会造成道床侧向翻浆冒泥。3.预防措施（1）施工单位加强管理是关键。严格按设计施工，认真按施工工艺、施工工序操作，在仰拱及铺底前，技术上首先核对标高，准确无误后把虚碴和积水清理干净，经检查合格后再做仰拱及铺底。施工中应做到上道工序不完，下道工序不能开始。（2）防排水设计应配套。当发现设计与实际不符时，施工单位应及时反映，经监理工程师同意，修改设计、弥补不足。4.治理方法隧底破损，在施工验收阶段不易发现，因此要求施工单位在铺设隧底混凝土及水沟铺底时，应核对标高、严格操作，来不得半点马虎，并在铺碴前再行检查，若发现异常，必须找出原因后重做。个别渗漏水较严重的地方，验收时从道床侧向石碴坡角能有觉察，若需治理，合理的方法就是拆除、重做仰拱和重新铺设水沟底混凝土。多数情况是在线路开通后，经列车反复碾压，形成翻浆冒泥时再作处理，此时的措施也是拆除仰拱重做和重新铺设水沟底混凝土，但为不影响行车，需进行扣轨施工，仰拱分段间隔施工。根据病害情况，仰拱及铺底可改为钢筋混凝土，参考图如下。18 三、新奥法施工中的常见现象及处理措施新奥法施工的基本原则，是根据围岩性质使其产生允许的、适量的变形，但又不使其松动塌落。在设计、施工过程中，若对围岩性质判断不准、勘测不明，或喷射混凝土、打锚杆、立钢支撑时间和方法有误，围岩松动就会超过预计，此时，应根据观察和量测结果找出原因，进行改正。但是很多场合不能明确原因，因此，只能针对所发生的现象采取措施。根据实践经验，将新奥法中经常出现一些异常现象及应采取的措施列于表中，其中’指进行比较简单的改变就可解决问题的措施，(指进行改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。当然，表中只列出大致的对策标准，优先用哪种措施，要视各个隧道的围岩条件、施工方法、变形状态综合判断。表施工中的现象及其处理措施18 第二节表面缺陷一、衬砌混凝土裂缝衬砌混凝土裂缝通病是造成隧道病害的主要原因之一。1.现象衬砌混凝土表面在拱部范围出现纵横交错裂缝、单一斜向裂缝、墙部裂缝、竖向施工裂缝、施工缝、伸缩缝及沉降缝张开、变形裂纹等。2.原因分析据1997年我国铁路隧道技术状态统计，全路5000余座运营隧道中，由于裂缝、渗漏水等原因影响隧道运营的达1502座，占隧道总数30.04%18 。产生隧道裂缝的主要原因有地质问题、设计问题、施工质量问题、环境影响等，如地下水浸蚀；空气中的二氧化碳和混凝土的碱性成分水化产物的相互作用，破坏钢筋的表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，从而加快钢筋锈蚀，由于碳化加剧混凝土的收缩，导致混凝土裂缝；自然灾害或其他原因，如列车荷载或地震荷载、相邻洞室开挖、隧道年久失修、采空区、泥石流、洪水等均能引起隧道不同程度的开裂。近些年来，在隧道及其他地下建筑物的施工中，普遍采用“新奥法”，该法遵循的原理，即通过发挥围岩承载环的主动作用，使围岩（岩石体）成为承载结构。根据这个原理，在开挖后及时施作喷射混凝土、锚杆以及格栅、钢筋网一类初期支护，控制围岩的变形或防止出露在临空面上关键岩块的坍落，从而使围岩组织成承载结构，在此基础上，再施作二次衬砌的模筑混凝土结构作为补充，使之形成安全、可靠的支护系统，这就是“复合式衬砌”。衬砌裂缝通常指的是二次衬砌产生的裂缝。它含早期裂缝和晚期裂缝，前者指的是混凝土从灌注入模到终凝这期间产生的裂缝，它一般不影响结构正常使用；后期裂缝包括混凝土硬化后因荷载或变形（混凝土收缩、温度变化等引起）受到约束产生的应力超过混凝土抗拉强度或变形超过混凝土极限拉伸时产生的裂缝及混凝土碱骨料反应引起的裂缝。研究表明，由变形引起的衬砌裂缝（即收缩裂缝）占总裂缝的80%以上，由荷载和混凝土碱骨料的反应引起的占20%*左右。因此，全面分析复合式衬砌裂缝产生的原因及控制措施，对保证复合式衬砌的质量有着重要意义。复合式衬砌裂缝产生的直接原因是温度变化，其影响因素很多，大致分四大类：!影响变形的因素"约束因素#影响混凝土抗拉强度和极限拉伸的因素$造成应力集中的因素。（1）影响变形的因素①温度、湿度、风速：环境温度降低越多、湿度收缩变形越大，越易出现裂缝，夏季施工的隧道，洞口衬砌易出现裂缝；湿度越小，衬砌混凝土收缩变形越大，越易产生裂缝；风速越大，水分蒸发速度越快，早期收缩变形就大，易出现衬砌裂缝。②水泥种类和水泥细度：有一些水泥配制的衬砌混凝土收缩变形较大，衬砌易产生裂缝，反之，一些水泥配制的衬砌混凝土收缩变形较小，衬砌就不易产生裂缝，如矿渣水泥、矾土水泥都属后者；水泥细度越大，配制的混凝土收缩变形越大，衬砌越易产生裂缝。③骨料种类：一些骨料配制的混凝土收缩变形较大，衬砌易产生裂缝，如砂岩，而另一些骨料配制的混凝土变形较小，不易产生裂缝，如花岗岩、石灰岩等。④水化热温升及水泥浆量：水化热温升大的，衬砌混凝土收缩变形大，易产生裂缝；衬砌混凝土水泥浆含量越大，混凝土收缩变形越大，衬砌越易裂缝。⑤混凝土水灰比：衬砌混凝土水灰比越大，收缩变形越大，衬砌越易产生裂缝。泵送混凝土易产生裂缝，因混凝土坍落度大，且常出现离析，并有在输送泵处加水的不规范现象，这是隧道衬砌开裂的重要原因。⑥外加剂：在衬砌混凝土中适当掺加泵送剂、减水剂、塑化剂能减少混凝土收缩变形，有利于减少裂缝，但掺入过量就会增加混凝土收缩变形，从而增加衬砌裂缝。掺加缓凝剂和用氯化钙做促凝剂会增加混凝土收缩变形，衬砌易产生裂缝。⑦施工操作方法：不捣固或手工捣固质量较差的混凝土收缩变形较大，衬砌易产生裂缝。模板台车设计不够完善、衬砌混凝土多不进行捣固或只局部捣固，加之又过多看中混凝土表面质量，这些是隧道产生裂缝的主要原因。18 ⑧养护：养护时间越长、养护条件越好，衬砌混凝土收缩变形越慢，越不易产生裂缝。⑨设计原因：一是结构尺寸及形状，混凝土构件包围截面的周长与该周边所包围的截面积之比越大，收缩变形越大，混凝土越易产生裂缝，也就是衬砌越薄、每循环衬砌越长，衬砌越易裂缝；二是配筋率，配筋率增大，收缩变形减小，有利于减少衬砌裂缝。（2）约束因素①衬砌结构的刚度系数S。S越大，结构纵剖面惯性矩越大，弹性模量越大，高跨比越小，隧道衬砌越易产生裂缝。②地基水平阻力系数Cx越大，越易产生衬砌裂缝，即设在基岩上的混凝土比设在土质上的混凝土易开裂。③约束力长度L。一般是指伸缩缝间距L值越大，越易产生衬砌裂缝。现场多是施工缝代替了伸缩缝，在养护条件及施工质量没有完全达到设计和规范要求的情况下，若采用10m长的模板台车，一个循环中间也会产生裂缝。④因受力条件的变化，设防水层有利于减少衬砌混凝土裂缝。⑤隧道超欠挖使衬砌混凝土厚度不均，改变了衬砌混凝土收缩变形的约束条件，从而易使衬砌混凝土开裂。开挖成形好的隧道，衬砌裂缝就少。（3）衬砌混凝土抗拉强度和极限拉伸①衬砌混凝土标号越高，抗拉强度)fl值越大，越有利于控制衬砌裂缝。衬砌混凝土抗拉强度的增长速度略高于约束力增长速度，有利于控制衬砌裂缝，早期强度过低的混凝土易产生衬砌裂缝。②衬砌混凝土极限拉伸越大，越有利于控制裂缝的产生。影响混凝土极限拉伸的因素，一是混凝土的标号，标号越高，值越大；二是粗骨料种类，的大小依次为卵石＜碎石＜轻质骨料；三是配筋率，（4）造成应力集中的因素应力集中的存在，会使收缩应力放大数倍，所以，应力集中是造成裂缝的重要原因。①混凝土存在蜂窝、空洞等质量缺陷。②拆模过早混凝土不当受力或因养护不到位，形成早期微裂纹。③混凝土浇筑间隙缝处理不当，造成间隙缝处混凝土抗拉强度降低。④二次衬砌距开挖面太近，爆破振动形成早期微裂纹。3.预防措施根据以上影响收缩裂缝产生的原因，制定相应控制措施，从而减少裂缝的产生。（1）控制变形从而减少裂缝的产生①18 合理选用衬砌材料：使用低水化热、细度偏小，不易产生收缩裂缝的水泥配制衬砌混凝土；选用膨胀水泥或在混凝土中添加膨胀剂，配制膨胀混凝土，以补偿一部份混凝土收缩；尽量选用能降低混凝土收缩变形的骨料，如石灰岩、花岗岩，选用含泥量低的砂、石配制混凝土；尽量选用能减少混凝土收缩变形的添加剂，如减水剂、泵送剂等。②做好混凝土的试配工作，确定能够减少衬砌收缩变形的混凝土配合比。试配时把水化热、变形量、变形速度、抗拉强度作为重要指标考虑，在满足施工操作要求的前提下，尽量降低混凝土的坍落度。据研究，一般情况下，水泥用量每增减10kg，当量温度亦相应升降1°C。在混凝土中掺加部分洁净大石块，不仅能减少水泥用量，也能吸热，又利于控制衬砌裂缝。③选择能减少混凝土收缩变形的施工方法。如解决模台车衬砌混凝土的捣固质量，尽量用机械捣固；解决好衬砌混凝土的养护问题，保证养护温度和湿度，降低早期水分蒸发、减少早期收缩、降低收缩速度。④根据结构形式、使用功能和地质情况，适当设置后浇带，可减少相对收缩变形；在应力较大部位适量配筋，可减少混凝土收缩变形。（2）减少约束，从而减少裂缝的产生①设置防水层，特别是全断面（含底板）设置防水层可大大减少裂缩的产生；对于不设防水层衬砌，增加混凝土厚度可减少裂缝的产生。②设置纵向变形缝。将边墙基础与找平层之间或墙拱混凝土与边墙基础之间的施工缝设置为纵向变形缝，从而降低地基水平阻力系数。③合理确定伸缩缝间距和伸缩缝的宽度，从而减少和避免衬砌环向裂缝的发生，但在设置纵向变形缝的情况下，应将各循环间的施工缝做成伸缩缝。④严格控制超欠挖。在衬砌施工前，应将欠挖处理掉，超挖进行找平。（3）提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸，可减少裂缝的产生①提高混凝土标号。选用强度较好的碎石作粗骨料，严格控制砂石料的含泥量，可提高抗拉强度和极限拉伸。②适量配筋。对于设防水层衬砌，在拱顶或边墙适当配制构造钢筋，对不设防水层衬砌全断面配制构造钢筋，有利于减少裂缝的发生，并且尽量避免素混凝土衬砌。③处理好混凝土浇筑间隙缝，采用接插筋、接插石、对老面凿毛、浇筑前洒水湿润等措施，使两次浇筑的混凝土成为一个整体。④加强养护。提供较好的养护条件，保证养护所需的温度和湿度。（4）采取措施，尽量减少或避免应力集中的现象①提高混凝土施工水平，确保混凝土施工质量，避免出现蜂窝、空洞等质量缺陷。②加强养护，确定合理的拆模时间。应据隧道断面形状和结构尺寸计算衬砌混凝土脱模时的最大拉应力，衬砌混凝土拆模时，围岩稳定时其强度应达到8MPa；围岩不稳定时必须达到设计强度。③合理确定二次衬砌距开挖面的距离，合理安排欠挖处理，避免因放炮振动产生早期裂纹。4.治理方法根据裂缝部位和开裂的程度分别治理。（1）拱部较长范围纵横向交错裂缝（裂缝纵向长度大于5m）采用打设WTD系统中空注浆锚杆，凿除表面混凝土、挂网、喷射混凝土的整治方法。对复合式衬砌的隧道，为防止锚杆打穿防水板造成隧道漏水，采用凿除表面混凝土，打设35cm钎钉、挂网、喷射混凝土的治理办法如图.18 （2）拱部小范围纵横裂缝（裂缝长度小于5m)）采用沿裂缝两侧打设WTD中空注浆锚杆，凿除表面混凝土、挂网、喷射混凝土的治理办法，锚杆布置如图所示。（3）单一、斜向裂缝①拱部裂缝。采用沿裂缝两侧打设双排WTD中空注浆锚杆、裂缝凿槽、环氧树脂砂浆嵌补的整治办法，若拱背后有空洞，另进行填充注浆。②墙部缝宽≥3mm的裂缝。采用沿裂缝两侧打设双排WTD注浆锚杆、裂缝凿槽、环氧树脂砂浆嵌补的整治办法。③墙部缝宽＜3mm的裂缝，采用裂缝凿槽、环氧树脂浆嵌补的整治办法。（4）竖向施工收缩缝、水平拱墙接头（刹尖）缝采用凿槽、环氧树脂砂浆嵌补；对于较大刹尖缝可以采用打设双排WTD中空注浆锚杆，凿槽用高标号砂浆塞缝。2.砌腐蚀1.现象当混凝土衬砌受到侵蚀介质的经常作用时，就会出现起毛、酥松、麻面、剥落等现象，长时间会导致衬砌强度降低，厚度变薄，严重时会渗水、漏水，甚至失去衬砌的支护作用，危及行车及人身安全。2.原因分析造成腐蚀的原因是多方面的，有水蚀、烟蚀、冻蚀、骨料溶胀等。3.防治措施（1）主要措施是治水，设置防蚀层，结构自身防蚀，施工缝、伸缩缝防蚀等。衬砌腐蚀，水是主要的致害介质，所以防蚀必须先治水，治水应以排为主，排、堵、截并用。（2）采用各种耐蚀材料敷设在混凝土衬砌的表面作为防蚀层是最常用的方法。防蚀层可设在衬砌的外表面，也可以设在衬砌的内面，但尽量使防水层与防蚀层合一，必须分层敷设时，应先在衬砌表层做好内贴防水层，然后敷设防蚀层。（4）防蚀层可采用特种水泥砂浆或混凝土，也可采用沥青砂浆或沥青混凝土，当衬砌的外表需做防蚀层时，可喷涂各种防蚀涂料。在防水、防蚀、电绝缘要求较高的部位，可采用砂石材、沥青浸渍砖、铸石、耐酸陶板等，但成本较高。（5）结构层防蚀是指腐蚀病害较为集中的地段，特别是水中SOF18 。含量较高、渗水压较大的地段，除采取排水、降低水压外，同时用抗侵蚀材料做衬砌，使防水、防蚀与结构合一。（6）当隧道衬砌的沉降缝、伸缩缝需作防蚀时，一般可在该处衬砌背后做排水盲沟把水排走。如果采取防水措施，可用油膏和胶油嵌缝，缝口再用氯丁橡胶黏合剂粘贴氯丁胶板。3、限界受侵1.现象隧道限界不符合规范要求，侵入限界。2.原因（1）放线出错。（2）施工过程中遇松软地层塌方，为施工安全、避免塌方继续，仓促形成衬砌，而忽视限界。（2）衬砌混凝土在浇筑过程中跑模。3.预防措施（1）认真、仔细测量放线，加强复核。（2）隧道掘进过程中，超前进行地质预测，认真做好不良地质的防护支撑；衬砌前，除清理好场地外，要按设计重核尺寸，确认无误后再进行衬砌。（3）目前采用的模板有移动式和组装式，无论使用哪种形式，都要按设计图的形状、尺寸制造，并要有设计的刚度和强度。模板架立的精度，直接影响隧道净空的尺寸精度，因此在灌注前要充分、认真确认其精度。堵头板是模板的重要附属配件，在进行模板设计的同时，必须对与之配套的堵头板进行设计，使其具有承受混凝土压力的构造，安装时不能漏浆。有防水板时应注意不要损伤防水板，为了防止模板安装时的开裂，在接缝处设置橡胶和发泡乙烯等接缝材料，在脱模后将其除出。4.治理方法对侵限处所，视其情况设法凿除、修补，以满足限界要求。18 二、非表面缺陷1、衬砌混凝土厚度不够衬砌混凝土厚度不够，改变了衬砌收缩变形的约束条件，将引起局部应力集中，使结构受力不均。应力集中易导致衬砌产生裂缝，这是隧道衬砌开裂的主要原因，因此，必须引起足够重视。凡是开挖成形较好的隧道，衬砌裂缝也较少。2.现象、检测方法衬砌混凝土厚度不足，最初用肉眼是看不见的，但对裂缝较多部位，特别是在拱部，用检测的方法可以测定。检测的方法有无损、有损或二者相结合。有损检测主要采取钻孔或开天窗，目前常用的是无损检测，主要检测方法有：①打击声法②电磁波法（也称地质雷达法）③超声波法④弹性波法⑤红外线法。3.原因分析（1）欠挖：隧道在爆破掘进的环节上掌握不好，特别是当地质情况发生变化的时候，未能按变化的情况修改爆破参数及开挖方法；当发现超出施工规范的欠挖时，又未能适时认真处理。（2）超挖：未按规范要求认真回填处理。18 3.预防措施（1）随掘进进度超前预想、认真调查，及时发现问题，凡遇工程地质状况与设计不符时，及时报设计单位、监理工程师研究处理。（2）提高施工人员的安全意识、质量意识，高度重视施工质量，严格施工管理，健全质量检查和质量检测管理体系，包括完善检查与监理机制、加强监理力度、实行切实可行的奖罚制度。（3）按规范要求严格处理超、欠挖。4.治理方法衬砌混凝土厚度不够，一般多发生在拱部。当混凝土厚度不足导致衬砌严重开裂或掉块时，常用的补强手段为嵌钢轨拱。凿除表面混凝土，嵌钢轨拱，网喷及打设WTD中空注浆锚杆。为有利于结构安全，据有关部门的实践经验，建议拱部钢轨拱采用P35钢轨，边墙及仰拱采用P43钢轨，钢轨拱间距一般为1.0m，钢筋网格为0.2m×0.2m,。当设计为曲墙衬砌时，应根据情况，必要时拱墙、仰拱全环嵌钢轨拱。2、衬砌混凝土强度不足在工程实践中衬砌混凝土强度达不到设计标准的情况也时有发生，虽频率不是太多，也应引起重视。1.现象、检测方法（1）混凝土局部酥松，砂浆少、石子多，石子间形成蜂窝状的孔洞，表面水泡、气孔多。（2）用仪器测定：①混凝土回弹仪，它是利用回弹的硬度来大致推定混凝土的强度。②射钉法，其原理是在恒定空气压力下将经过特殊标定的射钉打入所检测的混凝土内，由其射入深度标定公式推算混凝土强度。2.原因分析（1）砂、石料不合格，粗骨料级配不合理，未能严格按照混凝土配合比的要求执行，甚至偷工减料。（2）施工中试件取样不规范，未能在相同条下养护。（3）新灌注混凝土与原有混凝土接茬处理不妥。3.预防措施（1）必须狠抓原材料进场关。（2）严格控制混凝土拌和物的关键工序，合理选用水泥标号、配合比、水灰比、坍落度及混凝土的搅拌时间；处理好成品混凝土在运输过程中的离析问题。4.治理方法拆除衬砌重做。拆除有两种方法，一是爆破拆除，二是非爆破拆除。为保护无病害段衬砌混凝土和减少对隧道使用的影响，常用非爆破拆除。即以静态破碎剂辅助以人工风镐凿除。但特需注意的是重新灌注混凝土与原有混凝土的接茬处理。为保证接缝的密实性及良好的防水效果，一般采用橡胶止水条和环氧树脂砂浆将新老混凝土接茬处的施工缝进行封堵。封堵时需预埋注浆管，注浆管间距0.3～0.5m，待环氧树脂砂浆终凝后向施工缝内压堵水泥浆，注浆压力0.3～0.5MPa。3、衬砌背后空洞1.现象、检测方法表面有裂缝、渗漏水。仪器检测主要有电磁波，超声波等。2.原因分析（1）自然因素。由于地质条件变化，发生坍方造成空洞18 （2）人为因素，超挖。超挖部分未能按规范要求回填；回填了但混凝土捣固不实；未做回填处理。3.预防措施（1）切实提高施工人员的责任心，加强质量安全意识教育，健全质量检查和质量控制管理体系，落实到人。（2）加强监理力度及奖罚力度。（3）尽量控制超挖，发生超挖后必须按规范要求用同等级混凝土填平并捣固密实，经检查合格后再进行下道施工工序。4.治理方法（1）对衬砌背后较大的空洞，在衬砌混凝土上开口，采用混凝土输送泵泵送混凝土进行回填，然后在隧道内进行注浆加固。（2）因混凝土捣固质量差引起的衬砌混凝土密实度不好及背后局部存在的小空洞，只需从洞内进行注浆填充、加固。第三节防水和排水一、衬砌混凝土渗漏水衬砌混凝土渗漏水是隧道施工中的难题之一，尤其在雨量充沛的地区，给施工造成困难，同时对铁路运营造成安全隐患。衬砌混凝土防水有“以防为主，防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合整治”的原则，并根据不同施工方法、结构形式、工程及水文地质等因素，采取相应的防水措施，以自防水为主，以附加防水层为辅。设计是基础，施工是关键，材料是保证，只有做好防水设计，采用适当的施工工艺，严格施工管理，选用行之有效的防水材料，才能达到预期的防水目的。1.现象衬砌混凝土表面有渗漏水现象、痕迹。2.原因分析（1）设计原因：衬砌结构、防排水体系不完善，措施不足。设计未能根据隧道所处的位置、水文地质、水质等情况合理考虑混凝土强度，抗渗、抗裂、抗腐蚀及耐久性问题；合理设置各类“缝”及其构造；合理确定钢筋保护层厚度；确定附加防水层的设计等。（2）施工原因：把设计变为现实，施工是关键，但由于在施工工艺、施工操作、关键工序、施工组织管理上做得不到位，加之要求不严、管理不细、检查督促没跟上等都有可能造成衬砌混凝土渗漏的发生。如初期支护喷射混凝土背后不密实、有空洞；初期支护与二次衬砌空隙；施工过程中防水板个别破损；二次衬砌混凝土质量不高，导致破坏了衬砌混凝土结构自防水的完整性，等等。（2）所用材料、物资不符合技术要求，没有把住进料关。3.预防措施（1）按设计做好隧道有关排水沟、槽的施工，做到通而不堵。①洞内侧沟。测沟位置应在开挖边墙基脚时一次挖好，以免做好边墙后再进行爆破，影响圬工质量；边墙衬砌完成后，在铺底前先将水沟做好。全断面开挖底部布眼应包括水沟断面，水沟应根据隧道中线放样，保证沟壁外缘平顺，沟高度应根据轨顶标高确定，即水沟施工应按线路纵坡先将混凝土铺沟底，然后立模灌注两侧沟壁混凝土。②18 衬砌背后排水设施，如暗沟、暗管、盲沟应配合衬砌同时施工。有排水设施的地段需压浆时，沟管四周圬工更应密实。衬砌完成后，应将背后的排水设施作出明显标志，钻孔和压浆时都应避开排水设施位置，严防浆液流入沟管堵塞水流。严寒地区的排水设施一定要按设计施工。（2）衬砌的防水。①混凝土材料必须按本文“衬砌裂缝”中影响变形的因素所叙去选料、进料；混凝土的配合比应具有最佳级配的集料，并使其块硬、早强。②衬砌采用混凝土整体灌注，尽可能做到不间歇施工并加强捣固工作，确保混凝土密实。③衬砌采用防水混凝土，混凝土抗渗标号不应低于P10。隧道内超挖尽量减少，超挖部分采用与衬砌同强度的混凝土灌注回填。④地下水有侵蚀性时，应采用抗侵蚀性的特种水泥或掺加抗侵蚀性的附加剂。⑤必要时压注水泥浆液或化学液浆进行防水。（3）衬砌各种缝隙的防水。混凝土衬砌中的施工缝、伸缩缝，沉降缝，对隧道漏水有重要影响，必须认真处理。①施工缝是衬砌混凝土间歇灌注造成的。为避免施工缝，一般是在浇筑第二层混凝土前用钢丝刷将底刷毛，或在第一层浇筑后4～12h内，用高压水将混凝土表面冲洗干净。在浇筑时，应先刷水泥浆两遍，再铺设1cm厚砂浆（用原混凝土配合比，除去粗集料），过0.5h以后即可继续浇筑第二层混凝土。②沉降缝（变形缝）是为了防止不均匀沉陷引起衬砌的开裂而设置的，因此在地质条件有变化处、明洞与隧道衬砌连接处，均应设置沉降缝。沉降缝的防水材料主要有沥青木板、沥青麻筋、沥青、橡胶带及塑料等。常采用沥青木板，将沥青木板塞在两段衬砌之间，在两段衬砌的接缝处外表挖一宽12cm、深6cm的沟槽，用防水胶油、防水油膏及水泥灰浆等填堵而成，外表抹水泥砂浆（水灰比0.35：1）。沥青木板治沉降缝，施工方便，材料来源容易，但防水性能差，适用于仅有少量地下水层。防水性能质量可靠的是橡胶带，可承受较大相对变形，但价格较贵，仅用于防水要求较严格的部位。涌水较大且有水压时，采用止水的橡胶带或塑料带嵌入沉降缝内，设置的方法一般采用L形工作缝，如图；涌水地段一般采用薄钢板或镀锌铁皮工作缝，如图。18 ③伸缩缝：在温暖和寒冷地区，一般可以不设伸缩缝。严寒地区，隧道内设置的伸缩缝必须具有良好的不透水、不开裂的作用，且要保证温度变化时衬砌伸缩变形的适应性，并应按设计要求做。（4）防水层的施工关键就是不能损坏防水层，否则就不能起到防水的作用。因此施工前应对穿出基层的金属构件，如钢筋头、锚杆头等切除并用砂浆抹平，对不能切除的金属构件如锚索头等，必须喷射混凝土并做到平滑、圆顺。防水层施作时阴阳角应做成圆弧或45°折角，转角处，阴阳角和特殊部位应加强处理。防水层与墙体结构形成一体的黏结强度不宜低于墙体混凝土的抗拉强度，通常要求界面的黏结强度2MPa。防水板应在初期支撑基本稳定并经验收合格后铺设，应设临时挡板防机械损伤和电火花灼伤防水板，而且防水板的铺设应超前内衬混凝土施工。在铺贴外防水层时应特别注意缝与边的处理。（5）混凝土及防水层材料的选用。混凝土材料应合理选用低标号、低水化热品种的水泥，防水混凝土使用的水泥等级不应低于32.5Mpa；选用优质粉煤灰，可增加混凝土的和易性，但必须合理确定掺量，使用的粉煤灰不小于二级，掺量不宜大于20%；选择添加优质的外加剂（如膨胀剂、减水剂、抗渗剂等）；选用干净、符合规格的骨料。所用防水材料必须是经过鉴定并在实践中检验为行之有效的材料。外防水材料应有足够延展性，能适应混凝土结构的收缩变形，并具有良好防渗漏性能，抗微生物和耐腐蚀，而且对环境无污染，对施工人员无伤害。4.治理方法（1）初期支护渗水处理。处理方法主要采用排、堵结合。排：提前布设泄水孔（注浆孔）泄水；堵：注浆堵水。泄水孔必须在注浆前2～3d布好，以利提前泄水。布孔注浆：选择布设注浆孔，孔按梅花形布设，选择浆液，注浆时砂浆泵注浆压力为0.6～0.8MPa，双液泵注浆压力为1.2～1.5MPa。注浆两遍，先注双液浆，它的配合比根据渗水情况决定，渗水较大的地方，水玻璃用量稍大，主要为调节凝结时间，尽早使双浆凝结，充填喷射混凝土间的空隙；第二遍为水泥砂浆，充填初期支护背后的空隙并堵水。注浆应由低向高、由无水处向有水处依次压注，以利填充密实，避免浆液稀释离析。当注浆压力稳定上长升至设计压力后不进浆或进浆很少时，即可停止注浆。（2）对局部渗水点的处理方法采用埋管注浆。①18 注浆管的埋设。在混凝土结构上漏水量大的部位处凿成槽，并清理干净，以观察水源，记录渗水情况，埋设导流管。一般情况下，水平裂缝宜从缝的下面向上选孔，垂直裂缝宜正对裂缝选孔，注浆孔交错布置，其间距应视漏水压力、缝隙大小、漏水量与浆液的扩散半径而定，一般3～5m，注浆管为956塑料管。②结构补强。在导管的四周都要采取封闭施工，涂刷（乙烯一醋酸乙烯共聚乳液）改性聚合物防水砂浆，可使该部位形成无压力水域，避免出现漏浆、跑浆现象。施工时，必须做到分层交替抹压密实，以保证防水层具有较高的抗渗防水性能。③导流管注浆。结构补强到一定强度，即可进行注浆。浆液为水溶性聚氨酯，注浆自下而上、从一端向另一端进行，对选定的注浆孔逐个进行，待浆液凝固后，剔除注浆管，观察注浆堵漏效果，必要时可重复注浆，注浆压力0.2MPa左右。④封堵注浆孔。拔掉注浆管，用903速凝堵漏泥封堵、防水砂浆将口补平。⑤若施工过程中造成防水板破损，二次衬砌混凝土出现渗水，必须将初期支护与二次衬砌结构之间的空隙充填密实，进行注浆止水。当注浆压力稳定上升或进浆量很少时，即可行止注浆，进行封孔。（4）施工缝、变形缝渗漏水的处理。①施工缝的设置和防水处理方法。施工缝是混凝土结构防水的薄弱部位，如处理不当，极易产生渗漏水，因此施工缝宜留在结构物受剪力较小、便于施工部位。施工时应注意：水平施工缝浇筑混凝土前，应将其表面浮浆和杂物清除，先铺净浆，再铺3～5cm厚1：1水泥砂浆或涂刷混凝土界面处理剂，并及时浇筑混凝土；垂直施工缝浇筑混凝土前，应将其表面清理干净，并涂刷水泥净浆或混凝土界面处理剂，并及时浇筑混凝土。若是镀锌钢板止水带，应焊接连接，施工时确保止水带位置准确，并焊接牢固；若采用别的止水带，质量一定要好，严格按要求施工，绝不能马虎。②沉降缝（变形缝）的设置及防水处理方法。由于变形缝构造上和施工质量上的问题，通常在该处产生渗漏，且堵漏十分困难，因此尽量少设或不设。若设，其部位和构造至关重要，同时施工必须严格把关，变形缝应满足密封防水、适应变形、施工方便、检修容易等要求。按设计提供的止水带，施工中必须做到：在密封胶嵌缝前，应检查缝两边构件有无蜂窝、麻面、裂口等缺陷，并应清除槽内浮渣、尘土、积水，必要时用树脂砂浆修补。橡胶止水带采用黏结搭接，搭接长度10cm，搭接牢固，以免浇筑混凝土时断开。顶底板部位的橡胶止水带采用箱形挡板固定，同时止水带部位的混凝土应振捣密实，以保证变形缝部位的防水效果；边墙和底板变形缝部位应预锚3cm×20cm的凹槽，结构施工完毕后，在槽内安装不锈钢接水槽。③施工缝、变形缝渗漏水的处理。结构不均匀沉降、止水材料老化或施工不慎等多种原因，均可导致变形缝、施工缝部位渗漏，在此介绍一种效果较好的方法，如图。具体施工顺序：a.沿变形缝、施工缝开凿80cm×80cm的槽，清除槽粉尘，刷素水泥浆一遍，安设直径Φ8的预留管，并用903速凝堵漏胶泥封埋。b.用R-1渗透堵漏剂涂刷，每层1mm，待此层基本干燥再刷下一层，共涂刷三层2～3mm。c.水泥砂浆中掺入水玻璃制成防水砂浆，人工揉成条状挤压入槽，封堵30～50mm，在其上用R-1渗透堵漏剂涂层2～3mm，操作同上。图变形缝处理示意图18 d.待涂层基本干燥后，在其上抹Fs增强防水砂浆15mm厚。e.预留管既可以作为注浆管，也可以作为导流管，视情况而定。（5）隧道纵向施工缝（边墙基础与边拱衬砌之间）渗漏水处理。①原施工方法，见图。先进行铺底施工，再立模灌注边墙混凝土，最后进行拱部整体浇筑混凝土。隧道防水层仅在拱部设计铺设了防水板，按此施工，易在（2）、（3）结合部纵向施工缝处出现渗水，而且此贯通全隧道的施工缝也影响了衬砌外观。边拱衬砌与八分台均属沟槽的一部份，而混凝土分别为C15、C20，为确保八分台C20混凝土的强度，势必造成边墙基础基部强度一并提高为C20，造成不必要的浪费。②改进后的施工方法，见图。边墙基础降低15cm，混凝土衬砌按C15施工，并预埋Φ8接茬筋，确保混凝土连接质量。待衬砌完成后再进行沟槽八分台C20混凝土的施工，同时施工缝处增设防水板，衬砌模板台车加工时边模要求比改进前增长15cm。其优点是施工缝下移15cm，沟槽施工完后覆盖此施工缝，外观美观；施工缝背后增设防水板，有效防止渗水，如再次发生渗漏，则通过水沟流水，不影响美观；能有效解决（2）、（4）部位混凝土不同强度要求的问题，避免了（2）处混凝土强度被迫盲目提高造成的成本浪费。第四节隧道病害一、隧道病害的表现形式及处理方法18 隧道病害最直观的表现形式为隧道渗漏水、衬砌开裂、路面（基底）下沉或翻浆冒泥。病害的整治处理是非常复杂的系统工程，既涉及施工，又涉及营运管理和安全。对渗漏水一般采取疏导、堵漏、表面喷涂；对路面（基底）下沉或翻浆冒泥一般采取清底、换填、深排水及设置仰拱；对裂纹（裂缝）外在的处理方法一般采取凿槽、补注化学浆、抹面。归纳起来，病害处理方法可分为九个方面，见表。18