地铁运营期暗挖区间拱顶混凝土空洞的处理

地铁运营期暗挖区间拱顶混凝土空洞的处理

张月 王昆

青岛地铁集团有限公司运营分公司 山东省青岛市 266000

摘要：我国地铁交通的发展水平正处于上水阶段，虽然盾构施工已经作为区间施工更为经济快捷的施工工法，但受地质条件和周边环境等因素影响，尚有大量的地铁暗挖区间不具备盾构施工条件需要采用矿山法施工。而拱顶部位出现空洞是矿山法隧道较为常见的一种质量问题，虽在施工后采取了注浆填充等处理措施，但在地铁运营后的质量排查中时有发现。因此，在不影响地铁运营的前提下，高效、安全的处理拱顶空洞就成为了保障地铁运营安全的重中之重。

关键词：地铁运营期；暗挖区间拱顶；混凝土空洞；处理

引言

当前进行轨道交通建设的绝大部分城市中，采用矿山法施工的暗挖隧道均采用复合衬砌结构形式，由于地铁隧道二衬施工工艺自身的缺陷及工人的施工水平较低、责任心较差等原因往往会导致局部拱顶混凝土欠饱满的情况发生，造成局部拱顶存在空洞的质量缺陷，本文分析了局部拱顶混凝土空洞产生的原因并针对运营期发现地铁线路局部拱顶混凝土空洞提出了处理方法。

1二次衬砌拱顶混凝土空洞原因分析

1.1二次衬砌结构形式与施工方法

矿山法施工的地铁区间衬砌的断面形式一般采用马蹄形断面。标准断面开挖尺寸（宽×高）为6200mm×6500mm，初支结构厚度250mm，采用C20网喷混凝土施工；拱顶二衬结构厚度为300mm，采用C40P10防水混凝土浇筑。

地铁区间隧道一般较长且断面单一，因此二次衬砌混凝土浇筑多采用模板台车。模板台车长度多为9～12m，混凝土浇筑口设置1～3个，为保证二衬混凝土拱顶饱满密实在模板端部设排气孔。混凝土浇筑口设置在台车顶部，用于浇筑二次衬砌的混凝土只能由地面泵车通过导管输送到台车顶部的浇筑口。根据经验，一般情况下普通泵车的输送距离不宜大于150m，超过这个距离容易造成堵管现象。地面泵车对于混凝土的流动性、和易性等工作性能要求较高，混凝土的塌落度宜维持在20～22cm。

1.2二次衬砌拱顶混凝土空洞原因

矿山法施工的暗挖区间二衬拱顶空洞是隧道施工中常见的质量通病，究其原因不外乎两种，一是施工缝位置不当，由混凝土浇筑到拱顶后模板中的空气未排净所致，残存的空气在顶部混凝土中形成空腔造成二次衬砌拱顶位置空洞；第二种是由于各种意外的原因（如混凝土堵管、混凝土泵车压力低等）导致混凝土未能填充完全。

1.3泵送困难甚至泵管堵塞

1）泵管布置不合理（向下泵管前面的水平泵管高长度不够），泵管安装不牢固，连接处不严密。2）砂浆润管时，如遇泵送管道较长，砂浆中的小砂粒和胶凝材料不断被泵管壁粘附，最后砂浆中只剩较大砂粒，加之被泵管内的润管水冲刷，在泵管末端的弯头、软管处易造成堵塞。3）入泵混凝土离析或搅拌不均匀，混凝土流动性经时和泵送后损失偏大。4）停泵时间太长。

1.4外观不良

二衬拱墙外观不良较常见的有蜂窝麻面、砂线、水线、反碱、起皮、气泡、色差。1）蜂窝麻面、气泡。混凝土流动性偏小，浇筑不连续或间歇时间太长，模板上脱模剂涂刷不均匀或有未涂刷部位。2）色差：不同车混凝土流动性差别大，浇筑不连续或间歇时间太长，模板上脱模剂涂刷不均匀或有未涂刷部位等。3）起皮、砂线（或水线）及反碱：混凝土保水性不良，润管水未排净，辅助振捣局部时间太长。

1.5裂缝

由于二衬仰拱和拱墙浇筑后成为一个整体隧道，

长度至少1km以上（车站与车站距离），由于混凝土的收缩和温度的变化，易产生环向裂缝。

1）混凝土收缩偏大

2）混凝土早期强度增长太快

3）拆模偏早

4）拆模时混凝土与气温温差大

5）养护不良

1.6强度偏低

拱墙混凝土流动性大，浇筑振捣困难，控制不当，易造成实体结构混凝土的致密性不够，进而造成强度偏低。

1）混凝土配制强度偏低或掺合料掺量偏大、用水量超标等

2）隧道内部温度比较恒定

3）拆模早，早期失水严重

4）养护不良

3浆液材料及配比选择

针对注浆材料的强度问题，经多次研究比选方案，确定注浆材料选用CGM-320支座灌浆料，该材料有如下优点：（1）初始粘度低、流动性好、可注性强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内，结石体具有一定的抗压、抗拉强度，抗渗性好，抗冲刷及耐老化性能好，凝胶时间可以在几秒—几十分钟范围内任意调整，并能准确控制；（2）早期强度高，12小时强度大于3.5Mpa，24小时强度能达到18Mpa；（3）抗压强度高，28d抗压强度达到50Mpa。（4）该材料具有微微膨胀性，适用于混凝土缺陷处理施工。本次处理经多次试验确定浆液配合比为水：粉料=0.18：1（重量比），该配合比下的初凝时间约30min，流动性和初凝时间能满足注浆机械要求。

4具体工艺流程

（1）凿除孔洞周边的不密实混凝土及突出的骨料颗粒凿去，边缘修整平齐、圆顺、不得留有尖角，凿除混凝土时，缺口应内宽外窄，形成倒梯形。切口表面应粗糙，不得留有松散、气泡、裂隙等结构，然后采用钢丝刷清理后用水冲洗，并在施工期间保持壁面洁净。凿毛标准为凹凸差不小于6mm的粗糙面。（2）空洞背后防水板经现场观测无破损，也无渗漏水现象，在清理基面完成后，若原有的防水板有破损，需在破损部位涂刷聚氨酯防水涂料。（3）根据凿除后的孔洞范围大小预制专用修补钢板，因操作空间及机械受限，钢板需控制在100kg范围以内。在既有二次衬砌混凝土面刮涂水泥基渗透结晶性防水涂料二遍，用量不小于1.5kg/㎡，且涂抹厚度不小于2.00mm。（4）在衬砌表面铺设模板，模板处预留注浆孔，模板采用M16*200型膨胀螺栓进行固定。（5）灌注按配合比配制浆液，通过模板上提前预埋的注浆管对空洞部分进行压力注浆。（6）待注浆完成四天以后，第8-9天，对环向施工缝进行改性环氧树脂注浆预防渗漏水。

5处理效果

5.1选择合理的浇筑方案

应尽量将混凝土泵车设置在洞内靠近工作面的位置，保证混凝土和易性并减小堵管概率；选用大刚度大强度的模架方案，采用自密实混凝土，利用混凝土泵挤压力保证混凝土密实。在隧道模架的典型位置设置监测点，随时监测模架的受力状态和变形情况，实行信息化施工。

5.2加强系统管理

合理的施工方案需以严格管理做保障，二次衬砌混凝土浇筑的过程管理是个系统工程，合理的技术方案和运到现场可泵性良好的混凝土是基础，地下混凝土罐车、泵车、台车加固状态良好是条件，熟练的操作及地上、地下、混凝土浇筑工作面信息交流沟通良好是依靠。

5.3研究隧道模架荷载的计算方法

鉴于当前没有计算隧道二次衬砌模架荷载的方法，应进一步试验研究混凝土浇筑时模架荷载施加的规律，为以后施工荷载计算提供理论依据。

结语

总而言之，地铁暗挖隧道二衬拱墙施工质量首先取决于混凝土的质量，混凝土要达到较高的流动性和优良的和易性，且流动性的经时和泵送损失要小。合理的布管、规范的操作、快速连续的泵送也是保证地铁暗挖隧道二衬拱墙施工质量的必备条件之一。脱模剂及涂刷质量、拆模时机及养护等等，同样对地铁暗挖隧道二衬拱墙施工质量有着较大的影响。必须重视隧道二衬混凝土施工过程控制，选用合理施工工艺，必须重视隧道施工完成后的二衬背后回填注浆工作，预防拱顶不饱满情况发生。

参考文献

[1]马昕,尹兆旭,师卫科,余成行.地铁暗挖隧道渗漏原因分析及抗裂防水混凝土的质量控制.商品混凝土,2006(1):10～24.

[2]王利民.暗挖地铁隧道二次衬砌拱顶混凝土欠饱满缺陷处理技术[J].工程质量，2017，32(2)：50–54.

[3]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2017.