隧道衬砌背后空洞缺陷成因分析及检测

随着我国隧道交通建设的快速发展，隧道在区域社会与经济交往中发挥着越来越重要的作用，但与此同时，隧道工程建设面临的工程地质和水文环境越来越复杂，隧道病害也日渐凸显，其中隧道衬砌背后空洞缺陷是影响隧道运营安全的主要病害之一。
 
衬砌背后空洞是一种常见的隧道施工质量缺陷，会导致围岩与支护之间的相互作用关系的恶化，使得衬砌结构出现局部的应力集中，甚至还会引发衬砌结构的裂缝或开裂，以及其他关联病害，从而给隧道结构安全带来威胁。特别是当出现隧道衬砌背后空洞过大的情况，受隧道内行车、地下水等多重因素的影响，很可能造成围岩的失稳，甚至导致隧道在内力和外力综合作用下出现塌方。
 
衬砌背后空洞缺陷成因分析
地质及环境因素
由于很多隧道处于地质条件复杂区域，衬砌背后围岩或者回填物中可能存在易溶解或易被腐蚀的物质，在特定的环境条件下衬砌背后逐渐形成细小空洞。随着时间的推移，细小空洞形成群落并逐渐联通，或者受周围松散围岩的影响，形成大范围的衬砌背后空洞。
   
原材料因素
隧道衬砌混凝土由骨料、水泥、砂等多种原材料拌和而成，其质量的好坏对隧道的长期稳定有很大的影响。如果原材料质量参差不齐，加之计量误差、搅拌不充分等因素，混凝土拌和易出现分层离析、泌水、干涩、板结等现象。由于混凝土本身是一种多相、多孔建筑材料，在拌和至浇筑整个过程中如果处理不当，就容易出现背后空洞等质量缺陷。混凝土的收缩特性对初期支护时也会产生较大影响，容易使喷射混凝土与岩面不能密贴，产生空隙，形成空洞。
 
施工因素
隧道衬砌施工过程中的质量控制对于隧道工程最终的结构与质量安全有着直接的影响，尤其是初支混凝土喷射质量不达标，许多拱架间因此形成凹槽，且难以在二衬时难以填满，从而形成空洞。此外，二衬混凝土浇筑时受到局部混凝土骨料团簇阻挡，振捣不充分、浇筑量不足等情况也非常容易导致衬砌厚度不足或拱顶部位出现空洞，给隧道安全运营埋下隐患。
 
不仅如此，支护平整度不足导致防水板的不规则铺设，使防水板在局部凸出位置产生褶皱、在凹陷位置与初衬存在悬空，也会给后期浇筑带来麻烦，最终导致空穴等缺陷问题。
 
其他因素
所用的施工设备、现有的施工技术等都会给隧道衬砌质量带来不同程度的影响，超挖严重喷射混凝土厚度过大，在重力作用下混凝土整体下沉，也易形成空洞。总之，多种因素都可能导致隧道衬砌背后空洞的出现，只有加强控制，把握好每一个细节，才能有效的减少此类问题的出现。
   
衬砌背后空洞检测
对于隧道衬砌背后空洞的检测通常采用地质雷达法进行，地质雷达具有便携、快捷、无损和抗干扰性强的特点，不仅在隧道衬砌结构质量控制方面得到了广泛的应用，在其他混凝土缺陷探测方面也具有重要的价值意义。
 
地质雷达是利用高频电磁波的反射来探测目标体，地质雷达系统主要由雷达主机、信号发射机和发射天线、接收机和接收天线组成。通过天线将高频电磁波发射入被测物体，由接收天线接收不同的介质和界面反射的雷达波形，并形成检测影像资料数据，检测技术人员通过对获得的数据进行分析，能够发现衬砌背后的回填状况。
 
由于不同的天线频率能够探测的深度和分辨率不同，因此一定要正确把握对天线频率的选择。还需要注意的是，由于地质雷达图像存在衰减以及大量杂波，对数据的质量造成了严重影响，因此在对图像进行分析和识别之前，需要对图像进行一定的处理，尤其是对异常数据的处理很有必要，以更准确的对所检测区域进行科学分析。
   
总结
应加强隧道衬砌质量的科学检测，如果发现隧道衬砌质量问题应及时进行整治，隧道衬砌质量缺陷的整治以保证结构安全为前提，若整治过程中破坏了原有实体工程，如初期支护破损、钻孔破坏防水板等，需及时进行针对性补强修复，避免产生新的质量缺陷问题。