衬砌背后空洞及回填的施工工艺从最近一些已建成的隧道发生的事故看， 衬砌厚度不足和 背后空洞的存在，是造成事故的主因。例如，某隧道的衬砌 厚度只有设计厚度的 1/2 到 1/3。更有甚者，还不到 1/2。同 时在衬砌背后留有大量没有充分回填的空洞，有的空洞，甚 至人员可以在里面爬行。这种情况多数是在地质条件突变， 发生塌方等场合发生的。有自然的因素，但更多地是人为的 因素。厚度不足和背后空洞的存在，对隧道的承载特性有不 可忽略的影响。日本对此曾进行了大量的模型试验，研究在 不同荷载状态下衬砌厚度、背后空洞等与结构物承载力之间 的关系。试验得出的结论如下：同样厚度的衬砌背后有空洞，其承载力在同样位移(u=2mm)的条件下，有空洞时降低到无空洞的1/3以下；拱部厚度不同时，其承载力的变化是很大的，在同样位 移条件下，如满足设计厚度的承载力为 1，则衬砌厚度为设 计厚度的 3/4 时，其承载力为 0.4，衬砌厚度为设计厚度 1/2 时，仅为 1/10；背后空洞的范围越大 (以背后空洞范围 60o和100o作比 较)，最终承载力也降低，但差异不大，两者相差10%左右；背后空洞范围60o时，有无回填和用硬质材料和软质材 料回填的比较。从试验结果看，如用硬质材料回填时的承载力为 1，则用软质材料回填时的承载力为 0.8，而不回填的仅 为 0.1 左右；明确背后有空洞的场合，都要采用回填压注的方法予以 充分的填充。不管是新建隧道还是运营中的隧道，隧道衬砌背后和围 岩之间，存在空洞时，都会促进围岩的松弛，使衬砌产生弯 曲应力，而损伤衬砌的功能，降低其承载力，这已经得到理 论和实践的证实。切实地回填背后的空洞，是上策。但从施 工的可靠性看，切实地充填空洞是有难度的。难就难在缺少 能够满足切实充填性的材料。因此， 最近开发出一些新的回填材料， 其最大特征是不但 具有自稳性和充填性，还具有一定的流动性。这里所谓的一 定的流动性，是指在一定的压力以上，回填材料易于变形， 可充填到空洞中，而在一定压力以下，流动性会大大降低的 性能。为此，可以防止材料向空洞以外的逸出，实施限定压 注。此外还具有以下特征：遇水离析和稀释小；比重小，对衬砌的荷载小；现场易于处理；施工和材料的成本低。新开发的材料有以下几种：1）气泡砂浆表1为其配比。在通常的气泡砂浆中加入可塑剂（特殊的铝酸盐），就可能限定压注。是目前采用较多的材料。（2）吸水性材料其配比例列于表2。表中的混合剂是由高吸水性的树脂和 速凝剂构成的，采用此混合剂可实施回填地点的限定压注。 此材料是单液的，施工设备可以缩小。（3）JETMS 材料其配比列于表3。本材料是双液的。 A液就是过去的气泡 浆液，B液是天然的粘土矿物构成的可塑剂。其特征是没有 采用特殊的药剂，是一种无机材料，在流水的条件下也能够 施工。这些材料不管哪一种都具有相同的物性，流动性大约在80120mm，强度大约在 0.51.5N/mm 。表1气泡砂浆配比例砂浆（1000 1）可塑剂（401）含气量（%）水泥（kg）水（kg）砂（kg）特殊气泡剂（kg）AP-2（kg）稀释水（kg）AP-1稀释水433002146001.321.523.528.2水泥膨润土吸水性混合剂水3362508.5793表 3 JETMS 配比例（kg/m3）A液B液A材（固化材）水气泡（1）B材（可塑剂）水30015015580565目前，自充填混凝土作为特殊混凝土越来越受到人们的关 注。所谓自充填混凝土就是灌注时不需要捣固、施工工程不 受人为因素的影响，可靠性高的混凝土。水粉体比在30%左右，灌注后产生下沉及开裂的可能性小，可以控制炭化和盐 分浸透的超导，具有长期的耐久性。采用这种混凝土的结构 物，能够排除施工的一次缺陷，从而降低维修管理的费用， 也是比较经济的混凝土。在配比上由于需增加单位粉体量， 为控制水化热要采用粉煤灰和高炉矿碴、石粉等混合材。目前在隧道施工中，采用的普通混凝土的水灰比约在64%单位用水量175kg，单位水泥用量约 273kg，坍落度15cm, 粗骨料最大尺寸40mm因要在模板和围岩的狭小空间内灌 注，坍落度要大，从拱顶灌注孔灌注的混凝土，以最大 10m速度移动。加上粗骨料尺寸大，常常产生混凝土充填不足、 材料离析等现象。特别是在拱顶易于泌浆形成空隙。采用自充填混凝土有以下优点：因粘性高，不易产生离析，可获得稳定品质的衬砌；新鲜时流动性大，能够确实充填凸凹不平的喷混凝土；几乎不产生泌浆，拱部的混凝土品质得到保证；因粉体量大，脱模后混凝土表面美观。但与普通混凝土比， 模板受到的压力比普通混凝土大，因此要加强模板。日本在平山公路隧道中采用的自充填混凝土的品质规格列于表4。表4自充填混凝土的规格品质管理项目规格目标值塌落流动值65 5cm漏斗通过时间1020s含气量4.5 1.5%性质确认U型试验器其配比列于表5。表5自充填混凝土的配比项目符号单位量材料水/水泥比W/C46.7%水粉体比W/P32.0%水粉体容积比Vw /V p93.6%细骨料率S/a52.0%单位水量W170kg/m3单位水泥量C364kg/m3高炉水泥混合材石灰石粉167kg/m3石灰石粉细骨料细砂372kg/m3海砂粗砂490kg/m3陆砂粗骨料G780kg/m3石灰岩碎石混合剂高性能减水剂9.03kg/m 3高性能减水剂采用丫型管同时灌注两边墙时，灌注速度1.75m/h，从2.5m、4.0m、拱顶孔顺序灌注。并在距下端0.65m、2.4m、4.15m、5.9m的位置设传感器测定模板上的压力（图 1）。量测的结果示于图2。与普通混凝土的比较示于图3。可以看出，模板上的压力比普通混凝土大些。