摘要
在基于新奥法建设的隧道中，二次衬砌拱顶脱空是一种发生频率较高、危害性较
大的缺陷类型。以往工程中常用的钻孔回填注浆法修复质量较低，存在注浆体粘结性
和填充密实度不足、整体性差、易产生额外荷载和损伤等问题。近年来径向预埋RPC
管带模注浆工艺逐渐在工程实践中得到推广和应用，其特点是通过二衬台车改造，在
二衬混凝土凝结前进行注浆，以充分保证粘结性和整体性。本文以延崇高速东梁底隧
道为依托工程，通过数值模拟和现场实验，对隧道二衬拱顶空洞及其带模注浆修复的
静力学行为和地震响应进行了研究，并对带模注浆的修复效果进行了评价，主要研究
内容如下：
（1）以依托工程为基础，采用FLAC3D建立了深埋隧道有限差分数值模型。其
中，采用Interface单元实现了防水层接触效应以及注浆体-模筑混凝土接触面的模拟，
并基于FISH语言开发了一种逐层提取计算实体单元内力的方法。验证结果表明，该
模型及内力计算方法能够合理反映隧道结构受力变形状态和力学行为，并能够对弹塑
性状态下的二衬内力进行有效计算。
（2）在静力状态下，分析了空洞范围和位置对二衬力学行为的影响；并将注浆体
-模筑混凝土接触面模型与典型的隧道模型相结合，分析了粘结作用与注浆体性质等
因素对注浆修复效果的影响。结果表明，在考虑防水层接触效应的条件下，二衬呈现
出更显著的独立性和整体性，而空洞对二衬的损伤形式主要包括内力转移、周边应力
集中、变形过大等。注浆体粘结强度、刚度等是保证带模注浆质量的关键因素，对于
本文典型工况，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩下注浆体接触面粘结强度建议值分别约为0.65MPa、
0.85MPa和1.10MPa。
（3）在地震状态下，讨论了密实、拱顶空洞、常规注浆和带模注浆等工况的动力
响应，分析了空洞尺寸和粘结作用的影响，并对带模注浆的修复效果进行了评价。结
果表明，地震中拱顶空洞将导致二衬安全稳定性大幅下降，而带模注浆能够将二衬空
洞恢复至接近密实状态，并在地震中保持其有效性。此外，尽管常规注浆存在额外荷
载和损伤风险，但其仍优于存在空洞而不进行处理的情况。
（4）依托于东梁底隧道，开展了现场带模注浆实验与监测，对设备、材料和实施
过程进行了梳理。根据监测结果，对理论研究做出反馈，并对带模注浆的有效性进行
验证和评价。结果表明，径向预埋RPC管带模注浆工艺修复质量较高，工程适用性较
强，适宜进行进一步推广与应用。
关键词：二次衬砌；空洞；RPC管带模注浆；地震；防水层
I
II
ABSTRACT
InthetunnelconstructedbasedontheNewAustrianTunnellingMethod,thesecondary
liningvaultvoidisakindofdefectwithhighfrequencyandgreatharm.Therepairquality
ofboreholebackfillgroutingislow,whichisoftenusedinpreviousprojects.Ithassome
shortcomingssuchaspoorbonding,lowfillingdensity,poorintegrity,extraloadanddamage.
Inrecentyears,theradialembeddedRPCpipemoldgroutinghasbeengraduallypopularized
andappliedinengineeringpractice.Itscharacteristicisthatthroughthetransformationofthe
secondliningtrolley,groutingiscarriedoutbeforetheconcreteofthesecondaryliningisset.
Therefore,thebondingandtheintegrity