復(fù)雜地質(zhì)隧道二襯質(zhì)量控制技術(shù)

張　旭

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

1　工程概況

某隧道洞身穿越地層為砂巖、蛇紋巖、玄武巖、板巖。穿越2個斷層，最大埋深約1 100 m。不良地質(zhì)有極軟巖、巖爆、高壓涌水、斷層破碎帶等。從設(shè)計(jì)資料分析，預(yù)測大變形、巖爆、突水突泥和斷層破碎帶對施工的危害、影響最大，屬高風(fēng)險隧道，施工難度大。隧道襯砌全部采用復(fù)合式襯砌。

2　現(xiàn)狀調(diào)查

1)隧道二襯砼質(zhì)量控制是隧道質(zhì)量控制的關(guān)鍵，二襯砼質(zhì)量關(guān)系到工程項(xiàng)目最終的驗(yàn)收結(jié)果、履約情況等，直接影響企業(yè)信用評價、等級提升等[1]。

2)二襯混凝土澆筑完成后出現(xiàn)了多種不同程度的質(zhì)量缺陷，缺陷處理投入了大量人力、財(cái)力，耽誤了時間，影響了施工進(jìn)度。

3)為了提高隧道二襯混凝土施工質(zhì)量，項(xiàng)目部專家組選取了98處，對隧道二襯混凝土施工質(zhì)量情況進(jìn)行了調(diào)查，其中86處出現(xiàn)了各種問題。小組成員對其進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，二襯混凝土施工質(zhì)量統(tǒng)計(jì)情況見表1。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析可見，隧道二襯混凝土施工質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)為：施工縫，錯臺、漏漿、跑模，氣泡、蜂窩、麻面，平整度差，表面裂紋、脫皮，顏色不均勻，拱頂脫空，隱形露筋、保護(hù)層厚度過大，凈空不足、混凝土滲漏水。

表1　二襯混凝土施工質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)

3　原因分析

3.1　蜂窩、麻面和氣泡現(xiàn)象

原因分析：混凝土攪拌時間短，加水量不準(zhǔn)，和易性差，塌落度控制不合適，振搗不密實(shí)或漏搗，搗固時間不夠，形成蜂窩?；炷翝补鄾]有嚴(yán)格分層澆灌，造成混凝土離析，因而出現(xiàn)蜂窩麻面?；⌒味我r砌表面氣泡是因混凝土在搗固過程中，漿液水泡上浮，附著在模板表面上，又不能及時排出而形成的。拆模過早，也易產(chǎn)生麻面[2]。

3.2　錯臺、爛根和矮邊墻上部出現(xiàn)砂溜

原因分析：錯臺、爛根現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于模內(nèi)倉底未清理干凈，臺車模板與已施工的混凝土面接觸不緊密，有漏漿現(xiàn)象發(fā)生，砂溜的出現(xiàn)是因?yàn)槁{造成矮邊墻上部水泥漿流失，細(xì)砂外露。

3.3　施工冷縫

原因分析：施工冷縫的出現(xiàn)是由于混凝土澆筑過程中，間隔時間過長，原有的混凝土基礎(chǔ)表面沒有進(jìn)行鑿毛處理，或者鑿毛后沒有用水沖洗干凈，使得先后兩層混凝土不能銜接密實(shí)，出現(xiàn)冷縫[3]。

3.4　缺棱掉角

原因分析：模板封堵不嚴(yán)密，漏漿；拆模過早、臺車支撐受力過于集中；堵頭模板未先濕潤，導(dǎo)致拆模時粘連；模板未涂脫模劑或脫模劑涂刷不均勻；物體撞擊、刮碰等。

3.5　表面平整度差

原因分析：臺車拼裝時相鄰模板間存在高差，臺車模板拼裝縫未焊接密實(shí)并打磨光滑，臺車部分鋼板剛度不足或施工操作不當(dāng)對模板造成損傷而出現(xiàn)局部變形等[4]。

3.6　砼隱形漏筋

原因分析：鋼筋安裝不合格，混凝土墊塊太少，鋼筋綁扎不牢固，砼振搗時墊塊移位或振動棒撞擊鋼筋等。

3.7　出現(xiàn)“水印”、砼光澤度差

原因分析：砼坍落度過大，配合比未作有效調(diào)整，振搗不到位等。

3.8　拱頂脫空

原因分析：砼坍落度過小，注漿順序不正確，頂部排氣不暢，注漿壓力太小，土工布、防水板鋪掛松弛有堆積。

3.9　二襯滲漏水

原因分析：防排水施工質(zhì)量不合格，砼澆筑和搗固過程中操作不當(dāng)損壞防水層等。

3.10　裂縫

原因分析：施工過程中操作不當(dāng)，溫度變化過大，隧道沉降，鋼筋保護(hù)層太薄；砼養(yǎng)護(hù)不及時或養(yǎng)護(hù)時間太短，施工配合比不當(dāng)或原材料不合格等。

3.11　厚度、凈空不足

原因分析：測量不精確，造成開挖斷面凈空不符合設(shè)計(jì)要求，出現(xiàn)超欠挖，造成初期支護(hù)噴射混凝土厚度不均勻或初期支護(hù)侵入襯砌限界。

3.12　二襯錯臺

原因分析：臺車在使用過程中產(chǎn)生變形，造成前、后端斷面局部尺寸不一致，臺車支撐剛度不夠，在混凝土壓力作用下致使臺車模板向內(nèi)收斂變形，作業(yè)窗封閉不嚴(yán)密等。

3.13　確定要因

根據(jù)問題分析出原因后，發(fā)現(xiàn)大部分原因類似，將問題及發(fā)生問題的原因進(jìn)行匯總，并確定主要原因。因素分析確認(rèn)見表2。

表2　因素分析

影響二襯混凝土施工質(zhì)量的主要原因有9個，一般原因有2個。其中一般原因安排專人進(jìn)行落實(shí)，并加強(qiáng)監(jiān)督、檢查力度。主要原因進(jìn)行比對分析，并重點(diǎn)監(jiān)控執(zhí)行情況。

4　實(shí)施措施

4.1　拱墻二次襯砌施工

4.1.1工藝概述

混凝土輸送泵入主料斗，通過固定在襯砌臺車的主料斗、分流槽將混凝土送入一級工作窗口，一級工作窗口混凝土澆筑完成后，關(guān)閉一級工作窗口的滑槽，打開二級工作窗口滑槽擋板，開始澆筑二級工作窗口的混凝土。第三、四級工作窗口利用混凝土輸送泵直接入倉灌注混凝土[5]。

4.1.2工作內(nèi)容

主要工作內(nèi)容：逐窗分層澆筑、壓頂、養(yǎng)生等。

1)一級窗口混凝土澆筑。通過滑槽插板控制混凝土流向，先從下坡端逐窗澆筑混凝土，密切觀察混凝土澆筑高度，混凝土前后高差小于0.6 m，左右高差小于0.5 m。依次循環(huán)澆筑至窗口下方30 cm。

2)混凝土振搗。先利用插入式振動器進(jìn)行振搗。做到“快插慢提”，嚴(yán)禁在混凝土澆筑倉內(nèi)平拖振動棒，嚴(yán)禁接觸模板、鋼筋和預(yù)埋件。插入式搗固一定仔細(xì)，做到搗固到位，表面泛漿，混凝土表面無顯著下沉無冒泡現(xiàn)象。搗固棒插入下層混凝土深度宜為5～10 cm。

3)再利用附著式振動器振搗，以便能較好地控制振搗時間和順序：混凝土澆筑完成后啟動附著式振搗器從已澆筑的二襯端向另一端進(jìn)行，每個振動器的振搗時間為25 s。與相鄰的振動器搭接5 s，依次進(jìn)行。附著式振動器對提漿保證混凝土表面光潔有一定作用，時間搭接和振動順序是為了保證在拱頂部分氣泡從端模排除，減少氣泡。

4)二級窗口混凝土澆筑及搗固。采用與2)、3)相同的方法完成二級窗口混凝土澆筑。

5)混凝土壓頂。①壓頂混凝土適當(dāng)提高混凝土流動性；②壓頂時充分利用拱頂灌注孔，并沿上坡方向進(jìn)行，確保拱頂混凝土澆筑厚度和密實(shí)度，澆筑完成后及時進(jìn)行封孔。

6)拆模養(yǎng)生。拆模后根據(jù)環(huán)境條件及時進(jìn)行養(yǎng)生。環(huán)境溫度低于5 ℃時嚴(yán)禁灑水養(yǎng)生。灑水養(yǎng)生設(shè)備采用高強(qiáng)噴霧機(jī)，噴霧機(jī)固定在自卸汽車上，方便運(yùn)輸。

4.2　拱頂帶模注漿

4.2.1工藝概述

通過對液壓襯砌臺車進(jìn)行改造，在襯砌臺車模板中心線位置沿臺車縱向設(shè)置一定數(shù)量的注漿孔，并安裝注漿用固定法蘭，在澆筑混凝土前預(yù)埋混凝土(RPC)注漿管，混凝土澆筑結(jié)束后，利用預(yù)埋管道進(jìn)行拱頂注漿。拱頂帶模注漿施工工藝流程如圖1所示。

圖1　拱頂帶模注漿施工工藝流程圖

4.2.2工作內(nèi)容

主要工作內(nèi)容：注漿孔設(shè)置、RPC管道安裝、二次襯砌混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等。

4.2.2.1注漿孔設(shè)置

臺車注漿孔位置布置如圖2所示，主注漿孔距離側(cè)端模為60～100 cm。端模排氣孔(也作為注漿孔)距端模邊緣 100～150 cm。中間注漿孔安置在混凝土灌注口之間平均分布。在初始設(shè)計(jì)注漿孔位置時，當(dāng)設(shè)計(jì)位置與臺車鋼梁位置有沖突時，可將注漿孔位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

圖2　襯砌臺車拱頂帶模注漿孔示意圖

4.2.2.2注漿管道安裝

1)在襯砌臺車模板頂部開孔，孔徑為40 mm，在襯砌臺車開孔處焊接固定法蘭，固定法蘭采用四周滿焊方式，防止漏漿或注漿時法蘭脫落。將制作好的RPC管穿入定位法蘭，其中十字切口端與防水板頂緊。定位法蘭外接管上連接套管及注漿管固定管。

2)用于注漿的注漿連接件包含定位法蘭、連接套管、止?jié){閥門、壓力表以及快速接頭等，注漿連接安裝與注漿管道定位法蘭方式如圖3所示。

圖3　注漿連接安裝與注漿管道定位法蘭

4.2.2.3二次襯砌混凝土澆筑

1)將準(zhǔn)備好的RPC注漿管(排氣管)通過預(yù)留孔進(jìn)行“試穿”量測，確定RPC注漿管的安裝長度后，預(yù)埋好注漿管。澆筑拱頂混凝土?xí)r，注漿管作為觀察口，看混凝土是否澆注到拱頂，注意觀察預(yù)埋管是否泌漿，必要時可對注漿觀察口進(jìn)行清理，避免堵塞。

2)拱頂注漿按照從低端往高端開始注漿。二襯混凝土澆筑完成1～2 h后進(jìn)行，注漿材料采用微膨脹性水泥砂漿和專用的制漿注漿一體機(jī)進(jìn)行操作。漿液要求連續(xù)拌制，確保漿液的質(zhì)量。

3)注漿以排氣孔和端頭模流出濃漿標(biāo)志結(jié)束。若臺車模板處出漿壓力達(dá)到1.0 MPa，仍未出濃漿，更換排氣孔注漿，直至中間排氣孔和端模排氣孔流出濃漿時停止注漿。

4)注漿完畢更換注漿連接件時及時封堵RPC注漿管管口，防止漏漿。

5)注漿結(jié)束，漿液初凝后卸除定位法蘭，卸下注漿機(jī)軟管，將注漿管孔封堵密實(shí)。

6)預(yù)留注漿孔進(jìn)行表面防護(hù)，經(jīng)拱頂無損檢測合格后，對注漿管外漏部位使用角磨機(jī)切割打磨平整。

4.2.2.4二次襯砌養(yǎng)護(hù)

砼拆模后，采用專用移動式噴霧機(jī)及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，水霧均勻噴灑到二襯砼表面，保持砼處于濕潤狀態(tài)，縱向移動噴霧機(jī)，完成需養(yǎng)護(hù)段二襯砼養(yǎng)護(hù)。根據(jù)施工條件，確定灑水噴霧間隔時間，確保二襯砼養(yǎng)護(hù)效果。

4.2.2.5拆除模板

1)在初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后施作的二次襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到8 MPa以上。

2)初期支護(hù)未穩(wěn)定，提前施作的二次襯砌的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%。

3)拆模時混凝土內(nèi)部與表層、表層與環(huán)境之間的溫差不得大于20 ℃，結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)表面溫差不得大于15 ℃；混凝土內(nèi)部開始降溫前不得拆模。

4.2.2.6注意事項(xiàng)

1)混凝土澆筑連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)因故間歇時，其間歇時間小于前層混凝土的初凝時間或能重塑的時間。當(dāng)超過允許間歇時間時，按接縫處理，襯砌砼接縫處必須進(jìn)行鑿毛處理?？v、環(huán)向施工縫按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置中埋式橡膠止水帶。

2)當(dāng)振搗完畢后，豎向緩慢拔出，不得在澆筑倉內(nèi)平拖。泵送下料口及時移動，不得用插入式振動棒平拖驅(qū)趕下料口處堆積的拌和物將其推向遠(yuǎn)處。

3)對于鋼筋太密的部位，需加長振搗時間和加大振搗角度變換次數(shù)，保證布料到位，振搗密實(shí)。在澆筑混凝土?xí)r，經(jīng)常觀察，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土有不密實(shí)等現(xiàn)象時，立即采取措施予以糾正。

4)二襯混凝土左右兩側(cè)混凝土面高差不得超過0.5 m，前后高差不得超過0.6 m，混凝土澆筑應(yīng)逐窗逐層自模板窗口灌入，由下向上，對稱分層，傾落自由高度不超過2 m。

5)注漿過程中，觀察臺車壓力表和端模出漿情況。如果端頭模圓弧最高點(diǎn)漏漿，先停止注漿泵，并及時對漏漿處進(jìn)行封堵，然后繼續(xù)注漿，直至端頭出漿漿體密度與制漿機(jī)中的一致。更換至下一個注漿孔，依次類推。注漿時，如果臺車處壓力表超過1.0 MPa，直接轉(zhuǎn)至下一注漿孔。

5　結(jié)語

通過以上措施，減少了混凝土缺陷處理次數(shù)和處理時間，做到了混凝土“內(nèi)實(shí)外美”，不滲、不漏，表面無濕漬。保證了現(xiàn)場安全，施工質(zhì)量得到很好的管控，為后續(xù)二襯混凝土施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 彭躍，王桂林，張永興，等.襯砌背后空洞對在役隧道結(jié)構(gòu)安全性影響研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2015(6)：34-36.

[2] 劉海京，夏才初，蔡永昌.存在襯砌背后空洞的隧道計(jì)算模型研究及應(yīng)用[J].公路隧道，2017(4)：68-70.

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[5] 竇順，賀磊，鄭靜，等.隧道二襯脫空聲振檢測試驗(yàn)研究[J].鐵道工程學(xué)報，2017(7)：56-59.