隧道可視化帶模注漿施工技術(shù)研究及應(yīng)用

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(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

高速公路隧道在我國已經(jīng)較為普遍，由于山區(qū)地形的特殊性，高速公路大長隧道的數(shù)量在不斷的增加，施工工藝也日新月異。本文以重慶江習(xí)高速公路四面山特長隧道施工為例，重點介紹隧道可視化帶模注漿技術(shù)的裝置研發(fā)及施工方案。

1 工程概況

重慶江習(xí)高速公路四面山特長隧道為分離式和一般小凈距組合式隧道，雙向四車道，全長4880m，隧道穿越地層為砂巖、泥巖互層，圍巖差，主要為Ⅳ類(占57%)和Ⅴ類圍巖(占43%)。隧道起止樁號：左線LZK0+200～LZK5+080，長4880m；右線LYK0+202～LYK5+077.35，長4875.35m。四面山特長隧道全襯砌施工，混凝土襯砌厚度在35cm～50cm。

(1)工程特點：四面山特長隧道單洞全襯砌長度達(dá)4880m，襯砌工程量極大，并且具有0.15%～1.5%的縱坡。

(2)工程難點：襯砌過程中暴露出襯砌混凝土頂拱空腔范圍大、數(shù)量多，需要采取回填注漿處理，但由于工期極其緊張，傳統(tǒng)的注漿方式占工期長且與隧道洞挖及襯砌施工交叉影響大。

2 隧道可視化帶模注漿技術(shù)及裝置研發(fā)

2.1 技術(shù)原理及特點

隧道可視化帶模注漿施工技術(shù)，是基于傳統(tǒng)回填注漿的工藝上進(jìn)行工藝創(chuàng)新和改變，形成的一種新型隧道襯砌頂拱空腔的處理施工技術(shù)。

(1)技術(shù)原理：通過利用鋼模臺車的支撐剛度支撐未達(dá)齡期的混凝土，利用鋼模臺車作為注漿施工平臺進(jìn)行低壓回填注漿處理頂拱空腔的施工方法。

(2)技術(shù)特點：通過研制“一種回填注漿裝置”、“一種便攜式的空腔內(nèi)成像檢測裝置”，應(yīng)用于隧道襯砌頂拱空腔處理，技術(shù)成熟、可靠、適用性強(qiáng)、投入成本低，作業(yè)人員容易掌握。

2.2 可視化帶模注漿裝置設(shè)計

分析本工程地下洞室襯砌頂拱空腔情況，通過影像資料確定注漿量?？梢暬瘞Ｗ{裝置結(jié)構(gòu)見圖1。

裝置構(gòu)造：①襯砌頂拱內(nèi)預(yù)埋注漿管(內(nèi)端頭帶十字分流槽)；②鋼模臺車(針梁臺車)模板；③鋼模臺車(針梁臺車)上安裝的法蘭固定盤(帶螺絲)；④漸變口法蘭固定盤(帶螺帽)；⑤注漿管啟閉球閥；⑥注漿壓力表；⑦注漿三通管；⑧注漿軟管夾具(利用橡膠圈滾動擠壓固定送漿軟管)；⑨送漿軟管。

圖1可視化帶模注漿裝置三維結(jié)構(gòu)

2.3 工作原理及解析

提前在鋼模臺車模板正頂部均勻間隔開孔設(shè)置灌漿孔，并在相應(yīng)灌漿孔位置焊接帶螺絲的法蘭固定盤，臺車就位后將帶十字分流槽的預(yù)埋注漿管由鋼模臺車模板的預(yù)開灌漿孔塞入頂至初支面，并立即安裝漸變口法蘭盤進(jìn)行固定(帶螺帽)，將法蘭固定盤(帶螺絲)與漸變口法蘭固定盤(帶螺帽)由螺栓進(jìn)行固定，并頂住預(yù)埋注漿管底部使得預(yù)埋注漿管牢牢固定，漸變口法蘭固定盤分別與注漿管啟閉球閥、注漿三通管進(jìn)行絲扣連接，并在注漿三通管端頭連接注漿壓力表，注漿三通管下部與注漿軟管夾具(利用橡膠圈滾動擠壓固定送漿軟管)絲扣連接，注漿軟管與注漿裝置連接固定采用注漿軟管夾具進(jìn)行固定，注漿軟管與注漿設(shè)備進(jìn)行連接固定。整個帶模注漿裝置安裝完成，可進(jìn)行注漿作業(yè)。

隧道二襯混凝土待凝期間(未拆模)，提前進(jìn)行回填灌漿作業(yè)，充分利用鋼模臺車支撐體系，在不損壞混凝土的情況下達(dá)到回填灌漿的效果。注漿過程中按鋼模臺車上均衡間距預(yù)留的灌漿孔分段間歇注漿，通過觀測旁側(cè)灌漿孔的翻漿情況確定注漿的飽滿程度和效果。其使用布置見圖2。

圖2 可視化帶模注漿裝置使用布置

2.4 本裝置的優(yōu)點

(1)不占用開挖支護(hù)、二襯工序時間，在二襯待凝期間進(jìn)行頂拱空腔灌漿處理，避免了施工交叉影響。

(2)在鋼模臺車上均勻間隔布置注漿孔，分序灌漿，通過注漿壓力和高位翻漿情況，直觀形象地反應(yīng)注漿飽滿程度，效果明顯。

(3)此裝置縮短了施工工序，降低了施工成本，提高了施工效率，裝置設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強(qiáng)、安拆方便、造價低廉等優(yōu)點。

3 隧道可視化帶模注漿施工方案

3.1 工藝流程

施工工藝流程見圖3。

圖3 可視化帶模注漿施工工藝流程

3.2 工藝要點

(1)在襯砌混凝土未脫模待凝期間，以鋼模臺車為操作平臺進(jìn)行襯砌混凝土頂部帶模注漿施工，不占用開挖支護(hù)及襯砌工序時間；

(2)在鋼模臺車(針梁臺車)正頂拱上均勻布置注漿孔，預(yù)埋特制的帶有十字分流槽的注漿管，并采用特殊注漿裝置進(jìn)行帶模注漿施工，達(dá)到回填襯砌頂拱空腔的效果；

(3)采用便攜式自導(dǎo)向可視化孔內(nèi)成像裝置進(jìn)行襯砌混凝土脫空情況檢測；

(4)通過注漿裝置的配置壓力表和啟閉球閥，達(dá)到控制注漿效果、注漿壓力的目的；

(5)注漿飽滿程度采取雙控措施：其一采取由低位注漿高位翻漿的情況來確認(rèn)漿液注漿飽滿；其二采取注漿壓力持壓控制最終封孔結(jié)束時間。

3.3 可視化帶模注漿施工操作步驟

3.3.1 預(yù)埋注漿管

前期在襯砌鋼模臺車正頂部縱向位置，按3m間距均勻開孔(φ50)，按襯砌厚度(45cm)預(yù)先準(zhǔn)備若干根(φ50，L=50cm)PVC管，PVC管一端設(shè)置十字分流槽，從鋼模臺車預(yù)留孔插入PVC預(yù)埋注漿管。PVC管帶十字分流槽端頂至內(nèi)側(cè)初支面，另一端預(yù)留少量(約5cm)在鋼模臺側(cè)，并將帶法蘭盤的漸變口合上至鋼模臺車模板上焊接的法蘭盤上，通過螺栓進(jìn)行連接固定，以漸變管內(nèi)頂預(yù)埋管使得灌漿能穩(wěn)定不偏斜。具體布置見圖4。

圖4 襯砌混凝土澆筑前頂拱預(yù)埋注漿管

3.3.2 襯砌混凝土澆筑

襯砌混凝土澆筑利用在鋼模臺車上安裝的左右料槽裝置進(jìn)行等壓平衡分層入倉澆筑，最終襯砌混凝土完成頂部入倉。入倉過程中充分利用預(yù)埋的灌漿管作為通道，以手持式管式攝像頭由注漿管位置深入，通過攝像頭端部安裝的導(dǎo)向輪導(dǎo)入襯砌混凝土與初支面區(qū)域，觀測混凝入倉飽滿情況，混凝土基本充填飽滿即可停止入倉，襯砌完成待強(qiáng)。

3.3.3 帶模注漿準(zhǔn)備

襯砌混凝土頂部脫空情況檢查：待襯砌混凝土基本初凝后(入倉完成后約2h)，采用管式紅外攝像頭再次由灌漿管位置進(jìn)入，觀測襯砌混凝土頂部脫空情況(見圖5)。

圖5 注漿前采用管式紅外攝像頭觀測襯砌頂拱空腔情況

(1)注漿裝置安裝：在相應(yīng)灌漿預(yù)留孔處安裝三通管、止?jié){球閥、壓力表、注漿軟管連接夾具、注漿軟管及注漿機(jī)等設(shè)備；

(2)注漿前檢查：對各個連接管進(jìn)行檢查，以防止注漿作業(yè)時發(fā)生孔口跑漿現(xiàn)象；

(3)配比確定：水灰比為0.5∶1～1∶1的水泥漿；

(4)注漿材料拌制：按配比在高速攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行注漿材料拌制，達(dá)到規(guī)范要求后即可注漿。

3.3.4 分序注漿

根據(jù)臺車上的注漿孔按序編號，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號孔。由于地下洞室成1%的坡度，由低位開始灌漿，灌漿的飽滿程度由旁側(cè)高位灌漿管的翻漿情況確定。同時考慮到內(nèi)部脫空區(qū)域存在未聯(lián)通情況，采用旁管孔口翻漿和壓力值進(jìn)行雙控注漿。

注漿壓力應(yīng)為0.1MPa～0.5MPa，注漿按由下至上的順序施工，漿液先稀后濃、注漿量先大后小。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：以終壓控制為主，注漿量校核。當(dāng)注漿壓力為0.2MPa～0.5MPa，持續(xù)15min即可終止。分序注漿見圖6。

圖6 襯砌混凝土脫空注漿順序

3.3.5 注漿結(jié)束堵孔待凝

單孔注漿結(jié)束后再關(guān)閉止?jié){液球閥，并擰開漸變口法蘭連接螺栓，注漿裝置與模板脫落，采用止錨固劑迅速封堵PVC管注漿口，完成一孔注漿作業(yè)，進(jìn)行下一孔注漿作業(yè)。封堵后待凝8h拆模。拆模時預(yù)埋PVC灌漿管，外露部分通過挪動臺車，以臺車模板平切掉外露塑料管，不再另做處理，待后續(xù)進(jìn)行飾面外觀。

3.3.6 襯砌混凝土脫模效果檢查

襯砌混凝土脫模后，采用雷達(dá)對地下洞室襯砌混凝土頂拱縱向進(jìn)行掃描檢測，通過對應(yīng)樁號對灌漿的飽滿程度進(jìn)行掃描分析，檢測灌漿效果，若存在少量未灌漿密實部位，重新進(jìn)行鉆孔回填補(bǔ)灌，直到密實飽滿合格為止。

4 傳統(tǒng)注漿與帶模注漿方案實施應(yīng)用效果對比

傳統(tǒng)注漿與帶模注漿方案實施應(yīng)用效果對比見表1。

表1 傳統(tǒng)注漿與帶模注漿方案實施應(yīng)用效果對比分析評價

通過分析對比，帶模注漿作業(yè)較傳統(tǒng)注漿作業(yè)不論從工期成本、施工支架成本、額外的管理成本及施工交叉影響上，均有極大的優(yōu)勢，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及現(xiàn)場檢查情況，基本達(dá)到了目標(biāo)效果。

5 結(jié)論

隧道可視化帶模注漿技術(shù)，應(yīng)用于隧道襯砌空腔處理，達(dá)到了“三提高和一減少”的技術(shù)效果，即提高了隧道襯砌質(zhì)量、提高了經(jīng)濟(jì)效益、提高了施工效率、減少了注漿作業(yè)與隧道施工交叉影響，其中該技術(shù)的核心裝置“一種用于回填注漿的裝置”、“一種用于隧道二襯空腔檢測的便攜式自導(dǎo)向成像裝置”獲得了專利授權(quán)。該技術(shù)通過在四面山特長隧道的實驗及應(yīng)用，效果顯著，技術(shù)成熟、可靠、適用性強(qiáng)、投入成本低，作業(yè)人員容易掌握，為隧道襯砌施工頂拱空腔處理提供了寶貴經(jīng)驗，值得在同類工程中推廣應(yīng)用。