京沈客運(yùn)專線梨花頂隧道復(fù)合式襯砌施工技術(shù)

王 濤，李 強(qiáng)，何先虎，祝和權(quán)，杜存山

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081；2.京沈鐵路客運(yùn)專線京冀有限公司，北京 100161；3.中鐵二十二局集團(tuán) 第一工程有限公司，北京 100040)

我國(guó)鐵路隧道多采用防水型復(fù)合式襯砌，但滲漏水、襯砌開(kāi)裂等病害時(shí)有發(fā)生[1-3]。個(gè)別線路因隧道質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重推遲驗(yàn)收和開(kāi)通，甚至影響運(yùn)營(yíng)安全。在總結(jié)鐵路隧道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)基礎(chǔ)上，京沈鐵路客運(yùn)專線京冀有限公司全面落實(shí)《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》及相關(guān)管理文件，結(jié)合課題技術(shù)成果，通過(guò)科學(xué)研究，小心論證，對(duì)隧道襯砌施工技術(shù)進(jìn)行了系列創(chuàng)新。

本文結(jié)合京沈鐵路客運(yùn)專線京冀段梨花頂隧道工程建設(shè)，介紹復(fù)合式襯砌采用的反粘式防水板、混凝土分層逐窗澆筑、拱頂帶模注漿等成套施工技術(shù)。

1 反粘式防水板施工技術(shù)

防水板是隧道復(fù)合式襯砌防排水系統(tǒng)的核心。采用傳統(tǒng)工藝施工防水板時(shí)刺破、搭接部位焊接不牢或焊穿等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。防水板一旦出現(xiàn)破損，山體水系將快速充滿防水板與二次襯砌混凝土之間的空隙，此時(shí)破損部位已無(wú)法修補(bǔ)，由防水板構(gòu)成的防水體系基本失效，導(dǎo)致隧道滲漏水。類(lèi)似工程案例[4-7]屢見(jiàn)不鮮。

反粘式防水板研究于2015年立項(xiàng)，2016年評(píng)審，2017年至2018年反粘式防水板在梨花頂隧道中試用。反粘式防水板具有自粘功能，采用預(yù)鋪反粘法施工：高分子膠面向二次襯砌混凝土，光面緊貼初期支護(hù)，二次襯砌混凝土澆筑后其硬化過(guò)程中能與自粘膠層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成機(jī)械互鎖式界面黏結(jié)。反粘式防水板與后澆的二次襯砌混凝土迎水面形成整體防水。該復(fù)合式襯砌具有不易竄流、滲漏水點(diǎn)可確定等優(yōu)點(diǎn)，可防止二次襯砌混凝土表面水滲透及竄流。反粘式防水板結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 反粘式防水板結(jié)構(gòu)

反粘式防水板由耐候防粘涂膜層、高分子自粘膠層、乙烯-醋酸乙烯酯(Ethylene-Vinyl Acetate,EVA)基體片材組成，即在EVA片材表面復(fù)合丁基橡膠高分子自粘膠層，耐候防粘涂膜層覆在自粘膠層表面，可與后澆的二次襯砌混凝土反應(yīng)實(shí)現(xiàn)黏結(jié)。施工時(shí)配套有蓋口條，其一面采用隔離膜防粘，便于局部修補(bǔ)及穿透性固定時(shí)覆蓋密封。

EVA片材是反粘式防水板的主體結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能決定防水板整體物理性能，性能指標(biāo)不能低于TB/T 3360.1—2014《鐵路隧道防水材料 第1部分：防水板》中的要求。反粘式防水板總厚1.5 mm(EVA片材厚1.0 mm)，每卷寬2.8 m，長(zhǎng)度大于20 m。

1.1 拱頂模擬竄流試驗(yàn)

正式施工前，采用2片模板模擬二次襯砌拱頂混凝土澆筑，驗(yàn)證反粘式防水板的防竄流能力。模型試驗(yàn)安裝見(jiàn)圖2，上模板和下模板中間預(yù)設(shè)30 cm厚的空腔。先在上模板預(yù)鋪反粘式防水板(膠面向下)，并在頂部預(yù)埋注水管(管道出口與防水板膠層間用無(wú)紡布隔離，防止水泥漿堵塞，加壓時(shí)水從黏結(jié)界面流出)，再澆筑二次襯砌混凝土，養(yǎng)護(hù)7 d后拆上模板，加壓注水以觀察竄流情況，見(jiàn)圖3。

圖2 模型試驗(yàn)安裝圖3 拆上模板后注水

透過(guò)頂部防水板清晰可見(jiàn)預(yù)埋注水管，水壓小于0.3 MPa時(shí)水不能在自粘膠層與混凝土黏結(jié)界面流動(dòng)；水壓大于0.3 MPa時(shí)，水將自粘膠層與混凝土黏結(jié)界面沖開(kāi)，在黏結(jié)薄弱部位快速流淌，即無(wú)初期支護(hù)時(shí)黏結(jié)界面可抵抗0.3 MPa水壓而不竄流。

1.2 反粘式防水板預(yù)鋪施工

反粘式防水板鋪設(shè)方式與EVA防水板相同，用自動(dòng)臺(tái)車(chē)可直接鋪設(shè)，只需將反粘式防水板膠面向外，無(wú)膠面緊貼緩沖層鋪掛，可用射釘直接穿透墊片和防水板進(jìn)行固定，與噴射混凝土層固定后用蓋口條封閉釘孔。射釘?shù)姆植技伴g距參考熱熔墊片，裁剪10 cm×10 cm 蓋口條覆蓋密封射釘穿孔處。射釘直接固定的初期支護(hù)必須采用濕噴混凝土工藝施工，以免防水板固定不牢而脫落。反粘式防水板固定后應(yīng)松緊適度，便于其與初期支護(hù)表面密貼。定位卡具和蓋口條見(jiàn)圖4 和圖5。10 cm×10 cm蓋口條四周裁剪成圓形。

圖4 定位卡具圖5 蓋口條

相鄰防水板搭接寬度不小于10 cm，因反粘式防水板一面覆有高分子自粘膠層、耐候防粘涂膜層，主要采用自動(dòng)熱熔爬焊機(jī)雙縫焊接，焊縫寬1.5 cm，修補(bǔ)或細(xì)部處理時(shí)可用手持焊槍。正式焊接時(shí)設(shè)定的溫度及速度應(yīng)根據(jù)小塊防水板試焊得出。試焊質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)焊縫進(jìn)行剪切檢驗(yàn)時(shí)只允許自粘膠層被撕壞，不能出現(xiàn)焊口破壞。溫度過(guò)低自粘膠不易熔化，過(guò)高則自粘膠易流淌，溫度宜控制在220～250 ℃。防水板分段鋪設(shè)時(shí)，邊緣部位搭接寬度應(yīng)不小于60 cm，防水板搭接縫距施工縫不小于100 cm，并對(duì)預(yù)留邊緣部位進(jìn)行有效保護(hù)，宜采用寬不小于1 m的防塵膜。

反粘式防水板多層焊接時(shí)，不能出現(xiàn)3層以上接縫重疊，必須將焊縫錯(cuò)開(kāi)，并在接縫處采用蓋口條密封處理。

防水板上存在穿透性破損點(diǎn)及焊接缺陷時(shí)，鋼筋綁扎前必須及時(shí)修補(bǔ)。單一破損點(diǎn)可用專用蓋口條直接粘貼修補(bǔ)；破損面必須用同型號(hào)卷材焊接修補(bǔ)，可用熱風(fēng)焊槍焊接，破損周邊應(yīng)有寬度大于10 cm的完整搭接，周邊接縫用蓋口條完全蓋住。

2 邊墻串筒溜槽分層逐窗澆筑技術(shù)

串筒溜槽可實(shí)現(xiàn)邊墻分層逐窗澆筑。串筒溜槽分為3層。自上而下依次為主料斗、左右分料斗和分流串筒，均用溜槽方式入窗，實(shí)現(xiàn)各個(gè)窗口均勻進(jìn)料(見(jiàn)圖6)。串筒溜槽裝置組成部件較多，主要安裝順序：臺(tái)車(chē)頂平臺(tái)主料斗→主溜槽→分溜槽→分流串筒→各級(jí)窗口分溜槽→泵管。

圖6 串筒溜槽布置示意

邊墻混凝土澆筑時(shí)，先將混凝土泵入臺(tái)車(chē)頂平臺(tái)主料斗，混凝土依次經(jīng)三通分溜槽、分流串筒和溜槽至對(duì)應(yīng)窗口，通過(guò)抽插各級(jí)擋板調(diào)節(jié)混凝土在分流串筒中的流量，實(shí)現(xiàn)一、二、三級(jí)工作窗口混凝土流入量可控，且便于逐窗振搗，達(dá)到混凝土分層逐窗入模的目的。澆筑過(guò)程中臺(tái)車(chē)模板兩側(cè)混凝土高差小于1.0 m，前后混凝土水平高差小于0.5 m。

采用串筒溜槽分層逐窗澆筑技術(shù)可有效避免傳統(tǒng)工藝中常出現(xiàn)的襯砌混凝土離析、裂縫等病害，最終可大幅提升邊墻混凝土實(shí)體質(zhì)量，同時(shí)該技術(shù)操作簡(jiǎn)單便捷，可降低勞動(dòng)強(qiáng)度及成本。

梨花頂隧道斜井在鋪設(shè)反粘式防水板后，分層逐窗澆筑邊墻混凝土，到14 d齡期后進(jìn)行注水試驗(yàn)(在反粘式防水板兩側(cè)均已預(yù)埋注水管)及鉆芯取樣，見(jiàn)圖7和圖8。

圖7 注水試驗(yàn)圖8 鉆芯取樣

注水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：反粘式防水板與土工布間的注水壓力較小，即在土工布和防水板間易竄流；在防水板與二次襯砌混凝土間的預(yù)埋管道注水，壓力增至0.6 MPa 后水進(jìn)入緩慢，壓力逐漸增至1.3 MPa時(shí)僅施工縫有水緩慢滲出。鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)自粘膠與混凝土黏結(jié)良好，表明在邊墻采用串筒溜槽分層逐窗澆筑技術(shù)可實(shí)現(xiàn)反粘式防水板與混凝土的良好黏結(jié)。

3 拱頂帶模注漿施工技術(shù)

隧道拱頂混凝土采用傳統(tǒng)工藝澆筑不能保證襯砌厚度，易形成襯砌孔洞、背后不密實(shí)等缺陷[8-10]。為此，采用新型隧道襯砌臺(tái)車(chē)進(jìn)行帶模注漿，臺(tái)車(chē)頂部預(yù)留垂直注漿管(排氣管)，拱頂混凝土施工完成2 h后及時(shí)通過(guò)該注漿管注漿。注漿料由普通硅酸鹽水泥、超細(xì)摻合料、高性能減水劑、膨脹劑、細(xì)骨料等組分?jǐn)嚢杈鶆蚨?，具有高流?dòng)性、無(wú)泌水、微膨脹等特征。經(jīng)臺(tái)車(chē)頂部預(yù)留注漿管注入注漿料至二次襯砌混凝土與防水板間，該注漿料可與二次襯砌混凝土同步硬化形成整體。帶模注漿不僅能修復(fù)拱頂二次襯砌混凝土塌陷及厚度不足的缺陷，而且該注漿料還能與防水板自粘膠層反應(yīng)，確保反粘式防水板與襯砌混凝土黏結(jié)成整體。

注漿管采用活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)制備，其強(qiáng)度較高，能在頂住防水板時(shí)不被后澆混凝土擠壓折斷；脫模時(shí)可直接敲擊將其折斷拆除，無(wú)需專業(yè)工具切割，對(duì)預(yù)埋注漿管周邊混凝土無(wú)影響；與PVC管、鋼管相比，其與襯砌混凝土黏結(jié)性能更好，使用方便。

3.1 安裝RPC注漿管

通過(guò)臺(tái)車(chē)頂部預(yù)留孔，用RPC注漿管“試穿”量測(cè)擬澆筑二次襯砌混凝土厚度。RPC注漿管頂住防水板后，標(biāo)記注漿管與二次襯砌混凝土模板外側(cè)齊平時(shí)的長(zhǎng)度，并復(fù)核二次襯砌混凝土厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求；按標(biāo)記長(zhǎng)度+2 cm確定注漿管長(zhǎng)度，安裝切好的RPC注漿管并通過(guò)法蘭固定，自上而下依次安裝變徑接頭、壓力表和高壓注漿管。

3.2 拱頂混凝土澆筑

在臺(tái)車(chē)端模上部安裝攝像頭，數(shù)據(jù)傳輸至視頻監(jiān)控室，實(shí)時(shí)觀察拱頂混凝土澆筑過(guò)程，掌握拱頂混凝土的流動(dòng)狀態(tài)和注漿飽滿情況，同時(shí)防止進(jìn)料口填塞雜物，對(duì)拱頂混凝土澆筑質(zhì)量實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控。預(yù)留徑向注漿管作為窗口，觀察拱頂混凝土是否泌漿以判斷其到達(dá)位置，待各注漿孔出漿且端?；炷溜枬M后，混凝土沖頂完成，并及時(shí)清理注漿口，避免漿液凝固堵塞注漿管。

視頻監(jiān)控混凝土澆筑過(guò)程將隱蔽的缺陷工程變?yōu)榭梢?jiàn)的可靠工程，通過(guò)早期帶模注漿預(yù)防性治理，襯砌缺陷由后期被動(dòng)式修補(bǔ)變?yōu)榍捌陬A(yù)防性修正，實(shí)現(xiàn)二次襯砌混凝土質(zhì)量的根本性提升。

3.3 注漿材料制備與施工

二次襯砌混凝土澆筑完成2～3 h后進(jìn)行帶模注漿，從低端向高端逐步注漿。漿液水灰比0.18，出機(jī)流動(dòng)度380～410 mm，90 min流動(dòng)度保留值≥320 mm，泌水率0，塑性膨脹率0.3%～2.0%，12 h抗折強(qiáng)度≥1.0 MPa，抗壓強(qiáng)度≥3.5 MPa。漿液需連續(xù)拌制，拌制過(guò)程中嚴(yán)控各組分用量，以保證漿液質(zhì)量穩(wěn)定。

注漿孔主要位于混凝土澆筑口下方，中間排氣孔作為備用注漿孔，位于臺(tái)車(chē)頂板中間。注漿孔注漿完畢后再用備用注漿孔進(jìn)行注漿，直至端模流出濃漿后終止注漿。

若注漿壓力達(dá)到1.0 MPa，排氣孔和端模仍未流出濃漿，應(yīng)更換排氣孔繼續(xù)注漿，排氣孔與端模有濃漿流出時(shí)停止注漿；注漿結(jié)束時(shí)卸下軟管，并將注漿孔封堵密實(shí)，定位法蘭在漿液初凝后即可卸除。

3.4 質(zhì)量效果

采用地質(zhì)雷達(dá)或敲擊法檢測(cè)拱頂混凝土襯砌，結(jié)果合格后用角磨機(jī)切割打磨注漿管外露部位至平整。對(duì)于內(nèi)部完全密實(shí)的注漿孔，以注漿孔為中心涂刷環(huán)氧樹(shù)脂漆，涂刷半徑10 cm；對(duì)于未完全密實(shí)的注漿孔，先使用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿封堵注漿孔，封堵深度≥5 cm，然后在表面涂刷環(huán)氧樹(shù)脂漆，涂刷半徑10 cm。

雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果(見(jiàn)圖9)顯示采用拱頂帶模注漿技術(shù)后二次襯砌混凝土飽滿、密實(shí)，效果明顯。

圖9 拱頂混凝土雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果

帶模注漿不占用襯砌施工時(shí)間，對(duì)整體工期無(wú)影響，可在混凝土初凝后開(kāi)始。通過(guò)較高的注漿壓力充分密實(shí)襯砌孔洞，修復(fù)襯砌缺陷，能使拱頂二次襯砌混凝土與反粘式防水板黏結(jié)在一起，真正實(shí)現(xiàn)隧道二次襯砌混凝土的“皮膚式防水”。同時(shí)，帶模注漿從根本上解決了隧道二次襯砌混凝土常見(jiàn)缺陷，節(jié)省大量后期成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

1)反粘式防水板鋪掛簡(jiǎn)單，與混凝土黏結(jié)良好，具有良好防竄流性能，利于后期隧道加固及病害整治。

2)在邊墻通過(guò)串筒溜槽實(shí)現(xiàn)分層逐窗澆筑，可避免發(fā)生混凝土離析、裂縫等病害，提升襯砌混凝土實(shí)體質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)邊墻混凝土與反粘式防水板的良好黏結(jié)。

3)帶模注漿不僅能從根本上解決拱頂混凝土常見(jiàn)缺陷，保證拱頂襯砌厚度，而且注漿料可與防水板自粘膠層反應(yīng)，確保反粘式防水板與拱頂混凝土迎水面黏結(jié)成整體。