隧道二次襯砌拱頂帶模注漿工藝效果評價

張曉晨

（張家口市交通建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司，河北 張家口 075000）

引言

我國絕大多數(shù)隧道工程是以爆破開挖，二次襯砌施工工藝為主，在施工中出現(xiàn)了各種各樣的病害和缺陷，給隧道工程的后期運(yùn)營帶來了安全隱患[1]。尤其是二次襯砌拱頂空洞缺陷一直是隧道施工中控制的重點和難點。

1 二次襯砌帶模注漿工藝技術(shù)

隧道二次襯砌帶模注漿施工工藝原理：在二次襯砌臺車拱頂預(yù)埋徑向注漿管，數(shù)量以3～5根為宜，在二次襯砌混凝土澆筑完畢達(dá)到初凝狀態(tài)后，通過注漿管及時注入微膨脹、高流動性、高結(jié)合性的漿液，使?jié){液與二次混凝土及注漿管三者形成一個有機(jī)的整體[2]，工藝流程見圖1。

圖1 二次襯砌帶模注漿施工工藝

1.1 注漿管安裝

（1）在二次襯砌臺車就位加固后，對每個注漿孔預(yù)埋的注漿管長度進(jìn)行測量。由于每孔處的二次襯砌實際厚度不一致，所以每孔均需要測量確定注漿管的長度。將準(zhǔn)備好的注漿PVC管通過二次襯砌臺車頂部預(yù)留的安裝孔進(jìn)行試穿測量，注漿管的下料長度為上端緊貼防水板，下端外伸出安裝孔10～15 cm為宜。（2）將每孔的注漿管安裝到臺車頂部的安裝孔中，并用法蘭進(jìn)行固定[3]。（3）將注漿管依次與注漿泵管路連接，由距離上一循環(huán)襯砌端注漿孔開始向二次襯砌端頭方向依次連接注漿泵注漿。注漿管安裝及連接管路見圖2，注漿孔位布置見圖3。

圖2 注漿管路連接

圖3 注漿孔布置

1.2 漿液制作

注漿材料采用微膨脹水泥漿，其配合比根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，漿液除了要具備基本性能外，還需具有均勻性、環(huán)保性和結(jié)合性。要滿足技術(shù)指標(biāo)，含水率應(yīng)控制在3%以下，堿含量控制在0.4%以內(nèi)，氯離子含量控制在0.1%以內(nèi)，pH值控制在9～11之間，拌合物的表觀密度控制在2 220～2 300 kg/m3，出機(jī)流動度為380～410 mm，分離度為-1%～1%，泌水率為零，塑性膨脹率為0.3%～2%，12 h抗壓強(qiáng)度≥3.5 MPa，1 d抗壓強(qiáng)度≥18 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度≥50 MPa，12 h抗折強(qiáng)度≥1 MPa，1 d抗折強(qiáng)度≥4 MPa，28 d抗折強(qiáng)度≥10 MPa，抗?jié)B性≥ 1.5 MPa，24 h結(jié)合強(qiáng)度7 d的強(qiáng)度比應(yīng)≥110%，28 d 的強(qiáng)度比應(yīng)≥105%[4]。

1.3 注漿

二次襯砌混凝土澆筑完成達(dá)到初凝狀態(tài)時，將已配置好的漿液進(jìn)行注漿作業(yè)，第一個注漿孔一般為靠近已澆筑的上一循環(huán)二次襯砌，第一注漿孔注漿壓力達(dá)到1.0 MPa后，或者其他注漿孔出現(xiàn)溢漿時，則停止該孔注漿，關(guān)閉該孔的止?jié){閥門，進(jìn)行下一孔注漿作業(yè)，依次將各孔全部注漿完成[5]。

2 崇禮隧道二次襯砌拱頂空洞情況分析

2.1 崇禮隧道概況

崇禮隧道位于河北張家口市崇禮區(qū)四臺嘴鄉(xiāng)，隧道進(jìn)口里程為DK62+310，出口里程為DK67+800，線路全長為5 490 m，最大埋深為376 m，最小埋深為25 m。該隧道于2020年3月初開工建設(shè)，計劃于2021年12月底建成運(yùn)營。截止目前為止，隧道二次襯砌已澆筑完成約80%，其中DK62+310—DK62+500段采用的是傳統(tǒng)澆筑工藝，沒有進(jìn)行帶模注漿作業(yè)，剩余段落均采用帶模注漿進(jìn)行作業(yè)。

2.2 未使用帶模注漿二次段落檢測數(shù)據(jù)分析

崇禮隧道在施工至DK62+500位置時，業(yè)主委托的第三方檢測單位對崇禮隧道的DK62+310—DK62+390段已澆筑完畢的二次襯砌拱頂進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測，檢測長度共計80 m，其中拱頂部位檢測出的缺陷主要為空洞和厚度不足，檢測處的缺陷部位及相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 崇禮隧道DK62+310—DK62+390段拱頂檢測缺陷數(shù)據(jù)

2.2.1 DK62+320—DK62+321缺陷里程段

通過地質(zhì)雷達(dá)波形分析，在25～45 cm處其圖像表現(xiàn)為反射信號強(qiáng)，三振相明顯，且在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號，兩組信號時程差較大，由此判定該里程段存在比較嚴(yán)重的空洞現(xiàn)象，見圖4。為了進(jìn)一步驗證，現(xiàn)場在DK62+320.3處進(jìn)行打孔驗證，打孔深度46 cm，實測二次襯砌厚度25 cm，設(shè)計厚度為45 cm，空洞深度為21 cm，由此可見，該里程段確實存在嚴(yán)重的空洞缺陷。

圖4 DK62+320—DK62+321段地質(zhì)雷達(dá)檢測

2.2.2 DK62+343—DK62+345缺陷里程段

根據(jù)圖5地質(zhì)雷達(dá)檢測顯示，主要缺陷是拱頂空洞。通過地質(zhì)雷達(dá)波形分析，在40～45 cm處其圖像表現(xiàn)為反射信號較強(qiáng)，且在其下部仍有較強(qiáng)反射界面信號，兩組信號時程差較大，由此判定該里程段存在空洞現(xiàn)象。為了進(jìn)一步驗證，現(xiàn)場進(jìn)行了打孔驗證，打孔里程為DK62+344，打孔深度43 cm， 實測二次襯砌厚度37 cm，設(shè)計厚度45 cm，空洞深度為6 cm，屬于一般空洞。由此可見，該里程段確實存在空洞，同時該里程段的二次襯砌厚度不足，欠厚約2 cm。

圖5 DK62+343-DK62+345段地質(zhì)雷達(dá)檢測

2.2.3 DK62+385—DK62+386.6缺陷里程段

根據(jù)圖6地質(zhì)雷達(dá)檢測顯示，主要缺陷是拱頂空洞。通過地質(zhì)雷達(dá)波形分析，在35～50 cm處其圖像表現(xiàn)為反射信號強(qiáng)，三振相明顯，且在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號，兩組信號時程差較大，由此判定該里程段存在比較嚴(yán)重的空洞現(xiàn)象。為了進(jìn)一步驗證，現(xiàn)場進(jìn)行了打孔驗證，打孔里程為DK62+386，打孔深度48 cm，實測二次襯砌厚度37 cm，設(shè)計厚度40 cm，空洞深度約11 cm左右。由此可見，該里程段確實存在嚴(yán)重的空洞缺陷。

圖6 DK62+385—DK62+386.6段地質(zhì)雷達(dá)檢測

2.3 使用帶模注漿二次段落檢測數(shù)據(jù)分析

崇禮隧道施工過程中出現(xiàn)拱頂空洞現(xiàn)象后，為消除該缺陷，在DK62+500里程段向大里程方向的二次襯砌施工改進(jìn)了施工工藝，使用二次襯砌拱頂帶模注漿工藝。在澆筑完約100 m后，第一時間由第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)檢測，檢測結(jié)果顯示，空洞缺陷明顯減少。

對崇禮隧道DK62+500—DK62+600段拱頂進(jìn)行檢測，檢測長度共計100 m，其中拱頂只有一處顯示有輕微空洞，里程為DK62+501—DK62+502，其余位置均未發(fā)現(xiàn)明顯空洞缺陷。通過地質(zhì)雷達(dá)波形分析，該里程段的波段均勻，信號幅度較弱，甚至沒有截面反射信號，由此可知，該里程段的拱頂空洞很少，結(jié)構(gòu)較密實。

3 帶模注漿施工效果評價

對崇禮隧道二次襯砌實施拱頂帶模注漿工藝與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測對比，實施拱頂帶模注漿工藝后，隧道的拱頂空洞缺陷明顯下降，拱頂質(zhì)量得到了明顯提高，由此可見，帶模注漿施工效果優(yōu)于傳統(tǒng)施工工藝。對崇禮隧道兩種工藝施工的地質(zhì)雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計，見表2。

表2 崇禮隧道兩種工藝拱頂檢測缺陷數(shù)據(jù)對比

在崇禮隧道施工前期，采用傳統(tǒng)二次襯砌澆筑工藝，選取了進(jìn)口段80 m已澆筑的二次襯砌進(jìn)行拱頂?shù)刭|(zhì)雷達(dá)檢測，共計有6處空洞缺陷，其中比較嚴(yán)重的空洞缺陷有2處，一般的空洞缺陷為1處，輕微的空洞缺陷有3處，缺陷比例總體約為7.5%。經(jīng)過工藝改進(jìn)，在后期采用拱頂帶模注漿工藝后，選取了100 m長度檢測，只有1處輕微空洞缺陷，缺陷比例降至1%，相比傳統(tǒng)工藝缺陷比例降低了6.5%。由此可見，隧道二次襯砌拱頂帶模注漿工藝能夠有效降低拱頂空洞的病害缺陷。

4 結(jié)語

隧道工程二次襯砌拱頂帶模注漿工藝能夠有效降低拱頂空洞缺陷，通過對施工工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化和改進(jìn)，可以提高隧道的拱頂施工質(zhì)量。