淺析隧道二襯拱頂帶模注漿技術(shù)

金軍良

(中交四航局第一工程有限公司,廣東 廣州 510420)

隨著國家對建設(shè)方面的大量投入,工程建設(shè)水平不斷提高,發(fā)展速度不斷加快,隧道在鐵路、公路和市政工程中所占的比例越來越大。二次襯砌作為隧道的一種重要支護(hù)方式,在隧道開挖并進(jìn)行支護(hù)后,需要盡快修筑,以防止圍巖裸露時(shí)間過長而引發(fā)風(fēng)化、松動(dòng)和塌落的發(fā)生。

1 工程概況

甌海大道三期(瞿溪環(huán)島至澤雅大道)工程起點(diǎn)位于溫州市甌海區(qū)瞿溪街道,接現(xiàn)狀甌海大道二期工程。建設(shè)內(nèi)容主要包括橋梁工程、道路工程、隧道工程、排水工程、電力通信工程、交通工程、景觀亮化工程(橋梁部分)、照明工程等。本項(xiàng)目為城市主干道,設(shè)計(jì)車速60km/h,雙向6 車道。

項(xiàng)目右幅主線起于樁號YK0+011.832,止于樁號YK3+620,路線全長3608.168m；左幅主線起于樁號ZK0+007.888,止于樁號ZK3+606,路線全長3598.112m；勘查區(qū)內(nèi)存在有以斷裂破碎帶為主、局部崩塌掉塊等不良工程地質(zhì)問題。隧道山體路段有多條破碎帶,巖體較為破碎,圍巖自穩(wěn)性差,且因節(jié)理裂隙極其發(fā)育,富水性良好,是地下水的良好通道,對隧道初期支護(hù)噴射,隧道沉降具有一定影響。

2 拱頂脫空的成因分析

2.1 初支面不平順

隧道的支護(hù)面如果出現(xiàn)不平整,將導(dǎo)致局部凹凸不平,在掛設(shè)防水板后,在背后形成了空腔,防水板的松弛性不夠好,在對混凝土進(jìn)行澆筑的時(shí)候,出現(xiàn)拱頂脫空現(xiàn)象。

2.2 防水板張弛度不適

防水板的掛設(shè)要求極高,有兩種情況是非常不科學(xué)的。例如,防水板在掛設(shè)的時(shí)候出現(xiàn)過松的現(xiàn)象,那么會給混凝土的澆筑帶來困擾,混凝土受到一定的擠壓,產(chǎn)生了很多的褶皺,在褶皺間會有很多的小縫隙,導(dǎo)致拱頂脫空；如果對防水板掛設(shè)得太緊的話,也會在初支面和防水板接觸的地方出現(xiàn)空隙,同時(shí)由于混凝土也承受一定的壓力,時(shí)間一長使拱頂脫空。

2.3 混凝土振搗密實(shí)問題

澆筑過程中,需要對混凝土振搗密實(shí),否則就會在內(nèi)部出現(xiàn)很多的氣孔和很多的小孔洞,在澆筑的時(shí)候一般都從上部開始,等上部澆筑完成后,會出現(xiàn)初凝,因自身重力作用,會出現(xiàn)一定的下沉,這就會在拱部出現(xiàn)空洞。

2.4 澆筑方式問題

拱部在混凝土澆筑的時(shí)候,如果澆筑方式存在問題,那么就會導(dǎo)致拱頂?shù)奈恢贸霈F(xiàn)澆筑不完整,不全面的現(xiàn)象,就會在拱頂部位產(chǎn)生空洞。

2.5 模塊拼接問題

襯砌端頭模板的安裝要牢固且襯砌密實(shí),往往出現(xiàn)襯砌不密實(shí)的現(xiàn)象,所以在混凝土澆筑工序完成后,會出現(xiàn)漏漿和跑漿的現(xiàn)象,使拱頂混凝土隨著下落

2.6 拆管過早

在拆掉輸送管時(shí),往往為了縮短工期,提前拆管,會使混凝土出現(xiàn)脫落,特別是在管口附件,且形成漏斗。一旦形成漏斗狀,就會造成拱頂脫空。

2.7 底座不牢固

在對臺車底座襯砌的時(shí)候,對強(qiáng)度有一定的要求,同時(shí)要求底座的支撐力足夠強(qiáng)?？蓪?shí)際情況是臺車底座強(qiáng)度達(dá)不到要求,支撐力度也不夠,導(dǎo)致澆筑后變形、下沉。這與施工中為了省事,采用方木支墊作為行車軌跡有很大關(guān)系,臺車附件環(huán)境潮濕,很容易對墊木腐蝕,時(shí)間一長,導(dǎo)致臺車下沉。

3 隧道二襯拱頂帶模注漿技術(shù)

3.1 工藝原理

將垂直注射管可通過改造后,布設(shè)在經(jīng)過改造后的襯砌臺車,通過襯砌臺車加壓過程可進(jìn)行直接澆筑注漿,避免通過較為曲折管道造成原料損失。垂直注射管是有效橋接制漿與注漿機(jī)器的有效通道,垂直注射管的設(shè)計(jì)不但滿足了注漿材料固有的重力規(guī)律,同時(shí)其凝固后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠?qū)斩唇Y(jié)構(gòu)與微小孔狀結(jié)構(gòu)起到很好的填充、修復(fù)效果。

以12 米高襯砌臺車為例,在車頂位置中間位置順延車身方向布設(shè)一定數(shù)量注漿孔,并將垂直注射管用固定法蘭連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接,避免注漿孔出現(xiàn)注漿滲漏。注漿孔在設(shè)定時(shí)時(shí),由于車內(nèi)固體容積發(fā)生變化,車內(nèi)空氣占比會有效提升,所以在注漿孔之間留有一定排氣孔與端模排氣孔,間距分別控制在1.2 米與0.8 米之間,以不超過三個(gè)氣孔數(shù)量為宜。同時(shí)中央排氣孔需平均分布,在設(shè)定前應(yīng)重點(diǎn)考慮接觸網(wǎng)預(yù)埋、鋼筋與孔之間的位置干涉。

垂直注漿管可讓澆筑人員隨時(shí)觀測注漿情況,以混凝土注漿從各個(gè)管口溢出時(shí)作為澆筑完成標(biāo)志,在澆筑完成的一百二十分鐘內(nèi)對混凝土缺陷進(jìn)行彌補(bǔ),確?；炷两Y(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可靠。

3.2 工藝特點(diǎn)

3.2.1 二襯模板頂部預(yù)留排氣孔不但起到平衡壓強(qiáng)的重要作用,同時(shí)也為澆筑人員提供了主要的觀察方式。

3.2.2 利用RPC 材料制得成的注漿管與制漿、注漿設(shè)備協(xié)同配合可實(shí)現(xiàn)較好組裝機(jī)動(dòng)性,做到隨用隨收納,隨用隨支撐。

3.2.3 注漿一板二襯時(shí)間在一百二十分鐘左右,時(shí)間相對獨(dú)立,彼此不會造成干擾。

3.2.4 混凝土在初凝時(shí)即可進(jìn)行帶模注漿,初凝注漿所需注漿壓力較小,可保證注漿效果的重要前提下提升注漿整體性與注漿效果,不但提升了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,同時(shí)還能有效修補(bǔ)各種缺陷,起到一舉多得的效果。

3.2.5 整個(gè)澆筑過程可做到無損澆筑,襯砌不留痕跡,省時(shí)省力同時(shí)保證了美觀性。

3.2.6 帶模注漿時(shí),由于臺車模板固有結(jié)構(gòu)可在壓力低于1 千Kpa 下對二襯混凝土澆筑,防止混凝土受到破壞。

3.3 工藝流程

二次襯砌拱頂帶模注漿施工工藝流程圖:

圖1 二襯拱頂帶模注漿施工工藝流程

3.4 施工控制要點(diǎn)

3.4.1 襯砌臺車改造

3.4.1.1 帶模注漿的功能對后期的工作是非常重要的,為了后期的工作能夠穩(wěn)步進(jìn)行,我們要將襯砌臺車作為主要的改造對象,以改造襯砌臺車的注漿功能為最主要的任務(wù),在改造之前,施工單位必須帶領(lǐng)相關(guān)的工作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn),對注漿的原理和實(shí)施方案以及如何使用襯砌臺車進(jìn)行探究,以保證施工能夠正常進(jìn)行,在真正施工的時(shí)候,現(xiàn)場的工作人員要充分利用襯砌臺車,不能偷工減料,提前做好應(yīng)急的方案,如果在改造過程當(dāng)中出現(xiàn)什么問題,工作人員要召開緊急會議,對所出的問題列出解決方案

3.4.1.2 通過大量的數(shù)據(jù)分析和前期的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)得出,對于長度12m 的襯砌臺車,工作人員僅僅設(shè)置4 個(gè)注漿孔就可以滿足工作需要,這個(gè)注漿孔就是常見的排氣孔,臺車預(yù)留孔主要有注漿孔、中間排氣孔、端模排氣孔。這幾個(gè)預(yù)留孔的設(shè)計(jì)非常重要。

注漿孔:他的位置是在混凝土注漿口下端,他的主要功能是充分保證搭接處的充分密實(shí)。

中間排氣孔:從這個(gè)預(yù)留孔的字面意思就可以看出這個(gè)孔的功能是用來排氣的,因?yàn)樵谡Ｊ┕さ臅r(shí)候,中間排氣孔和注漿孔很有可能會出現(xiàn)隔離開的情況。在出現(xiàn)這種情況以后,中間排氣孔就開始施展他的功能和作用了,工作人員進(jìn)行二次決策,工作目的就是將設(shè)備末端流出濃漿,才可停止注漿的這個(gè)工作。

端模排氣孔:該排氣孔的主要功能是用于注漿時(shí)方便排氣和排水,在襯砌注漿后為下一步排氣和排水做準(zhǔn)備(圖2、3)。

圖2 二襯臺車改造后注漿孔排布示意圖(單位:m)

3.4.2 拱頂帶模注漿技術(shù)參數(shù)

3.4.2.1 注漿范圍:二次襯砌背后與防水板間脫空區(qū)防止二襯拱頂脫落與混凝土不落實(shí)。

3.4.2.2 預(yù)埋注漿管:采用二襯臺車模板頂部上預(yù)留3 個(gè)SM-RPC 注漿管,注漿管外徑40mm,內(nèi)徑15mm,壁厚10.5mm。

3.4.2.3 注漿管的長度可準(zhǔn)確的反映出襯砌混凝土的厚度；澆筑襯砌混凝土?xí)r,注漿管口可以作為注漿觀察孔,以是否出現(xiàn)泌漿現(xiàn)象來確定襯砌混凝土是否澆筑完成,為避免注漿口堵塞,可以適時(shí)地對注漿管口進(jìn)行清理；注漿管在安裝時(shí)要測量防水板與法蘭外口之間的實(shí)際深度,注漿管長度要比實(shí)際深度長2cm,裁切RPC 管多余的部分,其中注漿管與防水板接觸部位要切出十字口。

3.4.2.4 注漿采用高流動(dòng)性微膨脹早強(qiáng)砂漿,水料比為0.8:1,注漿壓力按不小于0.2Mpa 控制。

3.4.2.5 拱頂注漿在襯砌混凝土澆筑完成2-3 小時(shí)后進(jìn)行。

3.4.3 拱頂注漿管的預(yù)埋安設(shè)及注意事項(xiàng)

3.4.3.1 當(dāng)為拱頂混凝土進(jìn)行封頂作業(yè)時(shí),首先要密切觀察封頂是不是合理；在對封頂進(jìn)行施工時(shí)要時(shí)刻觀測端頭的排氣管道,以及對注漿管內(nèi)部存在的漿液,對其漏出情況進(jìn)行預(yù)測,比如要對管中混凝土漿液變化時(shí)刻進(jìn)行跟蹤,從開始流出時(shí)是否出現(xiàn)由稀變濃,到什么程度時(shí)才可以對襯砌混凝土進(jìn)行澆筑工作。

3.4.3.2 必須在襯砌脫膜之前進(jìn)行拱頂回填注漿,并且確認(rèn)注漿是不是能順利進(jìn)漿,如果發(fā)現(xiàn)注漿管注不再進(jìn)漿或者注漿的壓力已經(jīng)達(dá)到,再次利用排氣管進(jìn)行補(bǔ)充,以此來保證拱頂?shù)臐{液能夠始終處于飽滿狀態(tài)。

注意事項(xiàng):

a.要單獨(dú)對注漿管以及排氣管進(jìn)行安裝。

b.在安裝注漿管時(shí)要合理利用頂貼的方式,其中要對防水板的邊角料條進(jìn)行熱熔焊,使其更加穩(wěn)定不易脫落,千萬不能利用釘錨來進(jìn)行固定。

c.要采用不一樣的顏色對注漿管進(jìn)行區(qū)分,用來保證注漿正確的順序。

d.在對注漿進(jìn)行回填工作時(shí),應(yīng)首先判斷襯砌混凝土的強(qiáng)度是不是可以達(dá)到百分之七十。

4 帶模注漿與傳統(tǒng)注漿對比

與帶模注漿相比較,傳統(tǒng)的注漿工藝是在襯砌澆筑完成,混凝土達(dá)到一定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,通過地質(zhì)雷達(dá)掃描,檢測出襯砌混凝土缺陷,標(biāo)劃出缺陷部位,立即聯(lián)系有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的工作人員,搭設(shè)作業(yè)臺架,對襯砌預(yù)留的注漿管和拱部預(yù)埋的注漿管進(jìn)行疏通,如果發(fā)現(xiàn)注漿管沒有辦法疏通時(shí),要重新對無注漿管中出現(xiàn)問題部分進(jìn)行注漿孔的鉆設(shè),以及對拱頂注漿管中出現(xiàn)問題的部分進(jìn)行注漿整改的工藝。

4.1 工藝作用效果

帶模注漿工藝,在襯砌施工過程中,要對混凝土的澆筑情況進(jìn)行全方位的檢測,并能對出現(xiàn)問題的部位進(jìn)行快速的處理,防止二襯完成后出現(xiàn)的二次缺陷,以確保良好的整體性。

在以往實(shí)施注漿工藝時(shí),都是經(jīng)過對襯砌工作的完成以后才開始對其進(jìn)行實(shí)施,所以檢測工作是非常重要的,需要密切關(guān)注缺陷部位。為了保證飽滿和嚴(yán)密的狀態(tài)需要對襯砌混凝土進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和精準(zhǔn)的預(yù)測,對于不夠飽滿的地方要進(jìn)行不斷的注漿才可以達(dá)到質(zhì)量要求,由于襯砌水平較為一般,所以需要對這些部位進(jìn)行連續(xù)多次的處理,才可以達(dá)到預(yù)期的目的。

4.2 工期效益

帶模注漿工藝實(shí)施的過程中可以與襯砌澆筑工藝同時(shí)進(jìn)行,這樣就不用專門搭建注漿工藝所需要的作業(yè)臺架,對于正在實(shí)施其他工序作業(yè)而言也不會受到帶模注漿工藝實(shí)施影響,而且不用特定的安排注漿工藝作業(yè)的時(shí)間。然而傳統(tǒng)注漿工藝在進(jìn)行作業(yè)的過程中,為了不與其他工藝作業(yè)在時(shí)間上發(fā)生沖突,以至于會影響到整個(gè)工程的作業(yè)進(jìn)程,就必須需要合理地安排特定的時(shí)間來進(jìn)行搭建注漿工藝作業(yè)。

4.3 效果評價(jià)

傳統(tǒng)的襯砌技術(shù)在實(shí)施的過程會出現(xiàn)很多的問題,特別是會出現(xiàn)的滲水問題,在進(jìn)行鉆孔注漿工藝在鉆孔過程中,稍有差池就會直接打穿防水板,這樣就使隧道襯砌出現(xiàn)滲水嚴(yán)重的情況,致使整體外觀質(zhì)量非常不好。帶模注漿工藝可以完全避免打穿防水板現(xiàn)象的發(fā)生,能夠有效解決襯砌施工完成后隧道鉆孔注漿問題。拱頂帶模注漿技術(shù)是最新的技術(shù),利用混凝土砂漿具有微膨脹和高流動(dòng)性的特點(diǎn),能夠高效地解決襯砌混凝土澆筑過程形成的斷面縫隙等問題。

5 最后的結(jié)論

基于對隧道襯砌臺車拱頂帶模注漿工藝與傳統(tǒng)回填注漿工藝的比較分析和進(jìn)一步研究,得到以下成果和結(jié)論:

圖3 臺車窗口及注漿孔分布圖(⊕表示帶模注漿孔,共4 個(gè),尺寸Φ40)

5.1 在混凝土澆筑完成兩個(gè)小時(shí)后,RPC 預(yù)埋注漿管帶模開始注漿,運(yùn)用高流動(dòng)性微填砂漿作為注漿材料,注漿過程中有過高的壓力,使注漿料能夠充分密實(shí)襯砌到所有的空洞,硬化后的注漿料與襯砌混凝土彼此之間能夠受力。

5.2 RPC 管預(yù)埋提供的襯砌厚度預(yù)估方法以保障了為襯砌拱頂混凝土的施工完成后的高質(zhì)量。

5.3 預(yù)埋注漿管臺車帶模注漿施工過程方便可靠,在襯砌施工間隙注漿的過程中不會影響整體工期及其他工序的正常施工。

5.4 帶模注漿工藝的目的是能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷預(yù)防,屬于可見工程,在實(shí)施的過程中工序較少、簡單易操作,在施工過程中比較安全,不用特別增加安全防護(hù)方面的投入,工后注漿工藝能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷彌補(bǔ)的目的,是隱蔽工程處理,相較于帶模注漿工藝工序較多而且工效較低,施工過程中會安全風(fēng)險(xiǎn)較高。