高速鐵路隧道二次襯砌機械化施工質(zhì)量控制技術(shù)

陳明金

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

新建川南城際鐵路自貢至宜賓線站前工程ZYZQ-3 標(biāo)共有3 座雙線隧道，隧道全長5 107m，隧道洞身采用復(fù)合式襯砌，混凝土等級為C35 或C40；其中Vc 補強型復(fù)合襯砌263m，Vb 型復(fù)合襯砌1 370m，Ⅳb型復(fù)合襯砌1 457m，IVaw 型復(fù)合襯砌1 436m，Ⅲaw 型復(fù)合襯砌360m；IVaw 和Ⅲaw 復(fù)合襯砌為素混凝土加鋼筋網(wǎng)片，Ⅴc、Ⅴb和Ⅳb 型復(fù)合襯砌為鋼筋混凝土。

傳統(tǒng)的隧道二襯臺車采用一窗或三窗澆筑混凝土很容易造成二襯混凝土厚度不足、混凝土不密實、背后脫空、止水帶切割混凝土、施工縫漏漿不密實和混凝土外觀質(zhì)量差等問題。過去二襯防排水施工、鋼筋綁扎、中埋式止水帶安裝、保護層厚度控制、混凝土澆筑、拱頂注漿防脫空工藝相對落后造成了混凝土二襯質(zhì)量存在一定的問題。

2 二襯施工質(zhì)量的控制技術(shù)

2.1 采用機械化工裝控制二襯施工質(zhì)量

通過配置新型液壓自行式自動澆筑襯砌臺車提高混凝土施工質(zhì)量。如圖1 所示，新型臺車由分層布料窗和振搗窗、拱頂澆筑口和RPC 徑向注漿孔、分層布料澆筑系統(tǒng)、自動振搗系統(tǒng)、縱向環(huán)向施工縫軟搭接裝置和端頭封堵模板組成。

圖1 新型液壓自行式自動澆筑襯砌臺車結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.1 二襯臺車澆筑振搗窗口和注漿孔的設(shè)置

1）二襯臺車拱頂兩側(cè)工作窗總數(shù)量52 個（圖2），規(guī)格為500×450mm。工作窗分入料窗和振搗窗，窗口對稱布置，入料窗單側(cè)12 個，振搗窗14 個。拱頂設(shè)置澆筑口4 個，澆筑管內(nèi)徑為?125mm；RPC 注漿孔4 個，注漿孔徑為?40mm。

圖2 新型液壓自行式自動澆筑襯砌臺車窗口布置展示圖

2）澆筑窗和振搗窗臺車左右側(cè)分別布置3層，起到逐窗分層布料和逐窗振搗，保證單層混凝土的澆筑面齊平。

3）拱頂設(shè)置澆筑口保證了三窗以上混凝土的澆筑。

4）拱頂RPC 注漿孔的設(shè)置目的是為了防止混凝土澆筑完成后，混凝土自重下沉拱頂出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，通過注漿來填充脫空部分空間，確保了襯砌混凝土的密實。

2.1.2 分層布料機澆筑系統(tǒng)

1）混凝土分層布料澆筑系統(tǒng)由混凝土輸送管路、布料車、布料桿、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)組成。

2）布料小車可縱向行走換位、左右擺動分流和上下升降對位完成泵送管路自動切換對接（圖3），將混凝土分流到所需位置。

圖3 自動布料小車

3）混凝土分層布料機采用閉式管路輸送方式（圖4），結(jié)合布料分配小車上的布料桿、布料車，并通過智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)混凝土輕便快捷分層澆筑，大幅度提高了施工效率，保證了混凝土襯砌澆筑質(zhì)量。

圖4 混凝土分層布料管線布設(shè)方式

2.1.3 自動振搗系統(tǒng)

1）混凝土自動振搗系統(tǒng)由32 個附著式振搗器+25個插入式振搗棒+12個氣動式振搗器組成。

2）氣動式振搗器主要布置在距施工縫兩側(cè)85cm 的拱部范圍內(nèi)，確保施工縫處混凝土密實。

3）插入式振搗棒拱部兩側(cè)各布置兩排，配合附著式（電動式）振搗器加強拱部混凝土的密實度。

2.1.4 縱環(huán)向施工縫軟搭接裝置

1）臺車加工時長度方向增加10cm，環(huán)向矮邊墻兩側(cè)搭接處各加寬10cm。

2）模板縱、環(huán)向施工縫處均設(shè)置10cm 的軟搭接（圖5），保證襯砌搭接端頭混凝土質(zhì)量及襯砌臺車與混凝土面密貼，防止因臺車絲杠壓力作用致使搭接處混凝土疏松、脫落現(xiàn)象及施工縫漿液流失導(dǎo)致混凝土不密實。軟搭接材料為10cm寬25mm 厚的橡膠板，橡膠板壓縮量為5mm。

圖5 施工縫軟搭接示意圖

2.1.5 端頭封堵模板

1）臺車端頭模板由鋼端模+塑鋼端模組成，中埋式止水帶下面是鋼端模，與臺車底模可靠連接。

2）中埋式止水帶上面是塑鋼端模（圖6），塑鋼模板有調(diào)節(jié)螺栓，可頂緊背貼式橡膠止水帶和中埋式橡膠止水帶，確保了止水帶的位置準(zhǔn)確。通過可視窗口觀察混凝土的澆筑位置，確定混凝土是否澆筑完成。

圖6 端頭模板示意圖

2.2 通過施工工藝控制二襯施工質(zhì)量

2.2.1 初支斷面復(fù)測

1）初支平整度控制 初期支護噴漿采用濕噴工藝，采噴機械手按照分段、分片、分層、由下而上進行，噴射過程中通過鋼筋頭嚴格控制噴射厚度及平整度，噴射完成及時清理拱腳回彈積料。噴射混凝土表面平整度符合兩突出物之間的深長比D/L≤1/20 的規(guī)定，控制在L不大于lm時初期支護基面相鄰兩凸面之間凹進去的深度D小于5cm。

2）初支凈空檢測 防排水施工前，測量人員采用天寶SX10 三維掃描儀對初期支護斷面進行復(fù)測，對凈空不滿足部位進行處理，確保滿足凈空尺寸滿足設(shè)計要求。

2.2.2 防排水系統(tǒng)施工

1）土工布鋪設(shè) 首先用作業(yè)臺車將單幅無紡布固定到預(yù)定位置，然后用長度3.5cm 射釘將無紡布固定在噴射混凝土上。專用熱熔襯墊及射釘按梅花型布置，拱部間距50cm，邊墻80cm。無紡布與初支噴混凝土表面密貼，鋪設(shè)平順、無隆起、無褶皺。無紡布搭接寬度為50mm。

2）排水盲管安裝 環(huán)向排水盲管間距8m，采用?50 波紋管，外裹無紡布，采用鉚釘加壓條固定，沿墻腳處直接伸入隧道縱向排水管內(nèi)，連接方式采用三通方式連接。根據(jù)地下水發(fā)育情況，局部滲水嚴重段應(yīng)加密；盲管外包土工布采用鉚釘加壓條沿隧道環(huán)向固定在初支上，固定間距0.5～1m。縱向盲管低于側(cè)溝蓋板頂面50cm 位置設(shè)置，縱向盲管采用鉚釘加壓條間距50cm 進行固定。

3）防水板鋪設(shè) 利用作業(yè)臺車將防水板固定到預(yù)定位置，然后用手動電熱熔接器加熱，使防水板焊接在固定土工布的專用熱熔襯墊上。防水板搭接采用雙縫爬進行焊接，搭接長度15cm、焊縫寬度1.5cm，經(jīng)現(xiàn)場試驗，電磁焊機溫度250℃、焊接時間每處5s。防水板鋪設(shè)要松緊適度，防水板鋪設(shè)從拱部向兩側(cè)邊墻進行，下部防水板應(yīng)壓住上部防水板，鋪設(shè)好的防水板應(yīng)與基面凹凸起伏一致，保持自然、平整、伏貼。要防止過緊撕裂、澆筑和振搗混凝土?xí)r防水板脫落，以保證防水質(zhì)量；要避免松動鼓包導(dǎo)致人為儲水或侵入襯砌、影響二襯尺寸等情況。

2.2.3 拱頂防脫空裝置安裝

防脫空裝置采用分布式壓密傳感器，設(shè)置在土工布與防水板之間（圖7）、拱部中心位置（布設(shè)時注意錯開定位鋼筋位置），當(dāng)混凝土未產(chǎn)生壓力時，只顯示紅燈（圖8）；當(dāng)混凝土產(chǎn)生壓力時，綠燈亮。

圖7 分布式壓密傳感器布置圖

圖8 當(dāng)砼未產(chǎn)生壓力 顯示紅燈

2.2.4 鋼筋安裝

1）二襯鋼筋按 “9 步”施工順序組織施工，確保隧道二襯鋼筋保護層施工滿足設(shè)計和驗標(biāo)要求，同時避免二襯混凝土出現(xiàn)空洞：①每2m 選取一根二襯外側(cè)（靠圍巖側(cè)，以下同）環(huán)向主鋼筋作為襯筋，將防水板向外側(cè)頂緊并密貼初期支護噴射混凝土，以防防水板坍落切割二襯混凝土或者造成二襯混凝土出現(xiàn)空洞；②在每根襯筋的同一位置上，每2m 一道增設(shè)N 排“L 型”鋼筋，將“L 型”鋼筋的一端綁扎固定在襯筋上，并通過測量在“L 型”鋼筋的另一端上定位標(biāo)識雙層環(huán)向主筋的準(zhǔn)確位置；以確保鋼筋施工位置準(zhǔn)確，確保鋼筋保護層厚度滿足設(shè)計及驗標(biāo)要求；③在每排“L 型”鋼筋定位標(biāo)識外側(cè)環(huán)向主筋的位置，安裝一根外側(cè)縱向鋼筋，以確保下一步施工的每一根外側(cè)環(huán)向主鋼筋位置準(zhǔn)確；④完成二襯外側(cè)其它環(huán)向主鋼筋的綁扎施工；⑤完成二襯外側(cè)其它縱向主鋼筋的綁扎施工；⑥在每排“L型”鋼筋定位標(biāo)識內(nèi)側(cè)（靠模板側(cè)，以下同）環(huán)向主筋的位置，安裝一根內(nèi)側(cè)縱向鋼筋；以確保下一步施工的每根內(nèi)側(cè)環(huán)向主鋼筋位置準(zhǔn)確；⑦完成二襯內(nèi)側(cè)其它環(huán)向主鋼筋的綁扎施工；⑧完成二襯內(nèi)側(cè)其它縱向主鋼筋的綁扎施工；⑨完成所有襯筋的綁扎施工，確保雙層鋼筋形成整體和雙層鋼筋層間距滿足設(shè)計要求。

2）為防止臺車移動過程中定位過程中，混凝土墊塊受臺車擠壓易翻轉(zhuǎn)、破損、移位，澆筑混凝土過程中受沖擊脫落等現(xiàn)象，造成保護層厚度偏差過大。在內(nèi)層鋼筋拱部范圍內(nèi)采用“輪型混凝土墊塊”，設(shè)置在拱部中線、中線左右偏2m、左右起拱線位置，采用?14 鋼筋穿過輪式墊塊中心孔內(nèi)，墊塊按照1m 間距均勻布置，再將穿有墊塊的鋼筋綁扎在襯砌環(huán)向主筋內(nèi)側(cè)，有效解決臺車定位過程中不穩(wěn)固，澆筑混凝土過程中受沖擊脫落等現(xiàn)象；襯砌邊墻每平方米布置4 個梅花形墊塊。

2.2.5 臺車定位

臺車在進行定位時，必須先將頂模中心與隧道中心線對齊，且保證左右頂模下邊（與側(cè)模餃接處）處于同一水平高度后，再將側(cè)模支撐到位。臺車立模澆筑前，各支撐千斤必須支撐緊固，撐地千斤必須支撐到位。

2.2.6 混凝土澆筑

1）臺車三窗以下澆筑：混凝土澆筑采用分層逐窗入料，分層厚度按0.5m 控制。臺車澆筑左右混凝土頂面高差不得超過0.5m。澆筑腰線以下位置時澆筑速度不大于0.8m/h，澆筑腰線以上時澆筑速度不大于1m/h。拱腰以下混凝土坍落度控制在160～200mm。

2）拱頂澆筑：從已澆筑段向未澆筑段依次封頂。第一澆筑孔距搭接端頭75cm，徑向襯砌臺車布置，從第一個澆筑窗口澆筑（過程中專人觀察進料飽滿度），依次澆筑封頂，封頂混凝土坍落度控制在180～220mm；封頂結(jié)束時間由值班技術(shù)人員根據(jù)注漿孔溢漿情況、端頭最高點溢漿情況、分布式壓密傳感器顯示情況綜合確定。

3）帶模注漿：拱頂注漿采用RPC 帶模注漿工藝。襯砌澆筑前，在襯砌臺車拱頂縱向預(yù)埋1組注漿管/排氣管，RPC 管設(shè)置在4 個預(yù)留注漿孔內(nèi)，在注漿管端頭切深1.5cm 十字槽，現(xiàn)場尺量注漿孔距防水板深度，結(jié)合尺量數(shù)據(jù)裁剪注漿管長度，保證注漿管緊貼防水板。

4）混凝土澆筑完成時，應(yīng)對RPC 注漿管進行清理，防止堵塞影響正常注漿。襯砌拱頂充填采用預(yù)留管道法，設(shè)置注漿管與排氣管，采用?30PVC 管，外露20cm，本循環(huán)二次襯砌施作完成、下循環(huán)二次襯砌施作前，并在孔口封堵材料達到一定強度后，進行襯砌拱頂充填注槳，注漿達到0.2MPa 或排氣管出漿時即可終止注漿，注漿材料采用高強度微膨脹注漿料。

2.2.7 襯砌養(yǎng)護

襯砌混凝土養(yǎng)護采用輪胎式自動養(yǎng)護臺車，養(yǎng)護臺車帶自動噴淋系統(tǒng)及自動行走裝置，襯砌澆筑完成后強度到達10MPa 拆模進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于14 天。

3 結(jié)語

通過新型液壓自行式自動澆筑襯砌臺車的應(yīng)用，結(jié)合布料分配小車上的布料桿、布料車，并通過智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)混凝土輕便快捷分層澆筑，大幅度提高了施工效率，保證了混凝土襯砌澆筑質(zhì)量；同時通過強化隧道二次襯砌施工過程控制，采用分布式壓密傳感器對拱頂混凝土灌注情況進行報警，進一步保證了隧道二襯混凝土灌注質(zhì)量，有效降低了鐵路隧道運營期隧道安全風(fēng)險。