高鐵隧道二襯拱頂充填注漿施工技術(shù)及應(yīng)用

王聲飛WANG Sheng-fei

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

目前隧道傳統(tǒng)施工技術(shù)應(yīng)用已較為成熟，為了攻克特殊條件下的隧道施工難題，各種先進(jìn)的施工技術(shù)不斷被發(fā)掘。在施工質(zhì)量控制方面，新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備等四新技術(shù)越來(lái)越多地被投入到隧道施工生產(chǎn)中[1-2]，提高了工程實(shí)體質(zhì)量，但是，隧道二襯拱頂脫空問(wèn)題一直沒(méi)有得到較好地解決。究其原因，一般地，都包括二襯入?；炷凉ぷ餍阅懿患?、施工工藝不成熟或施工組織脫節(jié)等方面，造成了二襯施工質(zhì)量缺陷，特別是對(duì)高鐵隧道運(yùn)營(yíng)期安全帶來(lái)了極高的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

本文依托華山松隧道，研究了高鐵隧道二襯拱頂注漿的有效解決途徑，通過(guò)預(yù)留管道法較好地實(shí)現(xiàn)了二襯拱頂充填注漿施工，對(duì)二襯背后脫空及局部不密實(shí)進(jìn)行了充填，達(dá)到了理想效果，推廣應(yīng)用前景廣闊。

1 工程概況

華山松隧道位于云南省曲靖市內(nèi)，隧道全長(zhǎng)16.46km，最大埋深432m，最小埋深約13m。隧道設(shè)計(jì)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，一般地段二襯混凝土抗?jié)B等級(jí)不低于P10，地下水發(fā)育段或高瓦斯地段二襯混凝土抗?jié)B等級(jí)不低于P12。防水層采用防水板與土工布分離設(shè)置，防水板選用EVA（乙烯、醋酸乙烯共聚物）防水板，防水板本體原料不使用再生料，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2 施工工藝原理

隧道二襯施工時(shí)，在二襯拱頂預(yù)留注漿花管和排氣管，兩管均采用PVC 管，注漿花管布設(shè)溢漿孔，外露端連接注漿機(jī)。排氣管布設(shè)排氣孔。縱向注漿花管和排氣管上端抵住防水板，下端端口封堵后抵住二襯臺(tái)車頂面。在二襯混凝土終凝時(shí)，通向縱向注漿管開始對(duì)二襯混凝土空洞進(jìn)行注漿處理，提高二襯混凝土與注漿處理液的整體性，修復(fù)各種混凝土缺陷，有效防止拱頂防水板穿孔及脫落，保證二襯施工質(zhì)量。注漿管正面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 注漿管正面布置圖

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 拱頂縱向管道預(yù)留

土工布及防水板施工完成并檢查合格后，在二襯鋼筋安裝之前，進(jìn)行縱向管道預(yù)留施工。注漿花管、排氣管等需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和二襯澆筑長(zhǎng)度在加工廠集中加工，便于施工靈活調(diào)整，縱向管均采用Ф32 PVC 管，每板或多板聯(lián)合注漿長(zhǎng)度等于計(jì)算長(zhǎng)度加20cm 外露，注漿管布設(shè)溢漿孔，孔徑6～8cm，孔間距15～20cm，呈梅花型布置。注漿花管構(gòu)造圖見(jiàn)圖2。

圖2 注漿花管構(gòu)造圖

排氣管在90°范圍內(nèi)的兩個(gè)直角邊上開2 個(gè)排氣孔，間距按20cm 布置。使用兩層PE 膜包裹管外壁緊貼密閉，再利用膠帶進(jìn)行封口，封口位置應(yīng)在無(wú)孔區(qū)域進(jìn)行。包裹封閉應(yīng)確保澆筑二襯時(shí)混凝土漿液不會(huì)流入注漿花管內(nèi)，而后期注漿時(shí)可加壓沖破預(yù)留孔口處PE 膜，保證漿液和空氣流通。拱頂縱向預(yù)留管道大樣見(jiàn)圖3。

圖3 拱頂縱向預(yù)留管道大樣

預(yù)貼注漿花管和排氣管時(shí)，注意縱向伸入安裝時(shí)，避免管道端頭戳破防水板而造成防水層滲水。預(yù)留排氣管時(shí)，上部利用PVC 彎頭與縱向管連接，上端抵住防水板，下端端口封堵后抵住二襯臺(tái)車頂面。為保證預(yù)留管不偏位，可利用二襯鋼筋和加工定位鋼筋使其固定牢固，并于已澆筑的二襯混凝土上做好定位標(biāo)記。

排氣管預(yù)留時(shí)，應(yīng)注意其排氣孔應(yīng)朝向上方向埋設(shè)。排氣管埋設(shè)于拱頂中線最高點(diǎn)位置，注漿花管可略低于排氣管位置。排氣管安裝方位示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 排氣管安裝方位示意圖

為了保證縱向預(yù)留管道的位置和線形，可以增加一根縱向定位筋與注漿花管和排氣管綁扎固定，同時(shí)與二襯鋼筋連接固定。在隧道二襯混凝土施工完成后，及時(shí)通過(guò)雷達(dá)檢測(cè)確定二襯混凝土背后密實(shí)情況，采用縱向預(yù)留管道法進(jìn)行充填注漿?，F(xiàn)場(chǎng)拱頂縱向管道預(yù)留施工見(jiàn)圖5。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)拱頂縱向管道預(yù)留施工

3.2 二襯施工

按正常施工工序，二襯臺(tái)車就位后，進(jìn)行二襯混凝土澆筑施工。在混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)注意保護(hù)好縱向預(yù)留管道，特別注意在混凝土導(dǎo)管安裝過(guò)程中，碰觸損壞縱向預(yù)留管道，澆筑過(guò)程中，可通過(guò)端頭檢查管道是否完好。

3.3 充填注漿施工

3.3.1 準(zhǔn)備工作

檢查注漿管是否通暢、完好，注漿設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，連接注漿閥和排氣止?jié){閥，準(zhǔn)備注漿所需的材料、設(shè)備。

3.3.2 注漿料選用

注漿料選取應(yīng)根據(jù)襯砌脫空的堵水要求、加固要求等因素，同時(shí)還要滿足無(wú)毒性、無(wú)污染等進(jìn)行選擇。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)注漿材料的要求，漿液應(yīng)具有良好的可灌性，固結(jié)收縮小，具有良好的粘結(jié)性、抗?jié)B性、耐久性和化學(xué)穩(wěn)定性，注漿漿液一般為微膨脹砂漿。目前，常用的注漿材料除了常用的水泥基類漿液外，還有水玻璃類及高分子材料類等。其中，水泥基類漿液具有耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，在處理隧道二襯背后脫空時(shí)較為常用。而采用傳統(tǒng)的水泥漿作處理二襯背后脫空問(wèn)題時(shí)，常會(huì)因漿液發(fā)生收縮變形，即結(jié)實(shí)率低而導(dǎo)致隧道二襯拱頂混凝土與防水板之間出現(xiàn)小范圍不密實(shí)等質(zhì)量缺陷。為解決傳統(tǒng)注漿料帶來(lái)的質(zhì)量隱患，拱頂充填注漿材料需選用具有一定微膨脹性的水泥基類漿液作為注漿料[3-5]，水灰比控制在1∶1.6～1∶1.7 之間，漿料重量配比為水泥∶摻合料∶減水劑∶膨脹劑∶砂子=1∶1.31∶0.012∶0.08∶2.43，PE 膜經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證承壓力小于0.15MPa。

3.3.3 注漿施工

本循環(huán)二次襯砌灌注完成、下循環(huán)二次襯砌施作前，并在襯砌混凝土達(dá)到一定設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行襯砌拱頂充填注漿。

注漿采用攪拌機(jī)攪拌進(jìn)行漿液制拌，采用注漿機(jī)進(jìn)行壓漿施工，漿液需連續(xù)拌制以滿足壓漿需要，拌制過(guò)程中，需根據(jù)配合比嚴(yán)格控制各種材料用量，確保漿液工作性能[6-7]。水泥漿配制完成并攪拌均勻后，將注漿機(jī)出漿管連接預(yù)留注漿管的注漿閥，同時(shí)安裝預(yù)留排氣管的止?jié){閥。完成準(zhǔn)備工作后開始注漿，關(guān)閉排氣止?jié){閥，同時(shí)在止?jié){閥上安裝壓力表，高壓壓入水泥漿，前期注漿壓力控制在0.2MPa 左右，使得漿液沖破注漿花管小孔的PE 膜封閉，流入空洞內(nèi)。隨著空洞內(nèi)壓力增大，通過(guò)管體縱坡和液壓排空原理，空氣沖破排氣花管小孔的PE 膜封閉，進(jìn)入排氣管內(nèi)，進(jìn)而水泥漿液可將預(yù)留管道布設(shè)范圍內(nèi)的全部空洞同步處理。注漿同時(shí)觀察排氣管止?jié){閥壓力表，待壓力達(dá)到0.15MPa 時(shí)，打開止?jié){閥，排出管內(nèi)空氣。隨著注漿時(shí)間的增長(zhǎng)，每隔2h 提高0.1MPa 注漿壓力，但最大不應(yīng)超過(guò)0.4MPa，待止?jié){閥內(nèi)持續(xù)漿液流出且無(wú)空氣排出時(shí)，關(guān)閉止?jié){閥進(jìn)行穩(wěn)壓，完成空洞注漿施工。注漿結(jié)束后應(yīng)將注漿孔封填密實(shí)。隧道二襯拱頂充填注漿施工工序示意圖見(jiàn)圖6。

圖6 拱頂充填注漿施工工序示意圖

3.3.4 注漿效果檢測(cè)

在隧道二襯跟管注漿施工完成后，可擇機(jī)選取時(shí)間對(duì)二襯進(jìn)行全段面的超聲波雷達(dá)掃描，針對(duì)斷面特殊的拱頂區(qū)域，可增加測(cè)線，由原拱頂一條測(cè)線增加至三條測(cè)線，覆蓋所有拱頂區(qū)域，檢測(cè)完成后及時(shí)進(jìn)行測(cè)線分析，對(duì)存在疑似空洞或脫空的位置，進(jìn)行標(biāo)注，采取復(fù)測(cè)等方式加以驗(yàn)證，將檢測(cè)分析結(jié)果或驗(yàn)證結(jié)果反饋至現(xiàn)場(chǎng)。

4 效益分析

華山松隧道采用該進(jìn)行充填注漿施工，與傳統(tǒng)二襯鉆孔注漿施工相比，縱向預(yù)留管道法避免了對(duì)防水板和二襯的損傷，施工可操作性更強(qiáng)，能夠較好地對(duì)二襯背后脫空或局部不密實(shí)進(jìn)行充填，避免了傳統(tǒng)鉆孔注漿的盲目性和反復(fù)注漿的可能性。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用的注漿工藝應(yīng)簡(jiǎn)單，操作方便、安全?？v向預(yù)留管道法充填注漿比傳統(tǒng)二襯注漿工藝操作簡(jiǎn)便，對(duì)作業(yè)人員要求較低，注漿花管、排氣管等材料的加工、埋設(shè)與二襯施工同步進(jìn)行，省時(shí)省力，降低了二襯背后脫空處理的施工成本。

目前在建隧道多為整體式襯砌結(jié)構(gòu)隧道，在施工中會(huì)出現(xiàn)空洞及不密實(shí)現(xiàn)象，存在質(zhì)量隱患的同時(shí)，無(wú)法達(dá)到交驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，影響后續(xù)的交工驗(yàn)收等工作開展，所以，控制好襯砌施工質(zhì)量非常重要，那么過(guò)程中控制的重要性就得以體現(xiàn)，在隧道襯砌施工的過(guò)程中做好質(zhì)量的把關(guān)，增加隧道襯砌拱頂預(yù)埋注漿管，能有效減少后續(xù)的鉆孔工作，且不會(huì)破壞防水體系，通過(guò)此方法的應(yīng)用，注漿效果非常好，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，很大程度解決了現(xiàn)有隧道襯砌質(zhì)量隱患缺陷問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

華山松隧道通過(guò)向隧道二襯背后進(jìn)行壓漿施工，不僅可以充填由于泵送二襯混凝土澆筑不理想而形成的二襯背后脫空，使得初期支護(hù)和二襯密貼，形成更加合理的受力儲(chǔ)備體系，而且還可以充填由于二襯混凝土不密實(shí)而形成的剩余空間，進(jìn)一步封堵裂隙水滲流通道，在華山松隧道的二襯雷達(dá)檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)結(jié)果滿足質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，效果良好，二襯施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。