二襯帶模注漿預防拱頂脫空技術在鐵路隧道施工中的應用

中鐵二十二局集團軌道工程有限公司，北京 100040

1 工程概況

南聯(lián)山隧道起訖里程為DK368+800～DK378+650，總長度為9850m，最大埋深為250m，位于西雙版納—飛龍區(qū)間，隧道的進口接路基、出口接飛龍車站。除了出口段693m為雙線隧道，其他部分均采取單線隧道的建設形式。圍巖類別主要為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級，設計二襯厚度為35～45cm，二次襯砌為關鍵支護結構，采用帶模注漿預防拱頂脫空技術。

2 二襯拱頂脫空的主要原因

隧道混凝土澆筑施工流程如下：首先，由模板兩側的灌注窗灌注混凝土，灌注量逐步增加，待灌注窗封閉后，暫停灌注作業(yè)；其次，從上排灌注窗處繼續(xù)向內(nèi)部灌注混凝土，壓滿后采取封閉措施；最后，按順序依次將泵送管拆除。在整個施工過程中，拱頂易出現(xiàn)密實度不足、空洞的問題，主要原因如下：

（1）初支面缺乏平順性，局部存在較明顯的凹坑，防水板掛設到位后將產(chǎn)生空腔，經(jīng)混凝土澆筑后，形成較明顯的空洞現(xiàn)象。（2）在掛設防水板時，未控制好松弛度。若掛設過緊，則難以與初支基面形成緊密貼合的關系，后續(xù)可見后背處存在脫空的情況；若掛設過松，則由于擠壓作用而形成褶皺、空鼓，生成較大范圍的空隙。（3）端頭模板未安裝到位，存在穩(wěn)定性不足、位置偏差等問題，端頭有漏漿現(xiàn)象，成型后的混凝土缺乏足夠的密實度。（4）混凝土澆筑時未逐孔沖頂，混凝土流動距離過長，距泵送孔遠，因混凝土供應不及時、壓力不足而造成澆筑不飽滿，進而形成脫空；混凝土澆筑過程中未振搗密實，澆筑完成后混凝土受自重下沉，造成拱部脫空；下坡施工時，澆筑段與上循環(huán)之間形成空氣囊（拱部），造成襯砌背后空洞。

上述現(xiàn)象均會影響二次襯砌的整體施工質(zhì)量，其穩(wěn)定性欠佳、受力條件不良。對此，在施工期間，需要在二襯拱頂預留注漿孔，在注漿孔組織注漿作業(yè)，充分填充漿液，以免拱頂脫空。

3 工藝原理及應用優(yōu)勢

拱頂帶模注漿施工所用材料為單液水泥漿或水泥砂漿，將該部分材料注入二襯與初支、防水層間的空隙內(nèi)，能達到填充、加固的效果。相較于常規(guī)的拱頂縱向預埋注漿花管的方法，此處所提的帶模注漿系統(tǒng)可突顯出以下應用優(yōu)勢：

（1）節(jié)省了注漿花管打孔的作業(yè)時間，提高了施工效率。（2）無反坡施工的不良影響，注漿的干擾因素較少。（3）二次襯砌初凝前便可組織注漿作業(yè)，避免中途長時間等待。（4）在以往的縱向預埋注漿花管施工中，管道的長度過大，加之外部因素的影響，易出現(xiàn)花管堵塞現(xiàn)象，而帶模注漿系統(tǒng)則可以有效規(guī)避該問題；此外，可避免預貼注漿花管處形成地下水通道的情況，有效優(yōu)化施工條件。

4 施工技術

4.1 注漿系統(tǒng)的組成

注漿系統(tǒng)的核心組成包含注漿設備、液壓調(diào)整構件、注漿管、監(jiān)測系統(tǒng)等，采取徑向+縱向注漿、水平擴散的方法，使?jié){液能夠有效填充在二襯與初支的空隙內(nèi)，并采用監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測注漿是否充滿拱頂。

4.2 注漿系統(tǒng)的安裝

（1）注漿管埋設。沿臺車拱頂中線分別在臺車前中后端2m處、中間6m處布置徑向SM-RPC注漿管（SM-RPC注漿管為頂端有“+”槽、內(nèi)徑為16mm的高性能水泥管），長度約為60～75cm，與臺車頂部注漿管定位法蘭連接固定，將超長部分切除，下部依次接注漿連接頭、壓力表及注漿機軟管。在拱頂中線防水板處布置縱向注漿管和排氣管，注漿管、排氣管均采用直徑30mm的PVC管，注漿管管身布設梅花型溢漿孔，孔徑為2～3mm，縱向間距為20cm，固定條采用40cm×10cm的矩形防水板，將注漿管與排氣管固定條焊接固定在拱頂，兩管間距為3～5cm，固定條間距≤80cm。PVC管加長采用直接頭連接，總長度等于襯砌長度加20cm（外露），外露端頭設置連接管路裝置。（2）監(jiān)測系統(tǒng)設置。在拱頂縱向注漿管與防水板之間每隔2m預埋接觸端子（應避開臺車混凝土沖頂孔位置），采用絕緣電線連接至監(jiān)測系統(tǒng)控制箱。在注漿過程中，當漿液注滿后淹沒預埋接觸端子時形成回路，控制箱上指示燈亮，以此監(jiān)控注漿是否注滿。

4.3 立模

（1）縱向注漿管及監(jiān)測系統(tǒng)接觸端子安裝完成后，將臺車移至待澆筑二襯段落，若無誤則將徑向注漿管深入臺車內(nèi)。（2）注漿管與防水板密貼，安排人員觀察二次注漿管，準確掌握其伸出的位置，若期間存在與鋼筋位置交叉的情況，則需要對鋼筋的位置進行調(diào)整。

4.4 帶模注漿的時間控制

已灌注的混凝土達到密實狀態(tài)后（初凝前），立即組織帶模注漿作業(yè)。根據(jù)工程經(jīng)驗，在一次灌注完成2h后可以進入帶模注漿施工環(huán)節(jié)，但漿液性能、氣溫等均會對該時間造成影響，因此需要視實際情況而定[1]。

4.5 漿液配制

注漿所用材料以水泥漿為主，經(jīng)試驗后確定水灰比，為滿足漿液由稀到濃的變化需求，宜設置2～3個水灰比級別，并根據(jù)該工程的實際情況，采取0.4和0.5兩類水灰比控制標準。

4.6 注漿的主要流程

注漿作業(yè)應遵循緩慢的原則，注漿壓力將逐步上升，待達到1.5MPa后，暫停注漿泵的運行；等待數(shù)分鐘，隨后使壓力下降至0.2MPa以下，恢復注漿。按照此方法重復操作多次，直至壓力無法下降為止[2]。此外，隨著漿液的注入，待頂部空隙被注滿后，緩慢關閉注漿閘閥。

5 施工注意事項

5.1 臺車質(zhì)量的控制

臺車需要滿足動荷載剛度和強度的雙重要求，面板厚度至少應達到10mm，以免在使用過程中失穩(wěn)。

5.2 防水層鋪設質(zhì)量的控制

（1）噴射混凝土施工時，嚴格控制表面平整度，應滿足D/L≤1/20的要求，其中D、L分別為初支基層相鄰兩凸面間的深度和距離。（2）在許可范圍內(nèi)適當加長防水板的下料長度，實際鋪設長度與初支基面弧長的比值以10∶8較為合適；在完成鋪設作業(yè)后，要求防水板與初支表面緊密貼合，不可出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。（3）從拱部開始，逐步向兩側鋪設防水板；以防水板材料為準，選擇同材質(zhì)的熱熔墊片；防水層拱部固定點的間距不宜超過0.5m；遇到凹凸量較為明顯的區(qū)域時，應適當加密凹處的固定點，以保證在襯砌澆筑施工期間不出現(xiàn)防水板脫落的情況（若脫落則會產(chǎn)生拱部空洞）[3]。

5.3 拱頂回填注漿的檢查

（1）根據(jù)隧道的坡度，注漿施工自較低的一端開始，向較高的一端推進。（2）嚴格控制注漿材料的質(zhì)量，可選用微膨脹水泥漿，注漿壓力需達到0.2MPa。注漿期間加強觀察，若存在吸漿量偏大的情況，應立即暫停注漿作業(yè)，分析具體成因，并采取針對性的處理措施。（3）注漿后，在隨后的3個月內(nèi)組織質(zhì)量檢查，可采取人工敲擊、地質(zhì)雷達掃描等方法，準確掌握拱頂襯砌的質(zhì)量情況，且重點關注施工縫、預埋槽道等位置。（4）經(jīng)過前述的自檢后，組織第三方檢測，并生成檢測報告。

5.4 預防措施

（1）按規(guī)范施工，保證光面爆破效果，從而規(guī)避二襯脫空問題。（2）根據(jù)圍巖基面的實際情況采取處理措施，要求其具有平整性與穩(wěn)定性，減少凹凸現(xiàn)象。（3）在掛設防水板時，要求其與襯砌表面緊密貼合，并留有足夠的長度，以免防水板背面脫空。（4）在埋設注漿管時，用棉紗緊密封堵管的兩頭，以免因雜物混入而堵管。（5）二次襯砌施工中，加強對混合料質(zhì)量的控制，遵循隨拌隨用的原則，泵送后需要維持約60s的恒壓，確保混凝土可在壓力作用下流動[4-6]。

5.5 安全防護措施

（1）選擇具有耐高壓特性的注漿管道和連接部件。（2）在孔口管和止?jié){閥的安裝過程中，必須確保兩者具有足夠的穩(wěn)定性。（3）工作人員按規(guī)范操作機械設備，做好維修與保養(yǎng)工作，不得隨意拆卸設備。（4）拱頂注漿屬于高空作業(yè)，安全隱患較多，因此需要加強安全防護。（5）若存在管道堵塞的情況，需要查明成因，并采取針對性的處理措施，高效解決問題。

6 結束語

綜上所述，二襯帶模注漿是預防拱頂脫空的重要方法，可以保證二襯的施工質(zhì)量，有效發(fā)揮出該結構在隧道工程中的支護作用。文章重點對二襯帶模注漿的技術要點展開了探討，希望為類似工程提供參考。