隧道拱顶带模注浆施工工艺研究

刘 威 威

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁 大连 116000)

隧道拱顶带模注浆施工工艺研究

刘 威 威

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁 大连 116000)

在铁路施工中通过隧道拱顶带模注浆施工工艺可有效的提高注浆的质量，该工艺在衬砌混凝土初凝前及时进行注浆，避免传统衬砌注浆浆液与衬砌“两层皮”的现象，使衬砌结构整体性更好，并在施工中能让工人更容易掌握该施工方法.

二次衬砌；拱顶；带模注浆；RPC管；施工工艺

1 工程简介

锦承线起自辽宁省锦州市，向北经义县折向西至朝阳，经叶柏寿向南至河北省承德，与京承、京通、高新、大郑和沈山线相通.锦承线朝阳至叶柏寿段位于辽宁省西部，线路均位于朝阳市境内.本标段锦承线朝阳至叶柏寿段铁路扩能工程起点为朝阳站DK136+950，终点为DK182+800.

本标段位于低山丘陵区，地势起伏较大，属低山丘陵地貌单元，冲沟发育.隧道工程较多，共四座隧道，全长7224 m.目前铁路隧道施工中，隧道拱顶注浆是隧道施工中一项重要的施工工序，其施工方法主要采用拱顶带模注浆法及拱顶纵向预留管道法，近几年沈阳铁路局积极推广拱顶带模注浆施工方法，我们通过方案比较决定采用拱顶带模注浆施工方法.

2 带模注浆工艺原理及特点

2.1 RPC注浆管工艺原理及特点

注浆管采用RPC管，与衬砌混凝土粘结性能好；在灌注混凝土和注浆时，该管的作用主要有4个：

(1)顶紧防水板，防止焊接不牢脱落.

(2)作为混凝土是否灌注饱满的标志.当所有的管口流出混凝土浆液时，判定拱顶混凝土已灌注饱满.

(3)可以作为排气孔、观察孔.

(4)在混凝土灌注完成后可及时带模注浆.

2.2 隧道拱顶带模注浆工艺原理及特点

在衬砌台车拱顶设置注浆孔、排气孔及观察口；并在衬砌台车上安装注浆管、排气管等.安装注浆管并固定.在开口处安装法兰，在法兰内安装注浆管并固定.在衬砌混凝土浇筑时，该注浆管的作用就是观察口.当混凝土浆体从所有管口顶端流出时，说明混凝土已灌注饱满，可停止混凝土灌注.带模注浆是在衬砌混凝土浇筑结束后及时注浆；由于有台车保护可采用较高的压力(最高达1.0 MPa)进行注浆，注浆材料与衬砌混凝土结合成整体，提高衬砌结构的整体性，在第一时间修复各种混凝土空洞及缺陷.带模注浆工艺简单、操作方便.一般情况，注浆在混凝土浇筑完即可开始，注浆施工时间2 h左右，不占用隧道任何作业工序时间.注浆管采用RPC注浆管.RPC管为高性能水泥基材料，与混凝土粘接性能良好，且本身强度高，易于切割，便于衬砌台车脱模.注浆料采用各项指标达到或优于衬砌混凝土性能的充填砂浆，与混凝土的粘接性能好，同时具有良好的流动性和可泵送性，微膨胀，可施工时间长，不泌水不收缩，凝结后强度高.注浆采用专用的制浆注浆一体机，机器泵内最高压力可达4 MPa，且设备走行及操作方便，作业强度小效率高.

3 拱顶带模注浆工艺介绍

3.1 衬砌台车改造

3.1.1 衬砌台车开孔及法兰安装

台车顶模预留孔孔径采用Ф40 mm；每个预留孔下焊接固定法兰，法兰内径Ф40 mm，外径Ф120 mm，厚度10 mm，固定法兰内嵌螺栓，详见图1、2.

图1 台车顶部开口 图2 安装的法兰

3.1.2 安装定位法兰

定位法兰钢管内径Ф40 mm，外径Ф120 mm，法兰自带钢管内径37.5 mm，外径40 mm，高度50 mm(除法兰盘的厚度10 mm)；依次安装定位套管外径45 mm，内径41.3 mm，高度43.2 mm；接长稳定钢管内径27.5 mm，外径40.6 mm，高度100 mm，详见图3、4.

图3 安装定位法兰 图4 定位套管

3.1.3 安装RPC注浆管

在台车安装就位后，从预留注浆孔“试穿”RPC注浆管，并测量记录埋入长度，判定衬砌厚度；然后切除富余注浆管，安装注浆管并固定，开始浇注衬砌混凝土.

RPC注浆管是由超细活性粉末、水泥、优质石英砂、矿物掺合料等组成，通过优化级配设计，经高温蒸养等特定工艺制备的高性能复合材料.该管既具有较高的强度，能够顶紧防水板，不被混凝土挤压折断，同时在脱模时，可以直接敲击拆除，无需电焊或切割，不影响预埋管周边的混凝土，使用非常方便.RPC管相比于PVC管、钢管更适合于台车带模注浆工艺，与衬砌混凝土粘结性能更好，见图5.

图5 RPC注浆管

3.1.4 在衬砌台车模板顶部上预留SM-RPC注浆管，注浆管数量及布置原则：12 m衬砌台车设置4个注浆管.要求两端注浆管位置距端模0.6～1.5 m，中间注浆管均匀布置，详见示意图6.注浆管外径36 mm，内径15 mm，壁厚10.5 mm.

图6 衬砌台车模板顶部预留注浆管位置示意图

3.1.5 摄像头安装

台车端头模上部安装摄像头，对混凝土浇筑进行实时监控，传输到监控室，掌握混凝土在台车顶部的流动状态及饱满情况.同时，可以防止人为在投料口填塞杂物，有效监控衬砌混凝土的灌注质量.

3.2 拱顶带模注浆施工工艺

3.2.1 拱顶带模注浆施工工艺流程

拱顶带模注浆施工工艺流程图见图7.

图7 拱顶带模注浆施工工艺流程图

3.2.2 拱顶带模注浆施工工艺

台车改造完成后，在台车上预埋固定的RPC管，对衬砌施工完成后及时通过预埋注浆管进行拱顶注浆.注浆采用注浆机+搅拌机进行操作，注浆材料采用微膨胀水泥浆，具有微膨胀、高流动性、无泌水等特性，不仅起到空洞充填作用，且能起到弥补或修复衬砌混凝土的缺陷的作用.

拱顶带模注浆施工步骤如下：

(1)安装RPC注浆管并顶紧防水板.

根据衬砌几何要求使改造后的模板就位后，将准备好的RPC注浆管(兼做排气孔、观察孔)通过改造后的预留孔处进行“试穿”量测划线，确定检测衬砌厚度是否满足设计要求，具体标准以RPC注浆管顶住防水板长度+2 cm为准.

(2)记录RPC注浆管埋入深度.

安装注浆管定位法兰，固定法兰与定位法兰之间放置密封胶圈，拧紧避免漏浆，将RPC管穿入顶紧防水板，RPC管下料长度以顶住防水板外漏+2 cm.

(3)注浆液制备及带模注浆.

拱顶注浆原则上按照从低端向高端开始注浆.衬砌混凝土浇筑完成后及时进行注浆，注浆材料采用微膨胀水泥浆，水灰比6∶10；注浆采用注浆机+搅拌机进行操作.浆液要求连续拌制，拌制过程中严格监控材料用量，确保浆液质量.

(4)观察压力表和排气管出浆.

注浆结束标注以排气孔和端头模板流出浓浆即结束注浆.若台车模板处出浆压力达到1.0 MPa，仍未出浆，应更换注浆孔注浆，直至中间排气孔和端模排气孔流出浓浆3-5 s时停止注浆.

(5)注浆结束，关闭球阀，卸下注浆软管.

(6)浆液初凝后卸掉定位法兰.

4 工艺效果

4.1 经济效益分析

直接经济效益对比：采用水泥浆和充填砂浆对比，采用水泥浆一般需要多次钻孔、注浆、探测，其材料成本较低，但施工成本较高；采用充填砂浆施工工费较低、操作简单、不占用正常衬砌时间，综合施工成本较低.

间接经济效益对比：使用普通水泥浆注浆，由于泌水及收缩大，需反复注浆，其施工费用大增，而且后期注浆无法进行带模注浆，其注浆压力不能过高，控制难度大，否则可能造成衬砌开裂.

后期注浆，与铺轨等多工序交叉作业，影响工程进度，尤其是进入静态验收或联调联试阶段，注浆质量难以保证.

后期进行拱顶脱空注浆时，其造价即按照修补加固工程计算，根据时间节点不同，其造价是正常建设阶段造价的5～10倍.

采用带模注浆工艺，使用高性能的微膨胀充填砂浆，一次性的解决衬砌施工缺陷，具有显著的综合经济效益，能够大量节省后期成本，加快工程进度.

4.2 社会效益分析

衬砌拱顶混凝土施工，由于施工工艺本身的缺陷、施工人员素质以及施工管理问题，导致隧道拱顶衬砌存在大量的空洞，给工程带来极大的危害和风险，尤其是在现运行的铁路工程中，隧道衬砌病害更为突出.因此，在建设期予以处置，能够显著提高工程质量，确保运行安全.

带模及时注浆，避免传统衬砌注浆液与衬砌“两层皮”的现象，使衬砌结构整体性更好；工艺方便可靠，在衬砌施工间隙注浆，不影响整体工期；通过较高的注浆压力，充分密实衬砌空洞，修复衬砌缺陷；通过应用高性能的微膨胀充填砂浆，修复衬砌各种施工缺陷，改善衬砌的整体力学性能；将传统的隧道衬砌空洞缺陷由后期修补变为前期预防，早期“预防”式治理，及时纠正和改进，将“隐蔽”的“缺陷”工程变为“可见”的“可靠”工程；确保隧道衬砌质量，提高衬砌混凝土的整体性及力学性能，减少衬砌混凝土开裂、脱空和脱落的风险，提高衬砌对地质风险的免疫力，减少运营时隧道衬砌发生灾害的风险；提高工程质量，为我国铁路隧道建设保驾护航.

5 结束语

本文内容主要叙述了拱顶带模注浆工艺能在施工中有效的提高注浆的质量，使衬砌整体结构性更好，该工艺使用高性能的微膨胀充填砂浆，一次性的解决衬砌施工缺陷，具有显著的综合经济效益，能够大量节省后期成本，其操作简单、不占用正常衬砌时间、加快工程进度、综合施工成本较低，并在施工中能让工人更容易掌握该施工方法.

[1]中华人民共和国铁道部.铁路隧道工程施工技术指南(TZ204-2008)

[2]中华人民共和国铁道部.铁路隧道工程施工质量验收标准(TB10417-2003)

[3]中华人民共和国铁道部.铁路混凝土工程施工质量验收标准(TB10424-2010)

[4]中华人民共和国铁道部.铁路混凝土强度检验评定标准(TB10425-94)

[5]中华人民共和国铁道部.铁路混凝土工程施工技术指南(铁建设(2010)241)号

Study on the Construction Technology of Tunnel Crown with Mold Grouting

LIUWei-wei

(The Fifth Engineering Co.,LTD,China Railway 19th Bureau Group,Dalian,Liaoning 116000,China)

In the construction of railway tunnels,the construction technology of tunnel crown with mold grouting can effectively improve the quality of grouting in lining concrete.The technology features grouting before the initial setting time of the lining concrete,which successfully avoids the traditional“two skins”phenomenon,and makes the whole lining structure better.Additionally,it is easy for workers to grasp the construction method of this technology.

secondary lining;vault crown;mold grouting;RPC pipes;construction technology

2016-12-20

刘威威(1975-)，女，工程师.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.01.007

U 213

A