隧道二次衬砌混凝土顶拱带模回填注浆施工技术

王 吉 成

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611730)

1 概 述

由于高速铁路隧道为电气隧道，不准有渗漏水，因此在隧道初期支护与二次衬砌混凝土之间布置土工布及防水板进行防水，且防水板的铺设按照设计要求留有一定的松弛度，进而造成防水板与二次衬砌混凝土之间存在孔隙。为了解决二次衬砌混凝土顶拱与防水板之间出现的空腔及不密实等难题，笔者以京张高铁草帽山隧道二次衬砌混凝土顶拱带模注浆为例，详细地介绍了带模注浆施工工艺及控制要点等方面的情况，达到了隧道二衬顶拱密实的目的，避免了传统衬砌后回填注浆液与衬砌混凝土“两层皮”的现象，使衬砌结构整体性更好。

新建京张铁路草帽山隧道全长7 340 m，为单洞双线隧道，隧道位于低山丘陵区，线路走向大体与草帽山山体走向平行。隧道按250 km/h客运专线隧道设计，其中Ⅲ类围岩段长3 700 m，Ⅳ类围岩段长635 m，Ⅴ类围岩段长3 005 m。二次衬砌混凝土标准段为每12 m一段，共计分612段。隧道分为进口工区、斜井工区、明洞工区共计六个工作面施工，每个工作面配一台12 m长全自动液压式钢模台车作为二衬混凝土模板。

2 隧道二衬顶拱带模注浆施工技术

2.1 注浆孔布置及注浆管安装要求

采用在衬砌台车模板顶部预留SM-RPC注浆管(以下简称RPC管)的方式施工。注浆管的数量及布置原则：在12 m长的衬砌台车正顶拱设置4个直径为45～50 mm的注浆孔，具体为在靠近先浇二衬混凝土侧的钢模台车的端模0.6～1 m处开第一个孔，在模板的另外一端距离端模1～1.5 m处开最后一个孔，中间开孔均匀布置(图1)。注浆孔开好后，将配套法兰盘与钢模台车满焊焊接(图2)。

注浆孔中安装外径为36 mm、内径为15 mm、壁厚10.5 mm的注浆管，管体径向抗压强度不小于100 kN/m，管体抗折强度不小于28 MPa。注浆管安装时量测防水板与法兰外口的实际深度，以实际深度+2 cm为标准长度，裁切RPC管的多余部分，并与防水板接触部位切出十字槽口。注浆管兼做量测并预判拱顶混凝土的真实衬砌厚度；浇筑拱顶混凝土时，注浆管口作为观察口，以是否泌浆为准，判断混凝土是否浇筑到拱顶。

2.2 注浆配比及性能要求

2.2.1 配合比

注浆料的水料比宜为0.18～0.2。

2.2.2 注浆料的物理及环保性能指标

所配制的微膨胀结合注浆料(HoJa—53F)的匀质性及环保性能应满足表1中的规定。

2.2.3 注浆料浆体具有的基本性能

所配制的微膨胀结合注浆料的浆体性能指标应满足表2中的规定。

2.2.4 注浆料浆体结合性能

所配制的微膨胀结合注浆料与衬砌混凝土的结合性能及注浆管的结合性能应满足表3中的规定。

2.3 带模注浆工艺

图1 注浆孔布置图

图2 注浆管及注浆连接器示意图

表1 微膨胀结合注浆料的匀质性及环保性能要求表

浇筑混凝土前，在钢模台车上预埋固定的RPC注浆管，二次衬砌混凝土浇筑完2～4 h后，通过预埋注浆管进行拱顶120°范围内的注浆。注浆采用专用的制浆、注浆一体机进行操作，注浆材料具有微膨胀、高流动性、早强、无泌水等特性，不仅起到了空洞充填作用，而且能起到弥补或修复衬砌混凝土厚度不足等缺陷的作用(图3)。

表2 微膨胀结合注浆料的浆体性能要求表

表3 微膨胀结合注浆料之结合性能要求表

2.3.1 安装RPC注浆管

二衬模板台车就位后，将准备好的RPC注浆管(作用：注浆管、排气、排水孔)通过钢模台车预留的灌浆孔处进行“试穿”量测，确定RPC注浆管的安装长度并检测其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。

2.3.2 记录RPC管的埋入深度

图3 带模注浆工艺流程图

在RPC注浆管顶住防水板后做两个标记线，记录RPC管的的埋入深度。第一个标记线与模板外模边线平齐，用来检测衬砌厚度是否满足要求；另一条标记线为衬砌模板外模板线+定位套管(4.3 cm)+2 cm，即RPC注浆管的下料长度。

2.3.3 浇筑混凝土并观察预埋管出浆

衬砌混凝土应左右对称浇筑，第一层左右两侧混凝土面的高差不得超过0.5 m，其后的前后高差不得超过1 m。混凝土浇筑应由下向上逐窗逐层自模板窗口灌入。浇筑拱顶混凝土时，注浆管作为观察口，注意观察预埋管是否出浆并将其作为判断混凝土是否浇筑到拱顶的标准，必要时可对注浆观察口进行清理，避免堵塞。

2.3.4 注浆液的制备及带模注浆

二次衬砌混凝土浇筑完后2～4 h通过预埋注浆管进行拱顶120°范围内的注浆。开动搅拌机，先加入一半的注浆材料，开动下料振动电机，然后加入全部的拌和水，再继续加入另一半注浆材料，搅拌2～3 min(或遵照设备使用说明)，搅拌成均匀的浆体。拌制过程中，严格按照材料配置量进行拌制，确保浆液的质量。

打开制浆桶卸料阀门，使浆体快速流出到储浆桶，然后关闭制浆桶卸料阀门。浆料放入储浆桶后，将注浆管放到排水沟边缘，启动注浆泵，将管体中的水全部挤出后停止注浆泵。将注浆管管头提升到衬砌台车上，与台车注浆接头连接。启动注浆泵，开始注浆。拱顶的注浆顺序按照从隧道低端往高端的顺序依次进行注浆。如果隧道无坡度，可以从靠近先浇段注浆孔向后浇段方向的孔依次注浆。

2.3.5 注浆要求

注浆过程中，观察台车上注浆孔处的压力表和端模的出浆情况。如果端模圆弧的最高点漏浆，先停止注浆泵并及时使用塑料薄膜等进行封堵后继续注浆，直至端头出浆浓度与制浆桶中一致。再更换至下一个注浆孔，依次类推。注浆中，注浆压力为0.6～1 MPa，如果压力表超过1 MPa时，直接换至下一注浆孔。每一个注浆孔原则上均需注浆，但如在注浆过程中邻近未注浆的孔流出浓浆3～5 s，该孔可以封闭，不需注浆。

2.3.6 注浆结束

最后一孔注浆中，如端模最高处的出浆浓度与制浆桶中的浆一致时，注浆可以结束。拆卸注浆连接头并及时堵塞RPC注浆管管口。待浆液初凝后卸除定位法兰。

2.3.7 留样检测

注浆时，在软管管头处抽样进行浆液的流动性、抗压强度和抗折强度试验。

2.3.8 设备清洗

注浆结束后，对注浆设备进行清洗。

2.3.9 后期验证

采用地质雷达进行无损检测或钻芯验证，检验结果应满足设计要求。

3 结 语

新建京张高速铁路草帽山隧道二衬顶拱带模注浆孔的布置、注浆要求、注浆材料性能及二次衬砌混凝土浇筑完成2～4 h后顶拱120°范围内注浆工艺等施工技术的应用，解决了隧道二衬混凝土顶拱脱空、不密实等问题，避免了传统顶拱二衬后回填注浆液与衬砌混凝土出现“两层皮”的现象，使衬砌结构整体性更好，确保了衬砌拱顶带模注浆的质量，可为铁路隧道、水电隧道及地铁隧道工等二衬顶拱回填注浆制定施工方案时提供借鉴。