东茗隧道衬砌带模注浆施工技术分析

张保川

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350)

1 工程概况

1.1 隧道概况

东茗隧道位于浙江省东茗乡境内，起迄里程DK95+920—DK114+146.15，全长18 226.15 m，为全线第一特长隧道，是全线控制性工程，总工期为32个月。隧道设计为双线隧道，采用CRTSⅠ型双块无砟轨道，轨道结构高度515 mm(内轨顶面至道床板底面)，设计行车时速350 km，线间距为5 m，最大埋深约262 m。全隧共设进口、1#斜井、2#斜井、3#斜井、出口5个工区组织施工，东茗隧道工程项目及数量(见表1)，东茗隧道2#、3#斜井分布情况(见表2)。

1.2 地质特征

隧道主要穿越沟谷组成的第四纪松散堆积层分布区和丘陵组成的白垩系沉积碎屑岩基岩山区，受地质构造及岩性影响，地下水蕴含能力较强。区内地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩和构造裂隙水，主要接收大气降水和水库构造裂隙通道补给，通过孔隙、节理裂隙由上而下联通形成排泄通道，多数补给谷地等低洼处地层地下水。

表1 东茗隧道工程项目及数量一览表

表2 东茗隧道辅助坑道分布一览表

经检测,工点内地表水对混凝土结构无侵蚀性，DK102+950—DK114+140段内地下水对混凝土结构无侵蚀性，2#、3#斜井地下水对混凝土结构无侵蚀性。衬砌混凝土采用C35钢筋混凝土，C30纤维素混凝土。一般段落混凝土抗渗等级不小于P10，地下水发育地段抗渗等级不小于P12。在隧道全环初期支护与二次衬砌之间设置由EVA防水板和土工布缓冲层组成的防水层。

2 衬砌带模注浆施工工艺流程

在现场施工时，二次衬砌台车模板上设置垂直注浆孔、排气孔，在浇筑混凝土前预埋活性粉末混凝土(RPC)注浆管，从固定法兰处垂直穿入RPC注浆管，上端顶住防水板，并记录穿入固定法兰及台车内的RPC管长度L1，固定法兰以及台车模板厚度为L0，定位法兰厚度以及定位法兰套管长度之和为L2，RPC注浆管伸出定位法兰套管长度为L3，L1+L2+L3合计为RPC管预留总长度L4，裁切RPC管多余长度，并在穿入衬砌RPC管顶端管口切割十字口，深度0.5 cm，宽度为0.3 cm。按照台车长度设计注浆孔数量。12 m台车开4个注浆孔，注浆孔同时为排气孔和观察孔。

注浆材料由普通硅酸盐水泥、超细掺和料、聚羧酸减水剂、微膨胀剂、硅砂等为主要成分，[1]经均匀复合而成的，具有微膨胀性能，良好的流动性和泵送性，与衬砌混凝土具有良好的结合性能，通过高压注浆泵注入到隧道衬砌与防水板间的脱空区的一种注浆材料，注浆料的水灰比为1:1。注浆过程中，先从与上一板二次衬砌接近注浆孔注浆。要求每板衬砌均需进行空隙回填注浆，注浆过程中严格控制注浆压力。注浆压力初压0.5～1 MPa、终压≥1 MPa，再注浆压力≥1 MPa或排气孔流出浓浆后更换至下一注浆口。可采用逐渐加压式注浆，注浆时将注浆芯管安装在预埋的注浆管上，注浆速度为30～60 L/min。预埋的注浆管应注意避免破坏防水板，注浆管端头设置防堵设施，注浆结束后应将灌浆管孔封堵密实。注浆效果检查可以通过无损检测方法，对于不满足要求的地段必须进行补孔注浆,具体衬砌带模注浆施工流程图(见图1)。[2-4]

图1 衬砌带模注浆施工流程图

拱顶经地质雷达或敲击检测合格后，注浆管外漏部位使用角磨机切割打磨平整，并使用改性环氧树酯进行表面处理。对内部完全密实的注浆孔，以注浆孔为中心涂刷改性环氧树脂胶，涂刷范围R=10 cm。注浆孔未完全密实的，先使用环氧树脂胶泥封堵注浆孔，封堵深度不低于5 cm，然后表面再涂刷环氧树脂胶，涂刷范围R=10 cm。注浆后，注意压力表、管孔及端模出浆，没问题换至下一个注浆孔注浆，全部注浆孔注浆完成后，将端模出浆，结束注浆，并拆除定位法兰、封闭注浆孔。

3 防水板施工

防水板施工需采用无钉铺设工艺。防水板施工采用新工艺半自动铺设台车辅助铺挂，超声波焊机焊接固定，隧道环向铺设时，应先拱后墙。先于拱顶垫层上正确标出隧道纵向中心线，再使防水板横向中心线与标定线重合，将拱顶部与塑料圆垫片热熔焊接好后，向两侧下垂铺设，边铺边焊，下部防水板应压住上部防水板。防水板的固定应松紧适度并留有余量，实铺长度与初期支护基面弧长的比值为10:8，以保证混凝土浇筑后与初期支护表面密贴,防止紧绷破损或形成人为蓄水点。防水板间搭接缝应与沉降变形缝、施工缝等防水薄弱环节错开1～2 m。防水板间自动热熔焊接用自动双缝热熔焊接机按照预定的温度、速度焊接，单条焊缝的有效焊缝宽度≥15 mm，不得焊焦、焊穿。焊接后两条缝间留一条空气道，用于空气检测器检测焊接质量。焊接前先除尽防水板表面的灰尘再焊接，防水板搭接宽度须>15 cm(见图2)。

图2 防水板焊接示意图

防水板搭接缝的焊接质量应按充气法检查(即密封性检查)。将5号注射针与压力表相接，然后进行充气，当压力表达到规定压力(一般为0.25 MPa)时停止充气，保持15 min以上，若压力下降在10%以内，说明焊缝合格。如压力下降过快，说明焊缝不严，此时须用检测液找出漏气部位，用手动热熔器焊接修补后再次检测，直到完全粘合。隧道与专用洞室、堵头墙相交处，阴阳角应曲线衔接，R≥10 cm，阴角应采用防水砂浆抹圆角，转角1 m范围内应设置双层防水板。

4 安装RPC注浆管

采用在衬砌台车模扳顶部上预留SM-RPC注浆管(以下简称RPC管)。注浆管数量及布置原则12 m衬砌台车设置4个径向注浆管。要求两端注浆管位置距端0.6～1.5 m，中间注浆管均匀布置。注浆管外径30 mm，内径15 mm，壁厚10.5 mm。预埋RPC注浆管的技术要求[5](见表3)。

表3 预埋RPC注浆管的技术要求表

注1)：注浆管常用长度为600 mm，需要加长时，使用回升型管。

模板台车就位后，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。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露+2 cm为准。[6]注浆管与注浆连接器示意图(见图3)。

图3 注浆管与注浆连接器示意图

5 隧道拱顶注浆施工

在台车上预埋固定的RPC注浆管,其纵断面布置示意图(见图4)。对衬砌施工完后及时通过预埋注浆管进行拱顶注浆。注浆采用注浆机与搅拌机配合进行操作，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缺陷的作用。[7]

图4 注浆管、排气管纵断面布置示意图

拱顶注浆(见图5)原则上按照从低端向高端开始注浆。[8]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0.6；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。注浆结束标志以排气孔和端头模流出浓浆即结束注浆。若台车模板处出浆压力达到1.0 MPa，仍未出浓浆，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。注浆密实的标准以注浆压力达到≥1.0 MPa或通气孔出现同浓度浆液为准。[9]如上述两者均不满足要求时，可采用换管进行注浆，即采用排气孔进行注浆。注浆结束，关闭球阀，卸下注浆软管，浆液初凝后卸掉定位法兰。将注浆管与排气管用防水板固定条固定于拱顶，两管间距3～5 cm，固定防水板条间距为1 m，PVC管加长采用直接头连接，伸出二衬端头≥20 cm。注浆管、排气管需固定牢固，绑扎钢筋时对注浆管、排气管周边的混凝土垫块进行加密，防止在浇筑过程中因钢筋变形对注浆管、排气管挤压破坏。

在二衬拱顶端头模板封堵时使用专门加工的端头模板，在模板上预留注浆管、排气管槽，槽内通过注浆管、排气管，防止端模挤压损坏管。二衬混凝土浇筑完成立刻实施补充注浆，外露端有连接管路的装置。当注浆压力达到0.2 MPa或排气管出现串浆时，即达到本孔注浆结束标准。

图5 拱顶注浆示意图

6 减压井施工

对于减压井的施工，根据减压井断面布置，带仰拱衬砌在中等—强富水区段落，纵向每隔10～30 m设一边长为50 cm的正方形减压井。减压井沿中心矩形沟两侧交错布置，间距可根据实际情况适当加密。减压井侧壁及底板设置Ф8钢筋网，中间填充级配碎石，钢筋网外侧采用双层土工布包裹。减压井通过Ф108热轧无缝钢管将承压水引向隧道内中心矩形沟内。钢管尾部伸入减压井内不小于40 cm，伸入检查井部分管壁设置Ф10～16 mm进水孔同时,减压井应避开施工缝及变形缝位置。

8 结语

综上所述，东茗隧道衬砌带模注浆技术设计合理，采用SM-RPC注浆管简称RPC管、白色硅酸盐水泥、制浆注浆一体机等灌注设备，设备简单，操作简便，注浆一板二衬只需2 h左右，且不占用正常二衬施工时间、走行及操作方便；带模注浆可在混凝土初凝时开始注浆，且注浆压力远高于脱模后的注浆压力，提高了衬砌混凝土与注浆处理浆液的整体性，能修复各种混凝土缺陷；带模注浆时，由于受到台车模版的保护，二衬混凝土不会破坏，一般混凝土浇筑压力超过6 MPa，注浆浆液的压力一般不超过1.0 MPa。此次施工克服了施工中的难点，保证了施工的安全，提高了施工进度，同时也节约了施工成本，有效地保证了总体工程的质量要求，为同类的工程施工提供了一定的借鉴。