二衬带模注浆预防拱顶脱空技术在铁路隧道施工中的应用

中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100040

1 工程概况

南联山隧道起讫里程为DK368+800～DK378+650，总长度为9850m，最大埋深为250m，位于西双版纳—飞龙区间，隧道的进口接路基、出口接飞龙车站。除了出口段693m为双线隧道，其他部分均采取单线隧道的建设形式。围岩类别主要为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级，设计二衬厚度为35～45cm，二次衬砌为关键支护结构，采用带模注浆预防拱顶脱空技术。

2 二衬拱顶脱空的主要原因

隧道混凝土浇筑施工流程如下：首先，由模板两侧的灌注窗灌注混凝土，灌注量逐步增加，待灌注窗封闭后，暂停灌注作业；其次，从上排灌注窗处继续向内部灌注混凝土，压满后采取封闭措施；最后，按顺序依次将泵送管拆除。在整个施工过程中，拱顶易出现密实度不足、空洞的问题，主要原因如下：

（1）初支面缺乏平顺性，局部存在较明显的凹坑，防水板挂设到位后将产生空腔，经混凝土浇筑后，形成较明显的空洞现象。（2）在挂设防水板时，未控制好松弛度。若挂设过紧，则难以与初支基面形成紧密贴合的关系，后续可见后背处存在脱空的情况；若挂设过松，则由于挤压作用而形成褶皱、空鼓，生成较大范围的空隙。（3）端头模板未安装到位，存在稳定性不足、位置偏差等问题，端头有漏浆现象，成型后的混凝土缺乏足够的密实度。（4）混凝土浇筑时未逐孔冲顶，混凝土流动距离过长，距泵送孔远，因混凝土供应不及时、压力不足而造成浇筑不饱满，进而形成脱空；混凝土浇筑过程中未振捣密实，浇筑完成后混凝土受自重下沉，造成拱部脱空；下坡施工时，浇筑段与上循环之间形成空气囊（拱部），造成衬砌背后空洞。

上述现象均会影响二次衬砌的整体施工质量，其稳定性欠佳、受力条件不良。对此，在施工期间，需要在二衬拱顶预留注浆孔，在注浆孔组织注浆作业，充分填充浆液，以免拱顶脱空。

3 工艺原理及应用优势

拱顶带模注浆施工所用材料为单液水泥浆或水泥砂浆，将该部分材料注入二衬与初支、防水层间的空隙内，能达到填充、加固的效果。相较于常规的拱顶纵向预埋注浆花管的方法，此处所提的带模注浆系统可突显出以下应用优势：

（1）节省了注浆花管打孔的作业时间，提高了施工效率。（2）无反坡施工的不良影响，注浆的干扰因素较少。（3）二次衬砌初凝前便可组织注浆作业，避免中途长时间等待。（4）在以往的纵向预埋注浆花管施工中，管道的长度过大，加之外部因素的影响，易出现花管堵塞现象，而带模注浆系统则可以有效规避该问题；此外，可避免预贴注浆花管处形成地下水通道的情况，有效优化施工条件。

4 施工技术

4.1 注浆系统的组成

注浆系统的核心组成包含注浆设备、液压调整构件、注浆管、监测系统等，采取径向+纵向注浆、水平扩散的方法，使浆液能够有效填充在二衬与初支的空隙内，并采用监测系统监测注浆是否充满拱顶。

4.2 注浆系统的安装

（1）注浆管埋设。沿台车拱顶中线分别在台车前中后端2m处、中间6m处布置径向SM-RPC注浆管（SM-RPC注浆管为顶端有“+”槽、内径为16mm的高性能水泥管），长度约为60～75cm，与台车顶部注浆管定位法兰连接固定，将超长部分切除，下部依次接注浆连接头、压力表及注浆机软管。在拱顶中线防水板处布置纵向注浆管和排气管，注浆管、排气管均采用直径30mm的PVC管，注浆管管身布设梅花型溢浆孔，孔径为2～3mm，纵向间距为20cm，固定条采用40cm×10cm的矩形防水板，将注浆管与排气管固定条焊接固定在拱顶，两管间距为3～5cm，固定条间距≤80cm。PVC管加长采用直接头连接，总长度等于衬砌长度加20cm（外露），外露端头设置连接管路装置。（2）监测系统设置。在拱顶纵向注浆管与防水板之间每隔2m预埋接触端子（应避开台车混凝土冲顶孔位置），采用绝缘电线连接至监测系统控制箱。在注浆过程中，当浆液注满后淹没预埋接触端子时形成回路，控制箱上指示灯亮，以此监控注浆是否注满。

4.3 立模

（1）纵向注浆管及监测系统接触端子安装完成后，将台车移至待浇筑二衬段落，若无误则将径向注浆管深入台车内。（2）注浆管与防水板密贴，安排人员观察二次注浆管，准确掌握其伸出的位置，若期间存在与钢筋位置交叉的情况，则需要对钢筋的位置进行调整。

4.4 带模注浆的时间控制

已灌注的混凝土达到密实状态后（初凝前），立即组织带模注浆作业。根据工程经验，在一次灌注完成2h后可以进入带模注浆施工环节，但浆液性能、气温等均会对该时间造成影响，因此需要视实际情况而定[1]。

4.5 浆液配制

注浆所用材料以水泥浆为主，经试验后确定水灰比，为满足浆液由稀到浓的变化需求，宜设置2～3个水灰比级别，并根据该工程的实际情况，采取0.4和0.5两类水灰比控制标准。

4.6 注浆的主要流程

注浆作业应遵循缓慢的原则，注浆压力将逐步上升，待达到1.5MPa后，暂停注浆泵的运行；等待数分钟，随后使压力下降至0.2MPa以下，恢复注浆。按照此方法重复操作多次，直至压力无法下降为止[2]。此外，随着浆液的注入，待顶部空隙被注满后，缓慢关闭注浆闸阀。

5 施工注意事项

5.1 台车质量的控制

台车需要满足动荷载刚度和强度的双重要求，面板厚度至少应达到10mm，以免在使用过程中失稳。

5.2 防水层铺设质量的控制

（1）喷射混凝土施工时，严格控制表面平整度，应满足D/L≤1/20的要求，其中D、L分别为初支基层相邻两凸面间的深度和距离。（2）在许可范围内适当加长防水板的下料长度，实际铺设长度与初支基面弧长的比值以10∶8较为合适；在完成铺设作业后，要求防水板与初支表面紧密贴合，不可出现空洞现象。（3）从拱部开始，逐步向两侧铺设防水板；以防水板材料为准，选择同材质的热熔垫片；防水层拱部固定点的间距不宜超过0.5m；遇到凹凸量较为明显的区域时，应适当加密凹处的固定点，以保证在衬砌浇筑施工期间不出现防水板脱落的情况（若脱落则会产生拱部空洞）[3]。

5.3 拱顶回填注浆的检查

（1）根据隧道的坡度，注浆施工自较低的一端开始，向较高的一端推进。（2）严格控制注浆材料的质量，可选用微膨胀水泥浆，注浆压力需达到0.2MPa。注浆期间加强观察，若存在吸浆量偏大的情况，应立即暂停注浆作业，分析具体成因，并采取针对性的处理措施。（3）注浆后，在随后的3个月内组织质量检查，可采取人工敲击、地质雷达扫描等方法，准确掌握拱顶衬砌的质量情况，且重点关注施工缝、预埋槽道等位置。（4）经过前述的自检后，组织第三方检测，并生成检测报告。

5.4 预防措施

（1）按规范施工，保证光面爆破效果，从而规避二衬脱空问题。（2）根据围岩基面的实际情况采取处理措施，要求其具有平整性与稳定性，减少凹凸现象。（3）在挂设防水板时，要求其与衬砌表面紧密贴合，并留有足够的长度，以免防水板背面脱空。（4）在埋设注浆管时，用棉纱紧密封堵管的两头，以免因杂物混入而堵管。（5）二次衬砌施工中，加强对混合料质量的控制，遵循随拌随用的原则，泵送后需要维持约60s的恒压，确保混凝土可在压力作用下流动[4-6]。

5.5 安全防护措施

（1）选择具有耐高压特性的注浆管道和连接部件。（2）在孔口管和止浆阀的安装过程中，必须确保两者具有足够的稳定性。（3）工作人员按规范操作机械设备，做好维修与保养工作，不得随意拆卸设备。（4）拱顶注浆属于高空作业，安全隐患较多，因此需要加强安全防护。（5）若存在管道堵塞的情况，需要查明成因，并采取针对性的处理措施，高效解决问题。

6 结束语

综上所述，二衬带模注浆是预防拱顶脱空的重要方法，可以保证二衬的施工质量，有效发挥出该结构在隧道工程中的支护作用。文章重点对二衬带模注浆的技术要点展开了探讨，希望为类似工程提供参考。