高铁隧道施工中衬砌带模注浆工艺的应用

徐春青 中铁十一局集团第一工程有限公司

1 前言

为了使高铁隧道施工的安全和效率得到保障，需要从工程的实际需要出发，确定相应的隧道衬砌带模注浆方案和具体的注浆时间，明确注浆、注浆管安装、衬砌混凝土施工记录以及液压注浆系统安装等衬砌带模注浆的流程，并在此基础上评价注浆效果，采取相应的对策完善注浆工作。

2 工程概况分析

2.1 隧道概况

彬县隧道位于陕西省咸阳市彬县境内，为黄土梁源沟壑区，进口位于炭店乡林家堡村东北侧冲沟泾河右岸，出口位于新民镇东沟村东北侧红岩沟左岸。隧道起讫里程DK138+326.58～DK152+577.9，全长14251.32m，最大埋深约280m；隧道设置3座双车道无轨运输斜井辅助施工。

隧道左线DK138+800.134～DK141+897.913位于R-9000的曲线上、左线DK147+027.727～DK150+901.853位于R-8000的曲线上、左线DK151+514.241～出口位于R-8000的曲线上，其余均位于直线上。隧道纵坡依次为0.00‰/23.42m、3.00‰/9950m、20.00‰/4277.9m的单面坡。

2.2 围岩分布

隧道围岩分级情况为：主洞围岩级别：Ⅳ级11105m，占隧道全长的77.92%、Ⅴ级3346.32m，占隧道全长的22.08%。围岩具体分级情况详见表1。

表1 彬县隧道围岩等级分类表

3 隧道衬砌带模注浆技术概述

3.1 工艺原理

衬砌带模注浆工艺是依托二衬作业台车，将准备好的RPC注浆管（排气管、观察孔）通过改造后的预留孔处进行“试穿”量测，确定RPC注浆管（排气管）的安装长度和检测衬砌厚度是否满足设计要求，具体标准以RPC注浆管（排气管）顶住防水板长度+2cm为准，在浇筑混凝土的过程中借助注浆管对浇筑的过程进行实时观测，当所有的管口都溢出浇筑的混凝土泥浆时，意味着已经完成混凝土的浇筑工作，二衬冲顶完成后，若等待时间过久再注浆，存在二衬砼与注浆料间形成断层的质量隐患，若等待时间过短再注浆，存在冲顶混凝土未完全收缩注浆后砼二次收缩再次形成空洞的质量隐患。为了保证带模注浆效果达到最佳状态，采用冲顶完成4h后（初凝后，终凝前）进行带模注浆，同时注浆必须在12h内完成。具体时间根据现场环境、气温，由试验室确定。

工后注浆工艺是指在完成衬砌浇筑以后，当混凝土达到一定的设计强度之后，依托地质雷达进行扫描，将衬砌混凝土存在的缺陷检测出料并对具有缺陷的部位做好标记，然后组织相关人员利用敲击台车疏通拱顶预埋的注浆管和衬砌预留的可维护注浆管，针对缺陷部位没有的注浆管和无法疏通的注浆管应该重新钻设注浆孔，依托拱顶注浆管和可维护注浆管注浆整治缺陷部位的工艺。

3.2 工艺作用效果

通过对衬砌台车拱顶开孔，在衬砌台车拱顶中心位置沿台车纵向方向设置一定数量的注浆孔，并安装RPC注浆管，通过制注浆一体机带模高压注入微膨胀注浆料，简化了施工工艺，解决了拱顶脱空，提高了衬砌质量。在衬砌施工时实施带模注浆工艺，全面监测施工过程中混凝土的具体浇筑状况，对缺陷部位进行及时处理，有效避免了在二衬完工以后进行缺陷的二次整治，将衬砌与缺陷整治结合在一起，具有较好的整体性。

3.3 隧道衬砌带模注浆方案的确定

为了使防水板紧贴和二衬混凝土的要求得到满足，通常运用预埋PVC管进行纵向注浆，但是这种方式比较容易出现衬砌空洞的问题，因此建议在遵循上述要求的基础上对其进行衬砌带模注浆处理，进一步促进二衬整体质量的有效提高。同时应该注意，注浆管路、污水处理、浆液搅拌、压力灌注、视频监控以及液压控制等系统构成带模注浆系统，在实际施工时应该严格遵循相关要求选择适合的注浆材料（专用微膨胀注浆料）、注浆机和注浆管连接、衬砌混凝土、RPC注浆管安装以及防水材料等，并依据注浆、拆模、评价注浆效果的顺序开展后续作业，进而使得衬砌带模注浆操作的可行性和规范性得到保障。

3.4 注浆时间情况研究

第一种情况，在衬砌混凝土浇筑完工后的1h～4h进行浆液的注入工作，在衬砌混凝土初凝前进行注浆时，因为衬砌混凝土和注浆料之间的配合比存在着一定的区别，所以此注浆料注入不包含初凝混凝土，进而能够达到形成完整结合体的要求，具有较强的抗折和抗压效果，但同时也可能达不到施工质量验收标准。第二种情况，在衬砌混凝土浇筑完工以后的4h～6h进行浆液注入工作（同时注浆必须在混凝土浇筑完12h内完成），衬砌混凝土的初凝后，终凝前可以实现实体充填，可以达到施工质量的标准要求，因此在这个时间段进行注浆不仅能够有效减缓施工人员的工作强度、提升施工作业的效率，而且有助于更好地控制注浆成本[1]。基于此，所选择的注浆时间为衬砌混凝土浇筑后4h（同时注浆必须在混凝土浇筑完12h内完成）。

4 衬砌带模注浆流程

4.1 注浆系统安装、衬砌混凝土相关记录要点

安装注浆管的时间是在二衬混凝土浇筑之前以及二衬台车安装定位之后，经衬砌台车将法兰固定在指定的位置并以垂直角度将RPC注浆管穿入，此时液压系统已经升高至防水板的位置，顶端管口切割宽度和深度分别为4mm、5.2mm。用衬砌台车固定法兰的位置并安装定位法兰、在定位法兰上安置RPC管，可以保证防水板和十字切口端之间无缝隙、处于贴合状态，然后连接注浆固定系统和定位法兰[2]。衬砌混凝土应对称浇筑，左右两侧混凝土面高差不得超过0.5m，前后高差不得超过0.6m，混凝土浇筑应逐窗逐层自模板窗口灌入，由下向上，对称分层，倾落自由高度不超过2m。浇筑拱顶混凝土时，注浆管作为观察口，看混凝土是否浇注到拱顶，注意观察预埋管是否泌浆为准，冲顶完成后对注浆观察口进行清理，避免堵塞，进而影响工程施工作业的进度和质量。

4.2 注浆管安装、注浆要点

在做好带有阀门、注浆孔以及连接好注浆接头、压力表之后，开始安装制浆注浆设备，在循环衬砌下部安装好设备以后应该及时设置安全警示标识。拱顶注浆原则上按照从低端往高端开始注浆。衬砌混凝土浇筑完成后及时进行，注浆材料采用专用微膨胀结合注浆料，水灰比为0.18；注浆采用专用的制浆注浆一体机进行操作。浆液要求连续拌制，拌制过程中严格监控材料用量，确保浆液的质量。注浆前注浆班应对每个注浆孔进行疏通，以防止注浆孔堵塞，注浆时每个注浆孔都应使用，注浆结束标志以排气孔和端头模流出浓浆即结束注浆，注浆压力按照0.6MPa～1MPa控制。若台车模板处出浆压力达到1.0MPa，仍未出浓浆，应更换排气孔注浆，直至排气孔和端模流出浓浆3s～5s时停止注浆。

5 隧道衬砌带模注浆效果评价及完善对策

5.1 隧道衬砌带模注浆效果评价

传统的隧道拱顶注浆为纵向预贴注浆排气管道的注浆方法，采用胶质注浆管、钢管或PVC管进行径向注浆，但是由于PVC管的内壁是光滑的，浆体在收缩以后容易产生脱落，存在着一定的安全隐患；同时钢管极易引发刺破防水板的隐患，脱膜时管外混凝土极易开裂，因此传统的注浆方法很难有效提升衬砌的质量。带模注浆新型高铁隧道衬砌台车采用RPC管代替了原来的钢管和PVC管，RPC管可顶紧防水板，并有效防止其对防水板产生的不利影响[3]。另外，RPC管的预埋工艺相当简单方便，借助衬砌台车预留孔将RPC注浆管穿入，依托变径接头和法兰进行固定，带模注浆在脱膜以后将敲断RPC管，这不仅有助于提升注浆工作的整体效率，而且能够有效改善之前工作中存在的不足，将施工造价控制在合理的范围内。

对于隧道衬砌带模注浆效果的评价主要如下。

（1）通过对衬砌台车拱顶开孔，在衬砌台车拱顶中心位置沿台车纵向方向设置一定数量的注浆孔，并安装RPC注浆管，通过制注浆一体机带模高压注入微膨胀注浆料，简化了施工工艺，解决了拱顶脱空，提高了衬砌质量。（2）本工艺所用的RPC注浆管，为水泥基制品，既有较好的抗折性能，又与混凝土结合性较好，且在脱模时可以直接敲断，使用十分方便。（3）本工艺所用的专用微膨胀注浆料，现场加水直接使用，无泌水、微膨胀、强度高，具有可施工时间较长和优异的自流平性能，注浆料与水泥胶结合较好，非常有利于衬砌混凝土的修复和补强。（4）通过预埋注浆管泌浆情况和防脱空装置对衬砌混凝土拱顶浇筑过程监控，有效提高拱顶灌注质量。（5）通过带模注浆预防衬砌拱顶脱空，且注浆料与衬砌混凝土结合成良好的受力体系。（6）带模注浆可采用较高的注浆压力，通过浆体的充分渗透，对板与板间的环向施工缝或冷缝等缺陷进行及时修复。（7）通过注浆用量对班组进行量化考核，倒逼施工作业班组提高衬砌灌注质量，及时发现问题，采取积极补救措施。

5.2 注浆工作的完善对策

运用新型衬砌台车注浆预RPC注浆管，如果在4h内拱部混凝土初凝前管道保持通畅状态，而12h后预埋RPC注浆管出现堵塞，则表示注浆管道不成功。运用RPC注浆管进行顶端注浆，在重力的影响之下呈现抛物线充填状态，这样极易产生容易产生注浆管注浆盲区，进而直接影响注浆的效果，在一定程度上决定着拱顶空洞问题是否能够得到改善[4]。基于此，带模注浆高铁隧道衬砌台车工装，通过添加拱顶纵向注浆管的方式进行处理，运用这种方式不断改善注浆技术，因此，这就需要隧道拱顶、RPC注浆管顶端以及衬砌台车保持紧贴的状态，进而保证隧道拱顶浇筑混凝土处于封闭状态，隧道拱顶混凝土的堵塞状况也会得到改善，能够很好地满足注浆的相关标准要求。这样能够使注浆管道的通畅性得到保障，当注浆料注入注浆管内以后，经过注浆管溢浆孔注入拱顶从而达到质量标准。

6 结束语

综上所述，随着我国高速铁路的快速发展，机械化施工进程也因此发生了很大的改变，高速铁路隧道施工的数量持续扩张，规模不断增加。带模注浆可以严格控制成本，具有工期较短、装配简便的特点，可以使施工现场的施工质量得到有效保障[5]。因此，在高铁隧道施工中采用隧道衬砌带模注浆，能够有效提升建设施工企业的经济效益，将其成本控制在合理的范围内，并且有助于降低施工人员的工作强度，具有极高的推广价值。