隧道二次衬砌拱顶带模注浆工艺效果评价

张晓晨

（张家口市交通建设投资控股集团有限公司，河北 张家口 075000）

引言

我国绝大多数隧道工程是以爆破开挖，二次衬砌施工工艺为主，在施工中出现了各种各样的病害和缺陷，给隧道工程的后期运营带来了安全隐患[1]。尤其是二次衬砌拱顶空洞缺陷一直是隧道施工中控制的重点和难点。

1 二次衬砌带模注浆工艺技术

隧道二次衬砌带模注浆施工工艺原理：在二次衬砌台车拱顶预埋径向注浆管，数量以3～5根为宜，在二次衬砌混凝土浇筑完毕达到初凝状态后，通过注浆管及时注入微膨胀、高流动性、高结合性的浆液，使浆液与二次混凝土及注浆管三者形成一个有机的整体[2]，工艺流程见图1。

图1 二次衬砌带模注浆施工工艺

1.1 注浆管安装

（1）在二次衬砌台车就位加固后，对每个注浆孔预埋的注浆管长度进行测量。由于每孔处的二次衬砌实际厚度不一致，所以每孔均需要测量确定注浆管的长度。将准备好的注浆PVC管通过二次衬砌台车顶部预留的安装孔进行试穿测量，注浆管的下料长度为上端紧贴防水板，下端外伸出安装孔10～15 cm为宜。（2）将每孔的注浆管安装到台车顶部的安装孔中，并用法兰进行固定[3]。（3）将注浆管依次与注浆泵管路连接，由距离上一循环衬砌端注浆孔开始向二次衬砌端头方向依次连接注浆泵注浆。注浆管安装及连接管路见图2，注浆孔位布置见图3。

图2 注浆管路连接

图3 注浆孔布置

1.2 浆液制作

注浆材料采用微膨胀水泥浆，其配合比根据现场试验确定，浆液除了要具备基本性能外，还需具有均匀性、环保性和结合性。要满足技术指标，含水率应控制在3%以下，碱含量控制在0.4%以内，氯离子含量控制在0.1%以内，pH值控制在9～11之间，拌合物的表观密度控制在2 220～2 300 kg/m3，出机流动度为380～410 mm，分离度为-1%～1%，泌水率为零，塑性膨胀率为0.3%～2%，12 h抗压强度≥3.5 MPa，1 d抗压强度≥18 MPa，28 d抗压强度≥50 MPa，12 h抗折强度≥1 MPa，1 d抗折强度≥4 MPa，28 d抗折强度≥10 MPa，抗渗性≥ 1.5 MPa，24 h结合强度7 d的强度比应≥110%，28 d 的强度比应≥105%[4]。

1.3 注浆

二次衬砌混凝土浇筑完成达到初凝状态时，将已配置好的浆液进行注浆作业，第一个注浆孔一般为靠近已浇筑的上一循环二次衬砌，第一注浆孔注浆压力达到1.0 MPa后，或者其他注浆孔出现溢浆时，则停止该孔注浆，关闭该孔的止浆阀门，进行下一孔注浆作业，依次将各孔全部注浆完成[5]。

2 崇礼隧道二次衬砌拱顶空洞情况分析

2.1 崇礼隧道概况

崇礼隧道位于河北张家口市崇礼区四台嘴乡，隧道进口里程为DK62+310，出口里程为DK67+800，线路全长为5 490 m，最大埋深为376 m，最小埋深为25 m。该隧道于2020年3月初开工建设，计划于2021年12月底建成运营。截止目前为止，隧道二次衬砌已浇筑完成约80%，其中DK62+310—DK62+500段采用的是传统浇筑工艺，没有进行带模注浆作业，剩余段落均采用带模注浆进行作业。

2.2 未使用带模注浆二次段落检测数据分析

崇礼隧道在施工至DK62+500位置时，业主委托的第三方检测单位对崇礼隧道的DK62+310—DK62+390段已浇筑完毕的二次衬砌拱顶进行地质雷达检测，检测长度共计80 m，其中拱顶部位检测出的缺陷主要为空洞和厚度不足，检测处的缺陷部位及相关数据见表1。

表1 崇礼隧道DK62+310—DK62+390段拱顶检测缺陷数据

2.2.1 DK62+320—DK62+321缺陷里程段

通过地质雷达波形分析，在25～45 cm处其图像表现为反射信号强，三振相明显，且在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大，由此判定该里程段存在比较严重的空洞现象，见图4。为了进一步验证，现场在DK62+320.3处进行打孔验证，打孔深度46 cm，实测二次衬砌厚度25 cm，设计厚度为45 cm，空洞深度为21 cm，由此可见，该里程段确实存在严重的空洞缺陷。

图4 DK62+320—DK62+321段地质雷达检测

2.2.2 DK62+343—DK62+345缺陷里程段

根据图5地质雷达检测显示，主要缺陷是拱顶空洞。通过地质雷达波形分析，在40～45 cm处其图像表现为反射信号较强，且在其下部仍有较强反射界面信号，两组信号时程差较大，由此判定该里程段存在空洞现象。为了进一步验证，现场进行了打孔验证，打孔里程为DK62+344，打孔深度43 cm， 实测二次衬砌厚度37 cm，设计厚度45 cm，空洞深度为6 cm，属于一般空洞。由此可见，该里程段确实存在空洞，同时该里程段的二次衬砌厚度不足，欠厚约2 cm。

图5 DK62+343-DK62+345段地质雷达检测

2.2.3 DK62+385—DK62+386.6缺陷里程段

根据图6地质雷达检测显示，主要缺陷是拱顶空洞。通过地质雷达波形分析，在35～50 cm处其图像表现为反射信号强，三振相明显，且在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大，由此判定该里程段存在比较严重的空洞现象。为了进一步验证，现场进行了打孔验证，打孔里程为DK62+386，打孔深度48 cm，实测二次衬砌厚度37 cm，设计厚度40 cm，空洞深度约11 cm左右。由此可见，该里程段确实存在严重的空洞缺陷。

图6 DK62+385—DK62+386.6段地质雷达检测

2.3 使用带模注浆二次段落检测数据分析

崇礼隧道施工过程中出现拱顶空洞现象后，为消除该缺陷，在DK62+500里程段向大里程方向的二次衬砌施工改进了施工工艺，使用二次衬砌拱顶带模注浆工艺。在浇筑完约100 m后，第一时间由第三方检测机构进行了地质雷达检测，检测结果显示，空洞缺陷明显减少。

对崇礼隧道DK62+500—DK62+600段拱顶进行检测，检测长度共计100 m，其中拱顶只有一处显示有轻微空洞，里程为DK62+501—DK62+502，其余位置均未发现明显空洞缺陷。通过地质雷达波形分析，该里程段的波段均匀，信号幅度较弱，甚至没有截面反射信号，由此可知，该里程段的拱顶空洞很少，结构较密实。

3 带模注浆施工效果评价

对崇礼隧道二次衬砌实施拱顶带模注浆工艺与传统工艺进行地质雷达检测对比，实施拱顶带模注浆工艺后，隧道的拱顶空洞缺陷明显下降，拱顶质量得到了明显提高，由此可见，带模注浆施工效果优于传统施工工艺。对崇礼隧道两种工艺施工的地质雷达检测数据进行整理统计，见表2。

表2 崇礼隧道两种工艺拱顶检测缺陷数据对比

在崇礼隧道施工前期，采用传统二次衬砌浇筑工艺，选取了进口段80 m已浇筑的二次衬砌进行拱顶地质雷达检测，共计有6处空洞缺陷，其中比较严重的空洞缺陷有2处，一般的空洞缺陷为1处，轻微的空洞缺陷有3处，缺陷比例总体约为7.5%。经过工艺改进，在后期采用拱顶带模注浆工艺后，选取了100 m长度检测，只有1处轻微空洞缺陷，缺陷比例降至1%，相比传统工艺缺陷比例降低了6.5%。由此可见，隧道二次衬砌拱顶带模注浆工艺能够有效降低拱顶空洞的病害缺陷。

4 结语

隧道工程二次衬砌拱顶带模注浆工艺能够有效降低拱顶空洞缺陷，通过对施工工艺进行不断优化和改进，可以提高隧道的拱顶施工质量。