高鐵隧道二襯拱頂充填注漿施工技術及應用

王聲飛WANG Sheng-fei

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

目前隧道傳統施工技術應用已較為成熟，為了攻克特殊條件下的隧道施工難題，各種先進的施工技術不斷被發掘。在施工質量控制方面，新技術、新材料、新工藝和新設備等四新技術越來越多地被投入到隧道施工生產中[1-2]，提高了工程實體質量，但是，隧道二襯拱頂脫空問題一直沒有得到較好地解決。究其原因，一般地，都包括二襯入模混凝土工作性能不佳、施工工藝不成熟或施工組織脫節等方面，造成了二襯施工質量缺陷，特別是對高鐵隧道運營期安全帶來了極高的隱患和風險。

本文依托華山松隧道，研究了高鐵隧道二襯拱頂注漿的有效解決途徑，通過預留管道法較好地實現了二襯拱頂充填注漿施工，對二襯背后脫空及局部不密實進行了充填，達到了理想效果，推廣應用前景廣闊。

1 工程概況

華山松隧道位于云南省曲靖市內，隧道全長16.46km，最大埋深432m，最小埋深約13m。隧道設計為復合式襯砌結構，一般地段二襯混凝土抗滲等級不低于P10，地下水發育段或高瓦斯地段二襯混凝土抗滲等級不低于P12。防水層采用防水板與土工布分離設置，防水板選用EVA（乙烯、醋酸乙烯共聚物）防水板，防水板本體原料不使用再生料，滿足設計及規范要求。

2 施工工藝原理

隧道二襯施工時，在二襯拱頂預留注漿花管和排氣管，兩管均采用PVC 管，注漿花管布設溢漿孔，外露端連接注漿機。排氣管布設排氣孔。縱向注漿花管和排氣管上端抵住防水板，下端端口封堵后抵住二襯臺車頂面。在二襯混凝土終凝時，通向縱向注漿管開始對二襯混凝土空洞進行注漿處理，提高二襯混凝土與注漿處理液的整體性，修復各種混凝土缺陷，有效防止拱頂防水板穿孔及脫落，保證二襯施工質量。注漿管正面布置圖見圖1。

圖1 注漿管正面布置圖

3 施工關鍵技術

3.1 拱頂縱向管道預留

土工布及防水板施工完成并檢查合格后，在二襯鋼筋安裝之前，進行縱向管道預留施工。注漿花管、排氣管等需要根據設計要求和二襯澆筑長度在加工廠集中加工，便于施工靈活調整，縱向管均采用Ф32 PVC 管，每板或多板聯合注漿長度等于計算長度加20cm 外露，注漿管布設溢漿孔，孔徑6～8cm，孔間距15～20cm，呈梅花型布置。注漿花管構造圖見圖2。

圖2 注漿花管構造圖

排氣管在90°范圍內的兩個直角邊上開2 個排氣孔，間距按20cm 布置。使用兩層PE 膜包裹管外壁緊貼密閉，再利用膠帶進行封口，封口位置應在無孔區域進行。包裹封閉應確保澆筑二襯時混凝土漿液不會流入注漿花管內，而后期注漿時可加壓沖破預留孔口處PE 膜，保證漿液和空氣流通。拱頂縱向預留管道大樣見圖3。

圖3 拱頂縱向預留管道大樣

預貼注漿花管和排氣管時，注意縱向伸入安裝時，避免管道端頭戳破防水板而造成防水層滲水。預留排氣管時，上部利用PVC 彎頭與縱向管連接，上端抵住防水板，下端端口封堵后抵住二襯臺車頂面。為保證預留管不偏位，可利用二襯鋼筋和加工定位鋼筋使其固定牢固，并于已澆筑的二襯混凝土上做好定位標記。

排氣管預留時，應注意其排氣孔應朝向上方向埋設。排氣管埋設于拱頂中線最高點位置，注漿花管可略低于排氣管位置。排氣管安裝方位示意圖見圖4。

圖4 排氣管安裝方位示意圖

為了保證縱向預留管道的位置和線形，可以增加一根縱向定位筋與注漿花管和排氣管綁扎固定，同時與二襯鋼筋連接固定。在隧道二襯混凝土施工完成后，及時通過雷達檢測確定二襯混凝土背后密實情況，采用縱向預留管道法進行充填注漿。現場拱頂縱向管道預留施工見圖5。

圖5 現場拱頂縱向管道預留施工

3.2 二襯施工

按正常施工工序，二襯臺車就位后，進行二襯混凝土澆筑施工。在混凝土澆筑過程中，應注意保護好縱向預留管道，特別注意在混凝土導管安裝過程中，碰觸損壞縱向預留管道，澆筑過程中，可通過端頭檢查管道是否完好。

3.3 充填注漿施工

3.3.1 準備工作

檢查注漿管是否通暢、完好，注漿設備是否運轉正常，連接注漿閥和排氣止漿閥，準備注漿所需的材料、設備。

3.3.2 注漿料選用

注漿料選取應根據襯砌脫空的堵水要求、加固要求等因素，同時還要滿足無毒性、無污染等進行選擇。同時，根據設計對注漿材料的要求，漿液應具有良好的可灌性，固結收縮小，具有良好的粘結性、抗滲性、耐久性和化學穩定性，注漿漿液一般為微膨脹砂漿。目前，常用的注漿材料除了常用的水泥基類漿液外，還有水玻璃類及高分子材料類等。其中，水泥基類漿液具有耐久性好等優點，在處理隧道二襯背后脫空時較為常用。而采用傳統的水泥漿作處理二襯背后脫空問題時，常會因漿液發生收縮變形，即結實率低而導致隧道二襯拱頂混凝土與防水板之間出現小范圍不密實等質量缺陷。為解決傳統注漿料帶來的質量隱患，拱頂充填注漿材料需選用具有一定微膨脹性的水泥基類漿液作為注漿料[3-5]，水灰比控制在1∶1.6～1∶1.7 之間，漿料重量配比為水泥∶摻合料∶減水劑∶膨脹劑∶砂子=1∶1.31∶0.012∶0.08∶2.43，PE 膜經試驗驗證承壓力小于0.15MPa。

3.3.3 注漿施工

本循環二次襯砌灌注完成、下循環二次襯砌施作前，并在襯砌混凝土達到一定設計強度后，進行襯砌拱頂充填注漿。

注漿采用攪拌機攪拌進行漿液制拌，采用注漿機進行壓漿施工，漿液需連續拌制以滿足壓漿需要，拌制過程中，需根據配合比嚴格控制各種材料用量，確保漿液工作性能[6-7]。水泥漿配制完成并攪拌均勻后，將注漿機出漿管連接預留注漿管的注漿閥，同時安裝預留排氣管的止漿閥。完成準備工作后開始注漿，關閉排氣止漿閥，同時在止漿閥上安裝壓力表，高壓壓入水泥漿，前期注漿壓力控制在0.2MPa 左右，使得漿液沖破注漿花管小孔的PE 膜封閉，流入空洞內。隨著空洞內壓力增大，通過管體縱坡和液壓排空原理，空氣沖破排氣花管小孔的PE 膜封閉，進入排氣管內，進而水泥漿液可將預留管道布設范圍內的全部空洞同步處理。注漿同時觀察排氣管止漿閥壓力表，待壓力達到0.15MPa 時，打開止漿閥，排出管內空氣。隨著注漿時間的增長，每隔2h 提高0.1MPa 注漿壓力，但最大不應超過0.4MPa，待止漿閥內持續漿液流出且無空氣排出時，關閉止漿閥進行穩壓，完成空洞注漿施工。注漿結束后應將注漿孔封填密實。隧道二襯拱頂充填注漿施工工序示意圖見圖6。

圖6 拱頂充填注漿施工工序示意圖

3.3.4 注漿效果檢測

在隧道二襯跟管注漿施工完成后，可擇機選取時間對二襯進行全段面的超聲波雷達掃描，針對斷面特殊的拱頂區域，可增加測線，由原拱頂一條測線增加至三條測線，覆蓋所有拱頂區域，檢測完成后及時進行測線分析，對存在疑似空洞或脫空的位置，進行標注，采取復測等方式加以驗證，將檢測分析結果或驗證結果反饋至現場。

4 效益分析

華山松隧道采用該進行充填注漿施工，與傳統二襯鉆孔注漿施工相比，縱向預留管道法避免了對防水板和二襯的損傷，施工可操作性更強，能夠較好地對二襯背后脫空或局部不密實進行充填，避免了傳統鉆孔注漿的盲目性和反復注漿的可能性。

根據設計要求，采用的注漿工藝應簡單，操作方便、安全。縱向預留管道法充填注漿比傳統二襯注漿工藝操作簡便，對作業人員要求較低，注漿花管、排氣管等材料的加工、埋設與二襯施工同步進行，省時省力，降低了二襯背后脫空處理的施工成本。

目前在建隧道多為整體式襯砌結構隧道，在施工中會出現空洞及不密實現象，存在質量隱患的同時，無法達到交驗標準，影響后續的交工驗收等工作開展，所以，控制好襯砌施工質量非常重要，那么過程中控制的重要性就得以體現，在隧道襯砌施工的過程中做好質量的把關，增加隧道襯砌拱頂預埋注漿管，能有效減少后續的鉆孔工作，且不會破壞防水體系，通過此方法的應用，注漿效果非常好，滿足設計及規范要求，很大程度解決了現有隧道襯砌質量隱患缺陷問題。

5 結束語

華山松隧道通過向隧道二襯背后進行壓漿施工，不僅可以充填由于泵送二襯混凝土澆筑不理想而形成的二襯背后脫空，使得初期支護和二襯密貼，形成更加合理的受力儲備體系，而且還可以充填由于二襯混凝土不密實而形成的剩余空間，進一步封堵裂隙水滲流通道，在華山松隧道的二襯雷達檢測過程中，檢測結果滿足質量驗收標準，效果良好，二襯施工質量滿足設計及規范要求。