隧道二襯混凝土縱向連續(xù)灌注施工工藝應(yīng)用研究

摘 "要：為保證隧道二次襯砌施工質(zhì)量，確保后期運(yùn)營(yíng)安全，該文以云南省勐臘縣勐遠(yuǎn)至關(guān)累口岸高速公路芒果樹隧道為背景，采用縱向連續(xù)灌注臺(tái)車，對(duì)隧道二襯混凝土縱向連續(xù)灌注施工工藝進(jìn)行研究，旨在有效解決隧道二次襯砌拱頂混凝土厚度不足、背后脫空、不密實(shí)等常見質(zhì)量缺陷難題。結(jié)果表明，隧道二襯混凝土縱向連續(xù)灌注工藝的使用，不僅可以提升二次襯砌混凝土內(nèi)在和外觀質(zhì)量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化減人、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。后續(xù)通過更多數(shù)據(jù)的積累，結(jié)合二次襯砌無損檢測(cè)結(jié)果，還能夠分析總結(jié)混凝土工作性能、泵送壓力和退槍速度的相互關(guān)系，分析對(duì)比2種防脫空壓力傳感器的監(jiān)測(cè)效果和成本，改進(jìn)優(yōu)化設(shè)備配置，為隧道二次襯砌混凝土施工工藝提升和隧道機(jī)械化配套提供更多參考。

關(guān)鍵詞：縱向連續(xù)灌注；二襯；混凝土；質(zhì)量缺陷；傳感器

中圖分類號(hào)：U455.6 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2025）10-0189-04

Abstract： In order to ensure the construction quality of the secondary lining of the tunnel and ensure the safety of later operation， based on the Mangoshu Tunnel on the Mengyuanguenlei Port Expressway in Mengla County， Yunnan Province， the longitudinal continuous pouring trolley was used to study the longitudinal continuous pouring construction process of the secondary lining of the tunnel， aiming to effectively solve common quality defects such as insufficient thickness of the tunnel's secondary lining vault concrete， void at the back， and untightness. The results show that the use of the longitudinal continuous pouring process of secondary lining concrete in tunnels can not only improve the intrinsic and appearance quality of secondary lining concrete， but also achieve mechanized reduction of labor and labor intensity. Subsequent accumulation of more data and combined with the results of non-destructive testing of the secondary lining， it is also possible to analyze and summarize the interrelationship between concrete working performance， pumping pressure and gun withdrawal speed， analyze and compare the monitoring effects and costs of the two anti-void pressure sensors， improve and optimize equipment configuration， so as to provide more reference for improving the secondary lining concrete construction process of the tunnel and tunnel mechanization.

Keywords： longitudinal continuous pouring; secondary lining; concrete; quality defect; sensor

芒果樹隧道是勐臘縣勐遠(yuǎn)至關(guān)累口岸高速公路二標(biāo)控制性工程，隧道整體呈東—西走向。進(jìn)口線間距約22 m，出口線間距約28 m，芒果樹隧道為分離式隧道，起迄樁號(hào)為右洞K14+550～K15+265，長(zhǎng)715 m；左洞ZK14+525～ZK15+264，長(zhǎng)739 m；左右洞平均長(zhǎng)度727 m，屬中隧道，隧道最大埋深102 m。進(jìn)口段位于山間溝谷地帶，出口段位于山體斜坡地段，可由進(jìn)口穿越橡膠林直達(dá)隧道出口位置，總體來說，隧址區(qū)交通條件較差。采用分離式雙洞布置，左洞進(jìn)口位于直線段內(nèi)，出口位于半徑R=970 m的平曲線內(nèi)，最大超高3%，縱坡為2.75%接0.7%單向坡；右洞進(jìn)口位于直線段內(nèi)，出口位于半徑R-1 150 m的平曲線內(nèi)，最大超高3%，右洞縱坡為0.8%單向坡。全隧正洞二次襯砌12 150 m，1 032板。

傳統(tǒng)二襯施工采用全液壓襯砌臺(tái)車，逐窗分層澆筑及自下而上的混凝土沖頂施工工藝，二襯混凝土澆筑完成后帶模注漿[1]。此工藝基本能滿足二襯混凝土質(zhì)量要求，但受灌注方式、主觀、客觀等因素的影響，特別是拱頂采用自下而上垂直或斜向沖頂?shù)墓嘧⒎绞剑瑯O易造成拱部混凝土無法充填密實(shí)，形成二襯厚度不足、背后脫空等質(zhì)量缺陷。

為確保后期運(yùn)營(yíng)安全，加強(qiáng)隧道二次襯砌施工質(zhì)量[2]，以芒果樹隧道出口二次襯砌為研究試點(diǎn)，采用智能二襯澆筑臺(tái)車+縱向連續(xù)灌注臺(tái)車相結(jié)合方式進(jìn)行二襯混凝土施工，旨在解決隧道襯砌拱頂施工質(zhì)量缺陷難題。

1 "設(shè)備選型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及已進(jìn)場(chǎng)的二襯臺(tái)車參數(shù)等綜合考慮，采用成都銳龍機(jī)械制造有限公司（以下簡(jiǎn)稱“銳龍”）生產(chǎn)的縱向連續(xù)灌注臺(tái)車（圖1）。根據(jù)泵送管道長(zhǎng)度、彎管數(shù)量計(jì)算，結(jié)合設(shè)備廠家以往施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土輸送泵要求泵送壓力在13～16 MPa，故采用最大泵送壓力20 MPa的SY5128THBF型號(hào)混凝土輸送泵如圖2所示，配合縱向連續(xù)灌注臺(tái)車施工。

2 "縱向灌注工藝流程

縱向灌注臺(tái)車就位→采用二襯臺(tái)車澆筑至第五層入料口→縱向灌注臺(tái)車潤(rùn)管→灌注槍就位→混凝土灌注啟動(dòng)→監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控控制灌注槍移動(dòng)→混凝土振搗→循環(huán)灌注至二襯端頭外側(cè)→關(guān)閉封堵盒閥門→退出灌注槍→混凝土澆筑完成→泵管清洗，收泵。其工序圖如圖3所示。

3 "縱向灌注施工工藝要點(diǎn)

3.1 "安裝拱頂防脫空傳感器

為有效監(jiān)測(cè)二襯拱部混凝土與初支間的密實(shí)程度，試點(diǎn)采用了2套防脫空壓力傳感器監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)并相互驗(yàn)證。

一是條帶形防脫空壓力傳感器（圖4），側(cè)點(diǎn)間距約1 m。防水板掛設(shè)前沿拱頂縱向粘貼于土工布表面?；炷翝仓巴ㄟ^延長(zhǎng)線連結(jié)專用充電式顯示終端。

二是縱向灌注臺(tái)車自帶防脫空壓力傳感器。該傳感器為單個(gè)獨(dú)立圓餅形（圖5），可自由布設(shè)，試點(diǎn)二襯采用沿拱頂縱向每2 m安裝1個(gè)，二襯模板臺(tái)車就位合模前，將傳感器粘貼于防水板表面，混凝土澆筑前連結(jié)縱向灌注臺(tái)車顯示終端。

3.2 "預(yù)留縱向灌注槍走行通道

二襯鋼筋安裝時(shí)，不安裝拱頂中線兩側(cè)25 cm范圍內(nèi)二襯鉤筋，為灌注槍順利通過二襯鋼筋提供通道。

3.3 "安裝灌注槍封堵盒

二襯臺(tái)車拱頂3 m范圍內(nèi)二襯端模，更換為由銳龍廠家提供的專用端模+灌注槍封堵盒。先安裝灌注槍封堵盒（圖6），再安裝其兩側(cè)二襯臺(tái)車堵頭模板。該板二次襯砌有預(yù)埋槽道時(shí)，需特別注意微調(diào)灌注槍封堵盒位置，保證灌注槍行駛過程不接觸槽道錨桿，避免影響預(yù)埋槽道定位。

3.4 "空車試槍

空車狀態(tài)將縱向灌注槍從灌注槍封堵盒伸入二襯臺(tái)車內(nèi)部，通過攝像頭檢查灌注槍運(yùn)行是否順暢，同時(shí)可以目測(cè)檢查二襯鋼筋、預(yù)埋槽道安裝情況。

3.5 "拱部以下混凝土澆筑

拱部以下混凝土采用二襯臺(tái)車混凝土布料系統(tǒng)澆筑，逐窗分層澆筑至第五層入料口，及時(shí)關(guān)閉入料口，換為縱向灌注臺(tái)車?yán)^續(xù)澆筑拱頂段混凝土至完成澆筑。按設(shè)計(jì)斷面計(jì)算縱向灌注總量約30 m3 [1]。

3.6 "縱向灌注臺(tái)車潤(rùn)管及連續(xù)灌注

縱向灌注臺(tái)車灌注前采用砂漿潤(rùn)管（裝載機(jī)配合），潤(rùn)管完成后，將灌注槍伸入二襯模板內(nèi)（圖7），距上一循環(huán)二襯混凝土端頭約75 cm，開始連續(xù)灌注（圖8），布料速度約0.5 m3/min，根據(jù)灌注方量總時(shí)長(zhǎng)控制在1～1.5 h。當(dāng)連續(xù)灌注混凝土總量的2/3或混凝土完全掩埋灌注槍時(shí)，開始退槍，每次退槍不大于1 m，退槍時(shí)，連續(xù)灌注不小于3泵，防止抽槍后形成脫空，保證密實(shí)度；循環(huán)至最后1 m處，待最后一個(gè)傳感器壓力到達(dá)閾值時(shí)，緩慢退槍，每次退槍不大于0.3 m，連續(xù)灌注不小于1泵，防止抽槍后形成脫空。

3.7 "縱向灌注混凝土振搗

采用二襯臺(tái)車自帶的拱頂插入式和附著式振搗器配合進(jìn)行振搗，根據(jù)防脫空視頻監(jiān)控系統(tǒng)及廠家參數(shù)（圖9），30 m3混凝土分4次振搗計(jì)算，累計(jì)分別為10、15、20和25 m3時(shí)進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間分別為3～6 s，剩余5 m3時(shí)根據(jù)壓力傳感器閾值結(jié)束澆筑。

3.8 "退槍出倉(cāng)

混凝土澆筑至二襯端模處時(shí)，灌注槍退出堵頭板，及時(shí)關(guān)閉灌注槍封堵盒閥門，澆筑完成。關(guān)閉閥門時(shí)灌注槍內(nèi)混凝土須保持泵送壓力。

4 "采用技術(shù)

4.1 "視頻信息監(jiān)控技術(shù)

在灌注槍封堵盒灌注孔兩側(cè)，安裝有外置攝像頭和補(bǔ)光燈，均采用網(wǎng)線插口、網(wǎng)線供電。攝像頭可以將混凝土澆筑到堵頭時(shí)的狀態(tài)視頻攝錄，通過2個(gè)工業(yè)顯示屏呈現(xiàn)。

4.2 "頂部自粘埋設(shè)式防脫空傳感器技術(shù)

縱向灌注臺(tái)車融合了目前較為先進(jìn)的頂部自粘埋設(shè)式防脫空傳感器技術(shù)，對(duì)拱頂混凝土澆筑的密實(shí)度及時(shí)進(jìn)行有效驗(yàn)證和檢測(cè)。

其主要優(yōu)點(diǎn)有：①使用方便、靈活，鋼筋綁扎完成后，可將拱頂壓力傳感器粘貼到防水板上；②安全，所采用電氣元器件均為低壓電氣，壓力傳感器供電電源為DC5V；③加入PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；④加入HMI人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)可追溯化，可使用U盤下載報(bào)警數(shù)據(jù)，壓力歷史曲線圖；⑤報(bào)警閾值可設(shè)置，為達(dá)到混凝土穩(wěn)壓狀態(tài)，可設(shè)置延時(shí)報(bào)警時(shí)間；⑥采用蜂鳴報(bào)警器，可及時(shí)提醒施工人員；⑦提供遠(yuǎn)程平臺(tái)，管理人員可遠(yuǎn)程平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；⑧可提供混凝土固化及養(yǎng)護(hù)溫度；⑨可提供3～12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位；⑩提供方量輸入及總方量累計(jì)功能。

按照編號(hào)，將插頭插入控制箱，進(jìn)入防脫空參數(shù)設(shè)置，到達(dá)設(shè)定值，首頁(yè)報(bào)警燈將會(huì)變綠，說明拱頂混凝土澆筑飽滿，可結(jié)束澆筑。

4.3 "無線遙控及手機(jī)APP控制技術(shù)

縱向灌注臺(tái)車系統(tǒng)除配備遙控手柄操作外，同時(shí)還兼有手機(jī)APP操作系統(tǒng)功能，利用隧道Wi-Fi信號(hào)與臺(tái)車局域網(wǎng)連接，可實(shí)現(xiàn)集中控制。

4.4 "縱向灌注拱頂混凝土信息化收集

縱向灌注臺(tái)車不僅具備視頻監(jiān)控，還設(shè)置有信息化收集系統(tǒng)。灌注前輸入、核對(duì)工程信息，設(shè)置參數(shù)。系統(tǒng)對(duì)拱頂澆筑方量、混凝土入模溫度、澆筑時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、存儲(chǔ)和上傳，實(shí)現(xiàn)過程可控制、可追溯。

5 "與傳統(tǒng)沖頂工藝比較

5.1 "混凝土配合比

與傳統(tǒng)施工工藝相同，不需要另行設(shè)計(jì)。

5.2 "施工工效

一是2名工人即可完成縱向灌注全過程操作，較傳統(tǒng)豎向沖頂3～4人省人省工；二是機(jī)械化作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度低；三是已經(jīng)施做的4板二次襯砌縱向灌注混凝土平均用時(shí)80 min，較傳統(tǒng)沖頂120 min左右省時(shí)。

5.3 "質(zhì)量控制

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可視化操作結(jié)合防脫空壓力傳感器監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)預(yù)判，及時(shí)干預(yù)，及時(shí)補(bǔ)救，通過調(diào)整退槍速度、泵送壓力等，有效預(yù)控混凝土的澆筑實(shí)體質(zhì)量；縱向灌注實(shí)現(xiàn)封頂混凝土連續(xù)灌注，較傳統(tǒng)豎向沖頂減少了換管，避免了二次襯砌混凝土表面沖頂澆筑痕跡。

芒果樹隧道出口工區(qū)目前已使用縱向灌注臺(tái)車施工12板二襯，根據(jù)拱頂檢測(cè)結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)拱頂不密實(shí)、脫空現(xiàn)象?？v向灌注較帶模注漿用時(shí)、用量明顯減少，已澆筑二襯未超過50 kg注漿料，是豎向沖頂工藝的1/3～1/2左右。

5.4 "設(shè)備配置

縱向連續(xù)灌注臺(tái)車本身可作為二襯鋼筋施作臺(tái)車，減少了投資成本，也為隧道二襯流水線作業(yè)提供了條件。但為實(shí)現(xiàn)縱向連續(xù)灌注，臺(tái)車布設(shè)的混凝土泵送管道長(zhǎng)、彎管多，需要配備高壓混凝土輸送泵。

6 "結(jié)論

根據(jù)芒果樹隧道進(jìn)口連續(xù)4板二次襯砌混凝土采用智能二襯臺(tái)車+縱向連續(xù)關(guān)注臺(tái)車的使用情況，本研究在隧道二次襯砌混凝土施工的探索中，持續(xù)積累數(shù)據(jù)并結(jié)合無損檢測(cè)結(jié)果，深入剖析了混凝土工作性能、泵送壓力和退槍速度間的復(fù)雜耦合關(guān)系，揭示出縱向連續(xù)灌注工藝的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化減人、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升二次襯砌混凝土內(nèi)在和外觀質(zhì)量，為施工參數(shù)調(diào)控提供了理論依據(jù)。同時(shí)，對(duì)兩種防脫空壓力傳感器的監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度、穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)均很出色。后續(xù)研究將持續(xù)深化，為隧道二次襯砌混凝土施工工藝革新及機(jī)械化配套完善提供堅(jiān)實(shí)支撐，推動(dòng)隧道工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1] 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T 3660—2020[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.

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