基于隧道工裝設備的二次襯砌混凝土質量控制

摘要：近年來，高速鐵路隧道襯砌的質量缺陷在第三方檢測中暴露出來越來越多，“缺陷整治”成為隧道施工的常態也是病態。缺陷整治需要消耗大量的人力、物力及財力，特別是鐵路運營階段的缺陷治理矛盾表現的更為突出。以福廈高鐵石竹山隧道施工為例，針對目前襯砌存在的質量病害，從工裝配置改進和工藝優化方面入手，從初期支護驗收到襯砌混凝土澆筑、養護等工序全方位控制，解決隧道襯砌施工過程中長期存在的各種弊病，減少了隧道襯砌質量缺陷，提高了隧道襯砌施工質量。

關鍵詞：隧道;二次襯砌;缺陷整治;質量控制

0" "引言

目前，隧道襯砌缺陷整治暴露出的問題主要有厚度不足、強度不足、拱頂脫空、端頭月牙裂縫、冷縫、表面麻面、表面滲漏水等。產生隧道襯砌缺陷的主要原因包括施工管理不到位、施工工藝可操作性不強、施工工序監控不到位、施工工裝設備配置不到位、管理人員思維守舊、作業人員對新型工藝工法抵觸等[1]。

官幼新隧道屬中長隧道，左線里程ZK38+790-ZK39+691（全長901m），右線起止里程K38+790-K39+698（全長908m），隧道單幅合計1809m，其中洞身IV級圍巖占66%，V級圍巖占34%。隧道左右線進出口均為端墻式洞門。隧道區屬高中山地貌，地形起伏較大。隧道范圍內中線高程870.37～895.53m，最大高差約25.16m。山體自然坡度30°～45°，植被較發育。進出口處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩定狀態。

隧址區進出口均沒有道路，通行條件較差。隧道進口段置于坡積碎石土，圍巖主要為強風化灰巖，巖體中風化裂隙極發育，多呈張開，巖體破碎，圍巖整體強度及穩定性差。隧道出口段仰坡巖土體由坡積碎石土、強-中強風化玄武巖組成。強風化玄武巖巖體中風化裂隙極發育，多呈張開，巖體破碎。洞身段崩坡殘積層及強風化玄武巖圍巖級別為Ⅴ級，圍巖穩定性差。強風化-中風化玄武巖圍巖級別為Ⅳ級，圍巖穩定性較差。

1" 利用智能設備保證施工工藝

針對目前襯砌存在的病害，首先要從問題產生的原因進一步分析如何應對措施，其次要堅持“以工裝保工藝，以工藝保質量”的思想。最后要通過不厭其煩的教育培訓，讓作業者接受現階段先進的工藝工法。

1.1" "用三維激光掃描儀檢查初支斷面

初期支護斷面是否合格直接影響二次襯砌厚度，該工序是襯砌施工質量控制的重要環節。常規初期支護斷面掃描，采用全站儀按指定的間距進行逐斷面掃面，掃描工作量大，且存在個別欠挖點掃描遺漏等問題。針對以上問題，采用三維激光掃描儀進行初支混凝土表面平整度和凈空檢測[2]。

三維激光掃描儀利用激光測距的原理，通過掃描初支表面大量密集點，記錄其三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據，通過軟件處理可以生成監控量測斷面、侵限分析斷面（見圖1）及三維侵限云圖（見圖2）。侵限分析斷面為每個斷面的初支輪廓，它以數據及圖形的形式顯示侵限的具體部位及數值。三維侵限云圖可對整段初支面進行定性分析，按照顏色深淺顯示初支整體輪廓情況。根據掃描結果可對初支不平整及超欠挖處及時進行處理。

1.2" "三維激光定位儀定位土工布熱熔墊圈

土工布掛設前，采用三維激光定位儀進行土工布掛設點放樣，如圖3所示。調節定位儀的激光燈發射器燈罩，激光發射器發射出的激光預先投影在隧道拱頂或拱墻內壁上，顯現出等間距陣列布置的激光定位點。采用三角定位卡尺精細定位，確保布點合理，符合設計要求。

1.3" "利用防水板專用臺車掛設防水板

利用防水板鋪設臺車，將土工布由一側邊墻環向鋪展至另一側邊墻。鋪設過程中，土工布鋪設要松緊適度，使之能緊貼在噴射混凝土表面，不致因過緊撕裂，也不致因過松使土工布褶皺堆積形成蓄水點。采用新型的瓦斯燃氣射釘槍[3]、專用混凝土釘及熱熔墊片，將土工布固定在噴射混凝土面上。

1.4" "利用防脫空主動監測裝置監測襯砌拱頂澆筑

襯砌防脫空主動監測系統[4]包括分布式壓密傳感器、監測延長線、直顯與通信終端、監測工控機。系統采用純物理方法識別兩層界面是否被壓密，將其布設于土工布與防水板之間，用泡棉膠或射釘槍把傳感器帶固定土工布上。安裝后對監測系統進行測試，確保能正常使用。

每條傳感器有15個敏感元器件，敏感元器件與指示燈一一對應，顯示終端指示燈為綠色時，表示該區段內防水板因二襯混凝土擠壓而與土工布和初期支護密貼，混凝土澆筑密實。燈全部變為綠色時，襯砌停止澆筑。澆筑過程中，根據指示燈顏色選擇混凝土入料口，確保混凝澆筑密實，防止拱頂出現脫空現象。

1.5" "襯砌混凝土采用智能臺車澆筑

襯砌混凝土采用智能臺車自動布料系統澆筑，布料機采用封閉式管路輸送方式[5]，由布料分配小車+帶壓工作的泵送管路組成，如圖4所示。布料分配小車通過縱向行走換位、左右擺動分流和上下升降對位完成混凝土泵送入倉，泵送管路將混凝土分流到指定位置，通過智能控制系統實現混凝分層澆筑。

分管口與襯砌臺車各層澆筑窗口編號一一對應，混凝土澆筑順序依次為一層、二層、三層、四層。澆筑過程中，通過電磁閥控制橫向移動液壓缸調節主管管口位置，分別與后方各個混凝土分流管口連接，各層混凝土面至澆筑窗口底面下50cm時，立即停止該層混凝土澆筑，進行上一層窗口的混凝土澆筑。每層窗口兩側混凝土面高差控制在50cm以下[6]。

1.6" "采用自動噴淋養護臺車對襯砌進行養護

襯砌混凝土強度達到脫模要求后，敲斷RPC注漿管，卸下接觸網預埋槽道T形螺栓后，臺車脫模前行。混凝土拆模后2h內采用自行研制的自動噴淋養護臺車（見圖5）對混凝土進行養護，養護時間不小于14d，且不得中斷，噴灑水霧間隔3h，確保混凝土處于濕潤狀態。

2" 優化工藝確保工程質量

2.1" "防水板掛設

防水板施工超前二次襯砌混凝土1～2個襯砌臺車長度施工，采用半自動防水板臺車環向鋪設方法，將防水板由一側邊墻鋪展至另一側邊墻。鋪設過程中，采用電磁焊槍，將防水板與固定土工布的熱熔墊片焊接。電磁焊槍運用感應電磁加熱，磁場通過磁芯的聚磁反射，使前磁場得到增強，磁場有效距離相對較遠。

電磁焊槍對鐵質才能加熱，施工時需要配用專用熱熔片。焊接前，先通過試驗確定需要設定的時間與電流，進而達到防水板整個面焊接牢固、速度快、零損傷的效果。邊鋪邊焊，防水板松緊應適度并留有余量，以保證防水板全部面積均能抵到圍巖。

2.2" "鋼筋安裝保護層及間距控制

為保證混凝土保護層厚度、鋼筋層間距及鋼筋整體線型，采用自制的鋼筋限位架[7]。鋼筋限位架制作類似于三肢鋼架，采用兩Φ22mm根鋼筋做限位架骨架，二根主筋之間采用Φ16mm鋼筋加固。每節鋼架長度5m，連接板采用100mm×100mm角鋼加工，其半徑為襯砌內層鋼筋半徑，限位架拆卸方便、使用便捷。

為保證鋼筋縱向間距，采用100mm×100mm角鋼與Φ22mm鋼筋制作定位卡具，與鋼筋限位架配套使用。襯砌鋼筋安裝前，放樣定位安裝限位格柵鋼架，將其作為襯砌鋼筋結構位置定位的基準。鋼筋綁扎時，卡具與靠近初支面的鋼筋首先綁扎連接，至鋼筋綁扎完成，拆除連接，將卡具抽出。

2.3" "弧形槽道施工

為確保兩組槽道間距、平行度和組裝后平齊，在自制專用定位臺架上進行弧形槽道的組裝焊接，如圖6所示。槽道間采用Φ20mm螺紋鋼連接，焊點位于槽道背后豎向型鋼。焊接完成后待焊點溫度自然冷卻，采用冷鍍鋅進行噴鋅防腐處理。

為避免因安裝定位偏差和混凝土沖擊移位，造成槽道環向、縱向和嵌入混凝土深度不符合規范要求，采用臺車開孔、T型螺栓栓接的固定方式。開孔位置和數量應根據槽道類型及其固定點確定，分兩個和三個固定點兩種，孔眼采用方形孔，尺寸略大于T型螺栓頭，襯砌脫模前將螺栓旋轉拆除。

2.4" "襯砌臺車端頭軟搭接處理

在二襯臺車端頭（靠近已澆筑二襯混凝土端）焊接一圈外接托盤，該托盤主要由壓槽（深20mm）和外接底座組成，采用16mm鋼板拼焊形成，外接托盤弧度與臺車外輪廓相同[8]，其尺寸如圖7所示。

托盤壓槽里安裝厚度40mm、寬度100mm，可壓縮量50%左右的可壓縮橡膠墊片，相鄰橡膠墊端頭采用承插式接頭，以保證橡膠墊之間有效連接，實現襯砌臺車與已澆注的上板混凝土搭接部位間的軟搭接。這不僅可防止因臺車就位頂升造成已澆筑襯砌產生拱頂閉環裂縫，還能有效控制澆筑過程中的漏漿及襯砌錯臺。

2.5" "混凝土澆筑質量控制

嚴格按照“三逐兩孔兩振”的要求控制，即分層逐窗布料、逐窗分層振搗、拱頂逐板注漿，拱頂≥2個孔灌注。邊墻混凝土的振搗以插入式振搗器為主、附著式為輔。邊墻以上部分混凝土的振搗采用附著式為主，通過工藝性試驗確定振搗時長和頻次。附著式振搗盡量采用短時間、多頻次、左右對稱的振搗方法，根據工藝試驗確定時長、振搗器數量。同時為振搗人員準備較好的作業環境，保證作業人員能夠觀察到震動的效果。

2.6" "拆模及外觀檢測

二次襯砌變形基本穩定后施工的二襯，當混凝土強度達到8MPa以上時方可拆模。對于初期支護變形未達到穩定而提前施工二襯的，混凝土強度達到設計強度的100% 時方可拆模。二襯拆模時，混凝土外表層與內部、表層與環境之間的溫差≤ 20℃，結構內外側表面溫差≤15℃，混凝土內部開始降溫前不得拆模。

3" "結語

本文根據目前高速鐵路隧道襯砌質量缺陷的類型和產生的原因分析，堅持以“工裝保工藝，以工藝保質量”的施工理念，通過福廈石竹山隧道的施工實踐總結，從初期支護驗收到襯砌混凝土澆筑、養護等工序全方位控制，解決了隧道襯砌施工過程中長期存在的各種弊病，極大減少了隧道襯砌質量缺陷，提高了隧道襯砌施工質量，可供同類型工程施工借鑒參考。

參考文獻

[1] 王進生.基于故障樹的鐵路隧道襯砌脫空原因分析及應對措施"[J].鐵道勘察2019（5）：97.

[2] 孫文晉.三維激光掃描技術在隧道襯砌質量控制中的應用[J]."中國公路，2019（14）：110-111.

[3] 張佳貞.隧道二次襯砌質量控制新技術[J].交通世界，2020（6）：115.

[4] 趙陽川，李亞林，衛敏.隧道襯砌脫空及厚度不足的原因分析與防治措施初探[J].現代隧道技術，2019（2）：41.

[5] 王百泉.新型智能襯砌臺車施工自動控制系統研究與應用[J].隧道建設，2019（10）：1729.

[6] 李校珂.新型智能化隧道襯砌臺車施工技術研究[J].施工技術，2020（1）：101.

[7] 魏奎斐，張文格，孟占勇.重載鐵路隧道二次襯砌施工質量控制技術[J].施工技術2018（SI）：705-708.

[8] 張軍，王明慧，向道銀.鄭萬高鐵重慶段隧道二次襯砌施工質量管理實踐[J].現代隧道技術，2020（2）：51.