淺析隧道二襯拱頂帶模注漿技術

金軍良

(中交四航局第一工程有限公司,廣東 廣州 510420)

隨著國家對建設方面的大量投入,工程建設水平不斷提高,發展速度不斷加快,隧道在鐵路、公路和市政工程中所占的比例越來越大。二次襯砌作為隧道的一種重要支護方式,在隧道開挖并進行支護后,需要盡快修筑,以防止圍巖裸露時間過長而引發風化、松動和塌落的發生。

1 工程概況

甌海大道三期(瞿溪環島至澤雅大道)工程起點位于溫州市甌海區瞿溪街道,接現狀甌海大道二期工程。建設內容主要包括橋梁工程、道路工程、隧道工程、排水工程、電力通信工程、交通工程、景觀亮化工程(橋梁部分)、照明工程等。本項目為城市主干道,設計車速60km/h,雙向6 車道。

項目右幅主線起于樁號YK0+011.832,止于樁號YK3+620,路線全長3608.168m；左幅主線起于樁號ZK0+007.888,止于樁號ZK3+606,路線全長3598.112m；勘查區內存在有以斷裂破碎帶為主、局部崩塌掉塊等不良工程地質問題。隧道山體路段有多條破碎帶,巖體較為破碎,圍巖自穩性差,且因節理裂隙極其發育,富水性良好,是地下水的良好通道,對隧道初期支護噴射,隧道沉降具有一定影響。

2 拱頂脫空的成因分析

2.1 初支面不平順

隧道的支護面如果出現不平整,將導致局部凹凸不平,在掛設防水板后,在背后形成了空腔,防水板的松弛性不夠好,在對混凝土進行澆筑的時候,出現拱頂脫空現象。

2.2 防水板張弛度不適

防水板的掛設要求極高,有兩種情況是非常不科學的。例如,防水板在掛設的時候出現過松的現象,那么會給混凝土的澆筑帶來困擾,混凝土受到一定的擠壓,產生了很多的褶皺,在褶皺間會有很多的小縫隙,導致拱頂脫空；如果對防水板掛設得太緊的話,也會在初支面和防水板接觸的地方出現空隙,同時由于混凝土也承受一定的壓力,時間一長使拱頂脫空。

2.3 混凝土振搗密實問題

澆筑過程中,需要對混凝土振搗密實,否則就會在內部出現很多的氣孔和很多的小孔洞,在澆筑的時候一般都從上部開始,等上部澆筑完成后,會出現初凝,因自身重力作用,會出現一定的下沉,這就會在拱部出現空洞。

2.4 澆筑方式問題

拱部在混凝土澆筑的時候,如果澆筑方式存在問題,那么就會導致拱頂的位置出現澆筑不完整,不全面的現象,就會在拱頂部位產生空洞。

2.5 模塊拼接問題

襯砌端頭模板的安裝要牢固且襯砌密實,往往出現襯砌不密實的現象,所以在混凝土澆筑工序完成后,會出現漏漿和跑漿的現象,使拱頂混凝土隨著下落

2.6 拆管過早

在拆掉輸送管時,往往為了縮短工期,提前拆管,會使混凝土出現脫落,特別是在管口附件,且形成漏斗。一旦形成漏斗狀,就會造成拱頂脫空。

2.7 底座不牢固

在對臺車底座襯砌的時候,對強度有一定的要求,同時要求底座的支撐力足夠強。可實際情況是臺車底座強度達不到要求,支撐力度也不夠,導致澆筑后變形、下沉。這與施工中為了省事,采用方木支墊作為行車軌跡有很大關系,臺車附件環境潮濕,很容易對墊木腐蝕,時間一長,導致臺車下沉。

3 隧道二襯拱頂帶模注漿技術

3.1 工藝原理

將垂直注射管可通過改造后,布設在經過改造后的襯砌臺車,通過襯砌臺車加壓過程可進行直接澆筑注漿,避免通過較為曲折管道造成原料損失。垂直注射管是有效橋接制漿與注漿機器的有效通道,垂直注射管的設計不但滿足了注漿材料固有的重力規律,同時其凝固后的結構強度能夠對空洞結構與微小孔狀結構起到很好的填充、修復效果。

以12 米高襯砌臺車為例,在車頂位置中間位置順延車身方向布設一定數量注漿孔,并將垂直注射管用固定法蘭連接機構進行連接,避免注漿孔出現注漿滲漏。注漿孔在設定時時,由于車內固體容積發生變化,車內空氣占比會有效提升,所以在注漿孔之間留有一定排氣孔與端模排氣孔,間距分別控制在1.2 米與0.8 米之間,以不超過三個氣孔數量為宜。同時中央排氣孔需平均分布,在設定前應重點考慮接觸網預埋、鋼筋與孔之間的位置干涉。

垂直注漿管可讓澆筑人員隨時觀測注漿情況,以混凝土注漿從各個管口溢出時作為澆筑完成標志,在澆筑完成的一百二十分鐘內對混凝土缺陷進行彌補,確保混凝土結構堅實可靠。

3.2 工藝特點

3.2.1 二襯模板頂部預留排氣孔不但起到平衡壓強的重要作用,同時也為澆筑人員提供了主要的觀察方式。

3.2.2 利用RPC 材料制得成的注漿管與制漿、注漿設備協同配合可實現較好組裝機動性,做到隨用隨收納,隨用隨支撐。

3.2.3 注漿一板二襯時間在一百二十分鐘左右,時間相對獨立,彼此不會造成干擾。

3.2.4 混凝土在初凝時即可進行帶模注漿,初凝注漿所需注漿壓力較小,可保證注漿效果的重要前提下提升注漿整體性與注漿效果,不但提升了結構強度,同時還能有效修補各種缺陷,起到一舉多得的效果。

3.2.5 整個澆筑過程可做到無損澆筑,襯砌不留痕跡,省時省力同時保證了美觀性。

3.2.6 帶模注漿時,由于臺車模板固有結構可在壓力低于1 千Kpa 下對二襯混凝土澆筑,防止混凝土受到破壞。

3.3 工藝流程

二次襯砌拱頂帶模注漿施工工藝流程圖:

圖1 二襯拱頂帶模注漿施工工藝流程

3.4 施工控制要點

3.4.1 襯砌臺車改造

3.4.1.1 帶模注漿的功能對后期的工作是非常重要的,為了后期的工作能夠穩步進行,我們要將襯砌臺車作為主要的改造對象,以改造襯砌臺車的注漿功能為最主要的任務,在改造之前,施工單位必須帶領相關的工作人員進行崗前培訓,對注漿的原理和實施方案以及如何使用襯砌臺車進行探究,以保證施工能夠正常進行,在真正施工的時候,現場的工作人員要充分利用襯砌臺車,不能偷工減料,提前做好應急的方案,如果在改造過程當中出現什么問題,工作人員要召開緊急會議,對所出的問題列出解決方案

3.4.1.2 通過大量的數據分析和前期的實戰經驗得出,對于長度12m 的襯砌臺車,工作人員僅僅設置4 個注漿孔就可以滿足工作需要,這個注漿孔就是常見的排氣孔,臺車預留孔主要有注漿孔、中間排氣孔、端模排氣孔。這幾個預留孔的設計非常重要。

注漿孔:他的位置是在混凝土注漿口下端,他的主要功能是充分保證搭接處的充分密實。

中間排氣孔:從這個預留孔的字面意思就可以看出這個孔的功能是用來排氣的,因為在正常施工的時候,中間排氣孔和注漿孔很有可能會出現隔離開的情況。在出現這種情況以后,中間排氣孔就開始施展他的功能和作用了,工作人員進行二次決策,工作目的就是將設備末端流出濃漿,才可停止注漿的這個工作。

端模排氣孔:該排氣孔的主要功能是用于注漿時方便排氣和排水,在襯砌注漿后為下一步排氣和排水做準備(圖2、3)。

圖2 二襯臺車改造后注漿孔排布示意圖(單位:m)

3.4.2 拱頂帶模注漿技術參數

3.4.2.1 注漿范圍:二次襯砌背后與防水板間脫空區防止二襯拱頂脫落與混凝土不落實。

3.4.2.2 預埋注漿管:采用二襯臺車模板頂部上預留3 個SM-RPC 注漿管,注漿管外徑40mm,內徑15mm,壁厚10.5mm。

3.4.2.3 注漿管的長度可準確的反映出襯砌混凝土的厚度；澆筑襯砌混凝土時,注漿管口可以作為注漿觀察孔,以是否出現泌漿現象來確定襯砌混凝土是否澆筑完成,為避免注漿口堵塞,可以適時地對注漿管口進行清理；注漿管在安裝時要測量防水板與法蘭外口之間的實際深度,注漿管長度要比實際深度長2cm,裁切RPC 管多余的部分,其中注漿管與防水板接觸部位要切出十字口。

3.4.2.4 注漿采用高流動性微膨脹早強砂漿,水料比為0.8:1,注漿壓力按不小于0.2Mpa 控制。

3.4.2.5 拱頂注漿在襯砌混凝土澆筑完成2-3 小時后進行。

3.4.3 拱頂注漿管的預埋安設及注意事項

3.4.3.1 當為拱頂混凝土進行封頂作業時,首先要密切觀察封頂是不是合理；在對封頂進行施工時要時刻觀測端頭的排氣管道,以及對注漿管內部存在的漿液,對其漏出情況進行預測,比如要對管中混凝土漿液變化時刻進行跟蹤,從開始流出時是否出現由稀變濃,到什么程度時才可以對襯砌混凝土進行澆筑工作。

3.4.3.2 必須在襯砌脫膜之前進行拱頂回填注漿,并且確認注漿是不是能順利進漿,如果發現注漿管注不再進漿或者注漿的壓力已經達到,再次利用排氣管進行補充,以此來保證拱頂的漿液能夠始終處于飽滿狀態。

注意事項:

a.要單獨對注漿管以及排氣管進行安裝。

b.在安裝注漿管時要合理利用頂貼的方式,其中要對防水板的邊角料條進行熱熔焊,使其更加穩定不易脫落,千萬不能利用釘錨來進行固定。

c.要采用不一樣的顏色對注漿管進行區分,用來保證注漿正確的順序。

d.在對注漿進行回填工作時,應首先判斷襯砌混凝土的強度是不是可以達到百分之七十。

4 帶模注漿與傳統注漿對比

與帶模注漿相比較,傳統的注漿工藝是在襯砌澆筑完成,混凝土達到一定的設計強度后,通過地質雷達掃描,檢測出襯砌混凝土缺陷,標劃出缺陷部位,立即聯系有相關經驗的工作人員,搭設作業臺架,對襯砌預留的注漿管和拱部預埋的注漿管進行疏通,如果發現注漿管沒有辦法疏通時,要重新對無注漿管中出現問題部分進行注漿孔的鉆設,以及對拱頂注漿管中出現問題的部分進行注漿整改的工藝。

4.1 工藝作用效果

帶模注漿工藝,在襯砌施工過程中,要對混凝土的澆筑情況進行全方位的檢測,并能對出現問題的部位進行快速的處理,防止二襯完成后出現的二次缺陷,以確保良好的整體性。

在以往實施注漿工藝時,都是經過對襯砌工作的完成以后才開始對其進行實施,所以檢測工作是非常重要的,需要密切關注缺陷部位。為了保證飽滿和嚴密的狀態需要對襯砌混凝土進行嚴格的檢查和精準的預測,對于不夠飽滿的地方要進行不斷的注漿才可以達到質量要求,由于襯砌水平較為一般,所以需要對這些部位進行連續多次的處理,才可以達到預期的目的。

4.2 工期效益

帶模注漿工藝實施的過程中可以與襯砌澆筑工藝同時進行,這樣就不用專門搭建注漿工藝所需要的作業臺架,對于正在實施其他工序作業而言也不會受到帶模注漿工藝實施影響,而且不用特定的安排注漿工藝作業的時間。然而傳統注漿工藝在進行作業的過程中,為了不與其他工藝作業在時間上發生沖突,以至于會影響到整個工程的作業進程,就必須需要合理地安排特定的時間來進行搭建注漿工藝作業。

4.3 效果評價

傳統的襯砌技術在實施的過程會出現很多的問題,特別是會出現的滲水問題,在進行鉆孔注漿工藝在鉆孔過程中,稍有差池就會直接打穿防水板,這樣就使隧道襯砌出現滲水嚴重的情況,致使整體外觀質量非常不好。帶模注漿工藝可以完全避免打穿防水板現象的發生,能夠有效解決襯砌施工完成后隧道鉆孔注漿問題。拱頂帶模注漿技術是最新的技術,利用混凝土砂漿具有微膨脹和高流動性的特點,能夠高效地解決襯砌混凝土澆筑過程形成的斷面縫隙等問題。

5 最后的結論

基于對隧道襯砌臺車拱頂帶模注漿工藝與傳統回填注漿工藝的比較分析和進一步研究,得到以下成果和結論:

圖3 臺車窗口及注漿孔分布圖(⊕表示帶模注漿孔,共4 個,尺寸Φ40)

5.1 在混凝土澆筑完成兩個小時后,RPC 預埋注漿管帶模開始注漿,運用高流動性微填砂漿作為注漿材料,注漿過程中有過高的壓力,使注漿料能夠充分密實襯砌到所有的空洞,硬化后的注漿料與襯砌混凝土彼此之間能夠受力。

5.2 RPC 管預埋提供的襯砌厚度預估方法以保障了為襯砌拱頂混凝土的施工完成后的高質量。

5.3 預埋注漿管臺車帶模注漿施工過程方便可靠,在襯砌施工間隙注漿的過程中不會影響整體工期及其他工序的正常施工。

5.4 帶模注漿工藝的目的是能夠實現缺陷預防,屬于可見工程,在實施的過程中工序較少、簡單易操作,在施工過程中比較安全,不用特別增加安全防護方面的投入,工后注漿工藝能夠實現缺陷彌補的目的,是隱蔽工程處理,相較于帶模注漿工藝工序較多而且工效較低,施工過程中會安全風險較高。