隧道襯砌混凝土施工質(zhì)量控制技術(shù)

賈慧JIA Hui

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 301700）

0 引言

隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，隧道工程施工越來(lái)越多，質(zhì)量問題頻發(fā)，較多出現(xiàn)有拱頂脫空、掉塊、混凝土不密實(shí)、厚度不足、強(qiáng)度不夠等，尤其是隧道拱頂襯砌部位，出現(xiàn)的質(zhì)量問題會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)造成嚴(yán)重的安全隱患，需迫切給予解決，通過工程不斷實(shí)踐及針對(duì)性原因分析，提出了采用智能化臺(tái)車設(shè)備澆筑施工，結(jié)合合理的施工組織管理，達(dá)到了質(zhì)量要求，推動(dòng)了隧道先進(jìn)施工技術(shù)的發(fā)展。

1 工程概況

里齊隧道位于浙江省臺(tái)州市仙居縣田市鎮(zhèn)內(nèi)，里齊隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，全長(zhǎng)5928m，線間距5.0m，隧道里程為：DK238+736-DK244+664，隧道縱坡為單面上坡（11.4‰），隧址區(qū)地勢(shì)陡峭、起伏較大，植被發(fā)育，主要為經(jīng)濟(jì)及灌木叢。

隧道地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，巖體局部較破碎，部分?jǐn)鄬訋Т┰降乇頉_溝及地表水庫(kù)；隧址內(nèi)主要有凝灰?guī)r、流紋斑巖等硬質(zhì)巖，部分地段為高應(yīng)力區(qū)，可能發(fā)生巖報(bào)爆。

里齊隧道區(qū)內(nèi)地表水發(fā)育，多出沖溝、小型水庫(kù)及水塘，溝內(nèi)常年流水，流量受大氣降雨影響大。地下松散巖類孔隙水不發(fā)育、受大氣降雨影響大。

2 存在的問題及原因分析

隧道襯砌混凝土由于施工的特殊性，產(chǎn)生較多的質(zhì)量問題一般有拱頂部位襯砌背后出現(xiàn)空洞，襯砌厚度不足、混凝土不密實(shí)、強(qiáng)度不夠、蜂窩麻面、冷縫、掉塊等現(xiàn)象。

針對(duì)以上存在的質(zhì)量問題，從襯砌施工中調(diào)查分析，主要有如下幾點(diǎn)原因易造成相關(guān)質(zhì)量問題頻發(fā)。

①土工布固點(diǎn)布設(shè)不合理，防水板掛設(shè)不平順，過于松弛或過于緊固，澆筑混凝土?xí)r防水板發(fā)生褶皺隆起，容易造成防水板與初支面脫空。

②襯砌混凝土澆筑前組織不到位，在澆筑拱頂混凝土?xí)r混凝土供應(yīng)不及時(shí)，停頓時(shí)間長(zhǎng)，振搗不到位，產(chǎn)生冷縫。

③泵送壓力不足，尤其是上坡段，人員無(wú)法查看是否澆筑飽滿，判斷不準(zhǔn)確，造成灌注不飽滿、容易造成上坡段與已澆筑段接觸部位拱頂出現(xiàn)空洞。

④混凝土澆筑時(shí)，混凝土和易性差且未采取有效振搗措施，脫模后出現(xiàn)蜂窩麻面、漏筋等現(xiàn)象，容易造成強(qiáng)度不足，修補(bǔ)處理不合格容易出現(xiàn)掉塊。

⑤施工縫處理不徹底，縱向連接未連接，施工縫處混凝土出現(xiàn)閉合裂縫，形成掉塊隱患。

⑥襯砌臺(tái)車支撐不牢固，澆筑時(shí)發(fā)生移位或變形，施工縫連接處發(fā)生漏漿形成夾塊，脫模后未及時(shí)處理。

3 施工控制措施

3.1 組織管理措施

①嚴(yán)控原材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量關(guān)，混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)混凝土原材的品質(zhì)、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、耐久性以及施工工藝綜合要求確定施工配合比，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的配合比施工，要充分考慮泵送混凝土和易性要求。

②澆筑混凝土前做好隱蔽工程驗(yàn)收和組織協(xié)調(diào)管理，保障最后現(xiàn)場(chǎng)拱頂澆筑混凝土及時(shí)供應(yīng)，并適當(dāng)加大沖頂混凝土塌落度。

③澆筑時(shí)從低處向高處泵送，至少采用拱頂?shù)娜齻€(gè)澆筑孔澆筑，禁止使用一個(gè)孔澆筑完拱頂混凝土。

④臺(tái)車合理設(shè)置注漿口，澆筑前正確安裝注漿管，脫模后及時(shí)檢查澆筑質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題立即處理，并對(duì)襯砌拱部進(jìn)行二次注漿。

3.2 技術(shù)措施

①合理布設(shè)防水板焊點(diǎn)，拱頂部位應(yīng)適當(dāng)加密，考慮拱頂鋪設(shè)操作不方便，合理選擇防水板尺寸，以便工人施工，鋪設(shè)確保平順、松緊度適合、固定牢固。

②選用智能化臺(tái)車，在拱頂位置安裝防脫空裝置，采用智能化控制布料系統(tǒng)，臺(tái)車上附著式氣動(dòng)高頻震動(dòng)器，混凝土振搗采用氣動(dòng)高頻震動(dòng)器和插入式振搗相結(jié)合方法。

③臺(tái)車上設(shè)置注漿孔，襯砌施工完成后及時(shí)進(jìn)行二次注漿。

4 施工控制技術(shù)應(yīng)用

4.1 智能化臺(tái)車襯砌混凝土施工工藝流程

三維激光掃描→鋪設(shè)防水板及安裝襯砌鋼筋→防脫空裝置安裝→臺(tái)車定位→端頭板安裝→注漿孔設(shè)置→混凝土澆筑→脫模及養(yǎng)護(hù)。

4.2 三維激光掃描

通過對(duì)初支斷面掃描數(shù)據(jù)分析，判斷初支面超欠挖，對(duì)欠挖部位及時(shí)處理，同時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算本段襯砌實(shí)際需要澆筑的混凝土方量。

4.3 防脫空裝置安裝

4.3.1 防脫空裝置工作原理

相鄰兩個(gè)拱頂澆筑孔之間、本襯砌段標(biāo)高最高處、初支面凹坑處安裝防脫空裝置，混凝土泵送時(shí)，觸碰防脫空裝置，防脫空?qǐng)?bào)警燈全亮則說明襯砌背后混凝土飽滿，無(wú)脫空現(xiàn)象。

4.3.2 混凝土監(jiān)控系統(tǒng)安裝

①傳感器傳動(dòng)桿上加裝一塊3cm×3cm 防水板，底部加裝一塊3cm×10cm 用于傳感器與拱頂防水板焊接固定的防水板。

②在三級(jí)配電箱里安裝網(wǎng)線接口、信號(hào)燈、電源開關(guān)等制作成信號(hào)箱。

③將制作好的微動(dòng)傳感器開關(guān)安裝在拱頂往兩側(cè)1m防水板內(nèi)側(cè)[1]，本隧道標(biāo)準(zhǔn)襯砌長(zhǎng)12m，沿縱向依次等間距鋪設(shè)8 組傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)。布置原則設(shè)置與相鄰兩個(gè)拱頂澆筑孔之間和標(biāo)高最高處，如拱頂初支面存在較大凹坑，應(yīng)將防脫空觸頭設(shè)置與凹坑最高處。通過網(wǎng)線連接各傳感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，接到信號(hào)箱與報(bào)警裝置相連接，形成預(yù)警系統(tǒng)。

4.4 臺(tái)車定位

延伸臺(tái)車行走軌道，臺(tái)車行走到待澆筑段并考慮與已澆筑段搭接長(zhǎng)度，測(cè)量放樣線路中點(diǎn)，用鉛垂線核準(zhǔn)臺(tái)車中點(diǎn)線路中點(diǎn)重合，液壓系統(tǒng)頂升臺(tái)車模板，復(fù)核臺(tái)車中點(diǎn)及及左右邊墻的位置和高程，保證定位準(zhǔn)確。

4.5 端頭模板安裝

端頭模板安裝要緊密可靠，確保中埋式止水帶和背貼式止水帶安裝位置準(zhǔn)確牢固，澆筑時(shí)不發(fā)生移位或漏漿。

4.6 注漿孔安裝設(shè)置

①可按照襯砌臺(tái)車長(zhǎng)度設(shè)置注漿孔，注漿孔距襯砌搭接端60～80cm，排氣/觀察孔距臺(tái)車封端100～150cm，其余注漿孔在中間位置均勻布設(shè)，如圖1。

圖1 襯砌注漿孔布置圖

②在襯砌臺(tái)車模板頂部開注漿孔，孔徑為40mm，開孔處用四周滿焊的方式固定法蘭，防止漏漿或注漿時(shí)法蘭脫落。固定法蘭連接螺栓在模板外側(cè)，法蘭厚度1cm。襯砌臺(tái)車安裝定位后，襯砌混凝土澆筑前，安裝PVC 注漿管。從固定法蘭處垂直穿入PVC 注漿管，上端頂住防水板[2]，如圖2。

圖2 注漿管及注漿連接器

③在固定法蘭上安裝定位法蘭，并將制作好的PVC管穿入定位法蘭，其中十字切口端與防水板頂緊。定位法蘭外接管上連接套管及注漿管固定管。

4.7 二襯混凝土澆筑

4.7.1 邊墻混凝土澆筑

①混凝土泵泵送混凝土至襯砌臺(tái)車平臺(tái)的分料斗內(nèi)，由分料斗將混凝土分配輸送至進(jìn)料窗口。臺(tái)車頂部分料斗每個(gè)出料口設(shè)置插板開關(guān)，隨時(shí)調(diào)整混凝土分流速度和方向。送料時(shí)采用先送一側(cè)四個(gè)窗口（臺(tái)車一側(cè)每層設(shè)四個(gè)澆筑窗口），澆筑厚度達(dá)30～50cm 時(shí)，關(guān)閉本側(cè)分料斗插板，打開另一側(cè)分料斗插板向另一側(cè)送料，左右兩側(cè)交替進(jìn)料、振搗至第四層窗口下邊緣，兩側(cè)混凝土高差不得超過50cm。

②每側(cè)每層布料完成后用50 型插入式振動(dòng)器進(jìn)行振搗，插入式振搗器作用半徑5～8 倍棒徑布置，每次移動(dòng)距離不大于30cm，以主筋間距控制不超過2 個(gè)鋼筋間距，由一端逐步移動(dòng)到另一端振搗。邊墻窗口范圍內(nèi)均按插入式振動(dòng)器振搗為主，局部采用附著式振動(dòng)器輔助振搗。

③振搗棒使用時(shí)，每一插點(diǎn)應(yīng)掌握好振搗時(shí)間，一般每點(diǎn)振搗時(shí)間為20～30s（記數(shù)可以從1 數(shù)到25 為控制標(biāo)準(zhǔn)）。不得緊靠模板振搗，且盡量避免碰撞鋼筋及預(yù)埋件等。

④附著式振動(dòng)器開關(guān)應(yīng)放置于窗口附近，操作人員便于觀察混凝土狀況。邊墻個(gè)別部位使用附著式振動(dòng)器時(shí)每次開機(jī)時(shí)間不超過5s，觀察混凝土表面狀況如表面均勻翻漿，自動(dòng)平整無(wú)氣泡冒出則停止振搗。

⑤不得在模板內(nèi)利用振搗器振搗使混凝土長(zhǎng)距離流動(dòng)或運(yùn)送混凝土，以致引起離析。

4.7.2 拱頂混凝土澆筑

①澆筑至最上一層窗口下邊緣時(shí)改用拱部沖頂孔進(jìn)行拱部澆筑，由標(biāo)高低端向標(biāo)高高端進(jìn)行依次澆筑。每次澆筑高度為30～50cm，澆筑完一層后采用附著式振動(dòng)器振搗至混凝土表面均勻泛漿、無(wú)氣泡冒出，表面基本平整，振動(dòng)器每次開機(jī)時(shí)間為5s，必須分區(qū)開機(jī)振搗，嚴(yán)禁左右兩側(cè)全開，以防造成臺(tái)車震動(dòng)影響下部已澆筑混凝土。

②拱部混凝土澆筑至臺(tái)車略低于臺(tái)車拱頂標(biāo)高時(shí)，采用從標(biāo)高最低端拱頂澆筑孔向標(biāo)高較高端一次壓注密實(shí)，直至泵送至防脫空?qǐng)?bào)警燈全亮，停止?jié)仓_頂。

4.8 脫模養(yǎng)護(hù)

①混凝土拆模時(shí)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到8MPa 以上，且其表面及棱角不因拆模而受損。拆模前專人對(duì)照槽道預(yù)埋位置逐個(gè)排查預(yù)埋槽道螺栓是否全部拆除。

②初期支護(hù)未穩(wěn)定提前施作的二次襯砌的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%。

③混凝土拆模后，采用噴淋臺(tái)車進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，灑水次數(shù)應(yīng)以混凝土表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于14d。

④當(dāng)工地晝夜氣溫連續(xù)3d 低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí)，采取冬期施工措施。

5 施工安全管理

①施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有專職安全員巡查，各施工隊(duì)并配備兼職安全員，負(fù)責(zé)本施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的安全工作。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須正確佩戴好安全帽，施工操作人員應(yīng)穿戴好必要的勞動(dòng)防護(hù)用品，嚴(yán)禁疲勞作業(yè)及酒后作業(yè)。

②在施工全過程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)機(jī)械的安全操作規(guī)程，由專人進(jìn)行操作。登高檢查維修時(shí)，應(yīng)穿登高鞋和佩戴安全帶。

③襯砌臺(tái)車上應(yīng)鋪滿木板，并設(shè)安全欄桿。

④襯砌臺(tái)車工作臺(tái)架上施工用電、照明用電線路必須有專職電工安裝檢查，確保電線絕緣良好，防止電線破損、漏電傷人。

⑤混凝土輸送管道必須固定在單獨(dú)架立的固定支架上，不允許與模板臺(tái)車和模板支撐架相連；不允許工作平臺(tái)支架與模板固定支架相連，以免引起模板位移變形。

⑥每個(gè)工作循環(huán)后要檢查各部位螺栓、銷子的松緊狀態(tài)，對(duì)各種連接件重新檢查緊固。

⑦鋼模板臺(tái)車行走時(shí)，邊模板下端與地面間不得有風(fēng)管、水管等障礙物，嚴(yán)防臺(tái)車行走時(shí)有拖帶現(xiàn)象。

⑧臺(tái)車行走機(jī)構(gòu)，絲桿千斤頂要定期打（注）黃油。嚴(yán)格按照模板臺(tái)車操作規(guī)范操作，注重維修保養(yǎng)。

6 實(shí)施效果

6.1 質(zhì)量方面

大大減少了襯砌混凝土出現(xiàn)冷縫、蜂窩麻面、不密實(shí)等問題，避免了拱頂部位襯砌背后出現(xiàn)空洞，厚度不足、強(qiáng)度不夠等嚴(yán)重質(zhì)量問題，有效地提高了襯砌混凝土施工質(zhì)量。

6.2 進(jìn)度方面

由于隧道安全紅線距離限制，隧道襯砌施工進(jìn)度滯后制約了整體施工進(jìn)度。以本隧道每段澆筑長(zhǎng)度12m 為例，每次澆筑時(shí)間約8～9h；相比普通臺(tái)車澆筑時(shí)間可縮短3～4h，明顯提高了施工效率，縮短了整體施工工期。

6.3 成本效益方面

①臺(tái)車增設(shè)注漿管及安裝防脫空裝置，每段增加費(fèi)用約140 元，但有效提高了施工質(zhì)量，大大降低了后期修補(bǔ)及返工費(fèi)用，尤其在運(yùn)營(yíng)期間對(duì)質(zhì)量缺陷的處理帶來(lái)無(wú)法估計(jì)的成本投入；②采用了智能化控制布料系統(tǒng)，減少襯砌澆筑施工人員，每段襯砌可減少人工費(fèi)900 元。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)隧道襯砌混凝土存在的質(zhì)量問題進(jìn)行深刻分析，提出并采取以上質(zhì)量控制技術(shù)措施，通過在杭溫鐵路控制性工程里齊隧道的實(shí)施和應(yīng)用，效果明顯，顯著提高了施工質(zhì)量和進(jìn)度，達(dá)到了成本和質(zhì)量控制雙贏，既提高了施工組織管理又推進(jìn)了先進(jìn)施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)并保障了運(yùn)營(yíng)安全。