利用智能化工裝提高隧道二襯澆筑質量關鍵技術

1工程概況

新建成渝中線鐵路重慶段1標縉云山隧道位于重慶北－大足石刻區間，為單洞雙線隧道，長 5712m ，本標段施工 4457m ，最大埋深約 350m ，為全線重難點工程。設計時速 350km/h ，全隧位于半徑 12000m 的左偏曲線上。隧道縱坡為單面上坡，進口至出口依次為 1292m 的 3‰ 上坡及 4420m 的 16.5‰ 上坡，最大坡度 16.5‰ 。輔助坑道采用“橫洞帶平導”方式。隧道按明洞、橫洞2個工區4個工作面組織施工，工期60個月。

2提高隧道二襯澆筑質量的經驗做法

2.1 工藝原理

智能化工裝是本工法的核心。其工藝原理是：襯砌澆筑時，通過智能澆筑機械臂中的壓力傳感器，能夠精確感測混凝土的入模壓力，從而控制澆筑速度和澆筑量，防止襯砌臺車因襯砌澆筑速率過快引起襯砌臺車發生位移；通過自動化控制系統實時監控混凝土澆筑情況和澆筑質量，避免澆筑完成后出現拱頂脫空、襯砌開裂等缺陷；通過高精度測量設備，時刻控制澆筑過程中襯砌設計厚度和澆筑厚度，以避免澆筑過程中混凝土不對稱澆筑，以及臺車發生輕微擾動帶來的質量問題。襯砌澆筑過程中，通過對智能化工裝的利用，可實現對隧道襯砌澆筑過程的全面智能化監控和管理，進而提高襯砌的澆筑質量，提高施工效率[1]。

2.2施工工藝流程

初支面檢查驗收 $$ 土工布鋪設 $$ 塑料排水板安裝 $$ 襯砌防脫空檢測系統安裝 $$ 防水板鋪設 $$ 鋼筋安裝 $$ 預埋件（槽道）施工 $$ 環、縱向端頭軟搭接設置 $$ 襯砌混凝土智能澆筑 $$ 帶模注漿 $$ 混凝土養護。

2.3 施工操作要點

2.3.1初支面檢查驗收

在二襯施工前，為確保襯砌混凝土厚度滿足設計要求，可采用三維激光掃描儀對初支混凝土斷面進行測量，檢測初支是否侵線的同時，生成每延米二襯預估方量，通過與設計量、實際方量、帶模注漿量等數據的對比分析，初步判斷二襯砼是否澆筑密實；針對有問題的段落，后續雷達掃描時，要仔細檢測，分析辨別。

2.3.2 土工布鋪設

利用防水板鋪設臺車將單幅無紡布固定在預定位置，然后用專用射釘將無紡布固定在噴射混凝土上。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。

2.3.3塑料排水板安裝

安裝時，需將塑料排水板按照預定規格和布置方式固定在拱部上，并確保與拱部保持緊密聯系。襯砌混凝土澆筑時，要保證襯砌與塑料排水板連接牢固。襯砌澆筑完成拆模后應進行排水試驗，檢驗塑料排水板和襯砌的排水效果和穩定性。通過拱部增加塑料排水板，能夠有效預防襯砌脫空，提高了隧道工程的安全性和穩定性，工程質量得到了保障。

2.3.4襯砌防脫空檢測系統安裝

襯砌防脫空主動檢測系統主要由感應電極、注漿管及防脫空控制箱組成。在襯砌混凝土澆筑過程中，若混凝土未填充到位，控制箱的未滿提示燈（紅色）保持常亮狀態，提示施工人員可繼續澆筑；當混凝土澆筑至設計位置時，感應電極通過注漿管向控制箱傳輸信號，觸發報警燈亮起并伴隨蜂鳴聲，實現澆筑到位的實時反饋。

該系統配備隧道拱頂智能防脫空監控儀（液位連通探針），可實時監測拱頂混凝土填充狀態，精準識別澆筑過程中形成的空洞，并指導及時補灌混凝土，有效預防襯砌脫空問題，確保施工質量。此外，探針采用可重復使用設計，后期無需更換耗材，兼具經濟性與實用性。

2.3.5 防水板鋪設

鋪設防水板時，先用防水板臺車將其固定在預定位置，然后用手動電磁焊接器加熱，將防水板焊接在

固定無紡布的專用熱熔襯墊上，要求松緊適度，以避免過緊被撕裂或過松形成人為蓄水點。

2.3.6鋼筋安裝

襯砌主筋按設計長度下料，完成后采用冷擠壓機對鋼筋進行加工，接頭通過套筒一次性壓接，壓接順序由中間向兩端擠壓；加工完成的鋼筋利用防水板臺車作為操作平臺，從一側向另一側提升安裝，襯砌鋼筋與仰拱預留鋼筋均采用擠壓套筒連接；安裝過程中，因施工誤差多余的部分鋼筋，應利用便攜式鋼筋切割機進行切割。

2.3.7 預埋件（槽道）施工

通過使用接觸網槽道定位、檢測模具來實現兩根槽道間平行度、弧度的檢測。施工時先將接觸網槽道嵌入定位槽內固定間距，再通過鋼筋支架焊接加固，確保槽道組保持平行且共弧。檢測面板預設T型螺栓定位孔，通過螺栓緊固使槽道與檢測面板緊密貼合，既保證槽道弧度符合設計要求，又確保其嵌入深度達到規范標準。

2.3.8環、縱向軟搭接設置

2.3.8.1 環向軟搭接

在二襯臺車端頭（鄰近已澆筑混凝土側）焊接環形外接托盤，托盤壓槽內安裝 40mm 厚、 100mm 寬、壓縮率 50% 的可壓縮橡膠墊片。采用承插式接頭連接相鄰橡膠墊，確保密封連續性。該設計實現了臺車與既有襯砌的柔性過渡，既可預防臺車頂升導致的拱頂閉環裂縫，又能有效抑制混凝土澆筑時的漏漿和襯砌錯臺現象。

2.3.8.2縱向軟搭接

二襯臺車兩側縱向軟搭接支撐架的底邊面板上分別設置為兩條縱向軟搭接橡膠條，可減少或消除襯砌混凝土間的錯臺，增強混凝土外觀質量效果，同時減少后續混凝土缺陷處理工作量，縮短建設工期。

2.3.8.3 V型施工縫

依據規范要求，環向施工縫宜設置槽寬、槽深為3～5cm 的V型槽或梯形槽，并保證槽內線性順直。為提升襯砌施工質量，創新采用三角橡膠條預埋工藝，在施工縫位置精準預留V型縫，有效解決了傳統開槽工藝的質量控制難題。

2.3.9襯砌智能化澆筑

采用智能化襯砌臺車集成拱墻一體化自動布料系統與拱頂縱向振搗技術，配套智能蒸汽養護臺車實現全過程溫控養護。依托隧道襯砌澆筑監控系統，通過實時壓力監測、脫空檢測及自動振搗控制，構建數字化施工閉環，可顯著提升襯砌結構密實度與整體施工質量。

2.3.9.1布料小車高效施工

采用布料小車，實現襯砌臺車全部窗口全覆蓋， 從左到右由下而上分層逐窗依次混凝土澆筑；帶壓澆

筑機構具備伸縮、回轉、縱向滑移功能，與喇叭口對接完成邊墻與拱頂的澆筑。

2.3.9.2 高頻密實振搗

高頻氣動振動頻率遠大于模板固有頻率，更難引起模板共振，對模板的損害更小；高頻振搗下的混凝土氣泡數量明顯減少、振搗更為密實、勞動強度大大降低，襯砌質量顯著提高。

2.3.9.3智能監測系統

具有液位顯示、入模溫度監測、拱頂灌滿提醒以及報警信息功能，可實時監測混凝土的澆筑狀態，以量化的指標來指導二襯施工，從而保障混凝土的襯砌質量；同時，能對施工數據進行記錄、存儲及上傳，為后續的澆筑作業提供數據支撐。

2.3.9.4帶模注漿、高壓吹洗帶模注漿

（1）帶模注漿。襯砌澆筑完成后，不脫模，對拱頂進行回填注漿來密實二襯背后脫空區，確保襯砌強度，增強防滲性能。（2）高壓吹洗。管路清洗采用“高壓風 + 清洗球”進行吹洗，無需拆卸管路。

2.3.10 混凝土養護

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內采用自制的自動噴淋養護臺車對混凝土進行養護，養護時間不小于14天，且不得中斷；噴灑水霧間隔3h，以確保混凝土處于濕潤狀態。

3提高隧道二襯澆筑質量的管理措施

3.1 質量控制措施

（1）加強對作業人員的崗位質量培訓和技術交底。（2）澆筑前，襯砌與小邊墻的接觸面使用三頭鑿毛機鑿毛并用高壓水槍沖洗干凈，不留泥土、石屑、木屑、油污等，保持濕潤。（3）控制混凝土攪拌、運輸、澆筑時間，確保澆筑過程中混凝土的和易性。（4）砼泵送管道連接須將氣密墊圈安裝到位，并檢查管道氣密性，防止管道出現漏氣，造成砼堵管；若發現氣密墊圈出現損壞現象，須及時更換。(5）混凝土入模，不得集中傾倒沖擊模板或鋼筋骨架，當澆筑高度 >2m 時，應采用串筒，溜管下料，出料管口至澆筑層的傾落自由高度不得 >1.5m 。（6）為防止混凝土澆筑出現冷縫，兩次混凝土澆筑時間應不超過1.5h，交接處需不間斷振搗攪動。（7）振搗持續時間應使混凝土表面產生浮漿，無氣泡，不下沉為止。振搗器插點呈梅花形均勻排列，采用行列式的次序移動，移動位置的距離應不> 40cm ，并確保不漏振，不過振。（8）拆模時應注意勿使模板混凝土結構受損。（9）澆筑完成后12h以內對混凝土進行保濕養護，養護時間需 >14 天，環境溫度低于 5% 時不得灑水養護。

3.2安全控制措施

（1）洞內作業人員均應經過安全培訓和技術交底，熟悉施工工序流程及關鍵環節。（2）襯砌臺車、鋼筋防水板作業臺車就位后，需配置防溜車裝置，液壓支撐應有鎖定裝置。（3）防水板作業區域要設置消防器材及防火安全警示標志。（4）隧道內運輸鋼筋應根據各類作業臺架通行凈空、洞內設施情況進行裝載并捆綁牢固，以防止發生碰撞和掉落。（5）鋼筋安裝需設置臨時支撐、防傾倒和防碰撞措施，臨時支撐和整體結構應牢固可靠，臨時支撐要有警示標志。（6）泵送混凝土管道安設及連接應符合規定，施工過程中，需檢查其連接的可靠性、安全性及管道的穩定性。（7）泵送混凝土管道堵塞時，應及時停正泵送并逐節檢查確定堵塞部位。堵管處理應按操作程序進行，不得違規作業。（8）襯砌混凝土澆筑時要控制澆筑速度，并保證兩側基本對稱澆筑。（9）襯砌臺車端頭擋板與防水板、臺車間接觸面應緊密，擋板支撐要穩固。（10）混凝土澆筑過程中襯砌臺車出現變形等異常情況時，作業人員應及時撤離作業平臺，隱患消除后方可恢復作業。

4效益分析

4. 1 經濟效益

通過使用襯砌智能澆筑監控系統，對縉云山隧道澆筑的13板二襯混凝土澆筑和帶模注漿情況進行對比分析（見表1)。按照每板 1312.5kg 設計帶模注漿量，已澆筑段實耗量均小于設計量。

表1縉云山隧道四量對比

通過表1數據得出以下結論：（1）智能預警系統，可有效提高襯砌灌注飽滿度，降低注漿量；襯砌防頂裂系統，能避免襯砌環向施工縫開裂，提高了工作效率，切實保障了襯砌施工質量。共可節省材料成本約207.58萬。（2）水泥漿需反復多次進行注漿填充，且收縮嚴重，強度低，粘接力極差，并存在較大襯砌被拆除的概率，使用專業的注漿隊可節省勞務成本約150萬。

4.2社會效益

利用智能化工裝提高隧道二襯澆筑質量關鍵技術

是一種創新且高效的施工方法。通過引入智能化設備和技術，實現了對隧道二襯澆筑過程的精確控制和優化，提高了澆筑質量和工作效率。

參考文獻：

[1］楊海紅，李俊．智能化工裝應用對隧道施工成本的影響分析［J]．鐵路項目技術與經濟，2020，35（3)：63-66.