复杂地质隧道二衬质量控制技术

张　旭

(中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

1　工程概况

某隧道洞身穿越地层为砂岩、蛇纹岩、玄武岩、板岩。穿越2个断层，最大埋深约1 100 m。不良地质有极软岩、岩爆、高压涌水、断层破碎带等。从设计资料分析，预测大变形、岩爆、突水突泥和断层破碎带对施工的危害、影响最大，属高风险隧道，施工难度大。隧道衬砌全部采用复合式衬砌。

2　现状调查

1)隧道二衬砼质量控制是隧道质量控制的关键，二衬砼质量关系到工程项目最终的验收结果、履约情况等，直接影响企业信用评价、等级提升等[1]。

2)二衬混凝土浇筑完成后出现了多种不同程度的质量缺陷，缺陷处理投入了大量人力、财力，耽误了时间，影响了施工进度。

3)为了提高隧道二衬混凝土施工质量，项目部专家组选取了98处，对隧道二衬混凝土施工质量情况进行了调查，其中86处出现了各种问题。小组成员对其进行归纳统计，二衬混凝土施工质量统计情况见表1。

从统计数据分析可见，隧道二衬混凝土施工质量缺陷主要表现为：施工缝，错台、漏浆、跑模，气泡、蜂窝、麻面，平整度差，表面裂纹、脱皮，颜色不均匀，拱顶脱空，隐形露筋、保护层厚度过大，净空不足、混凝土渗漏水。

表1　二衬混凝土施工质量情况统计

3　原因分析

3.1　蜂窝、麻面和气泡现象

原因分析：混凝土搅拌时间短，加水量不准，和易性差，塌落度控制不合适，振捣不密实或漏捣，捣固时间不够，形成蜂窝。混凝土浇灌没有严格分层浇灌，造成混凝土离析，因而出现蜂窝麻面。弧形段衬砌表面气泡是因混凝土在捣固过程中，浆液水泡上浮，附着在模板表面上，又不能及时排出而形成的。拆模过早，也易产生麻面[2]。

3.2　错台、烂根和矮边墙上部出现砂溜

原因分析：错台、烂根现象的出现是由于模内仓底未清理干净，台车模板与已施工的混凝土面接触不紧密，有漏浆现象发生，砂溜的出现是因为漏浆造成矮边墙上部水泥浆流失，细砂外露。

3.3　施工冷缝

原因分析：施工冷缝的出现是由于混凝土浇筑过程中，间隔时间过长，原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理，或者凿毛后没有用水冲洗干净，使得先后两层混凝土不能衔接密实，出现冷缝[3]。

3.4　缺棱掉角

原因分析：模板封堵不严密，漏浆；拆模过早、台车支撑受力过于集中；堵头模板未先湿润，导致拆模时粘连；模板未涂脱模剂或脱模剂涂刷不均匀；物体撞击、刮碰等。

3.5　表面平整度差

原因分析：台车拼装时相邻模板间存在高差，台车模板拼装缝未焊接密实并打磨光滑，台车部分钢板刚度不足或施工操作不当对模板造成损伤而出现局部变形等[4]。

3.6　砼隐形漏筋

原因分析：钢筋安装不合格，混凝土垫块太少，钢筋绑扎不牢固，砼振捣时垫块移位或振动棒撞击钢筋等。

3.7　出现“水印”、砼光泽度差

原因分析：砼坍落度过大，配合比未作有效调整，振捣不到位等。

3.8　拱顶脱空

原因分析：砼坍落度过小，注浆顺序不正确，顶部排气不畅，注浆压力太小，土工布、防水板铺挂松弛有堆积。

3.9　二衬渗漏水

原因分析：防排水施工质量不合格，砼浇筑和捣固过程中操作不当损坏防水层等。

3.10　裂缝

原因分析：施工过程中操作不当，温度变化过大，隧道沉降，钢筋保护层太薄；砼养护不及时或养护时间太短，施工配合比不当或原材料不合格等。

3.11　厚度、净空不足

原因分析：测量不精确，造成开挖断面净空不符合设计要求，出现超欠挖，造成初期支护喷射混凝土厚度不均匀或初期支护侵入衬砌限界。

3.12　二衬错台

原因分析：台车在使用过程中产生变形，造成前、后端断面局部尺寸不一致，台车支撑刚度不够，在混凝土压力作用下致使台车模板向内收敛变形，作业窗封闭不严密等。

3.13　确定要因

根据问题分析出原因后，发现大部分原因类似，将问题及发生问题的原因进行汇总，并确定主要原因。因素分析确认见表2。

表2　因素分析

影响二衬混凝土施工质量的主要原因有9个，一般原因有2个。其中一般原因安排专人进行落实，并加强监督、检查力度。主要原因进行比对分析，并重点监控执行情况。

4　实施措施

4.1　拱墙二次衬砌施工

4.1.1工艺概述

混凝土输送泵入主料斗，通过固定在衬砌台车的主料斗、分流槽将混凝土送入一级工作窗口，一级工作窗口混凝土浇筑完成后，关闭一级工作窗口的滑槽，打开二级工作窗口滑槽挡板，开始浇筑二级工作窗口的混凝土。第三、四级工作窗口利用混凝土输送泵直接入仓灌注混凝土[5]。

4.1.2工作内容

主要工作内容：逐窗分层浇筑、压顶、养生等。

1)一级窗口混凝土浇筑。通过滑槽插板控制混凝土流向，先从下坡端逐窗浇筑混凝土，密切观察混凝土浇筑高度，混凝土前后高差小于0.6 m，左右高差小于0.5 m。依次循环浇筑至窗口下方30 cm。

2)混凝土振捣。先利用插入式振动器进行振捣。做到“快插慢提”，严禁在混凝土浇筑仓内平拖振动棒，严禁接触模板、钢筋和预埋件。插入式捣固一定仔细，做到捣固到位，表面泛浆，混凝土表面无显著下沉无冒泡现象。捣固棒插入下层混凝土深度宜为5～10 cm。

3)再利用附着式振动器振捣，以便能较好地控制振捣时间和顺序：混凝土浇筑完成后启动附着式振捣器从已浇筑的二衬端向另一端进行，每个振动器的振捣时间为25 s。与相邻的振动器搭接5 s，依次进行。附着式振动器对提浆保证混凝土表面光洁有一定作用，时间搭接和振动顺序是为了保证在拱顶部分气泡从端模排除，减少气泡。

4)二级窗口混凝土浇筑及捣固。采用与2)、3)相同的方法完成二级窗口混凝土浇筑。

5)混凝土压顶。①压顶混凝土适当提高混凝土流动性；②压顶时充分利用拱顶灌注孔，并沿上坡方向进行，确保拱顶混凝土浇筑厚度和密实度，浇筑完成后及时进行封孔。

6)拆模养生。拆模后根据环境条件及时进行养生。环境温度低于5 ℃时严禁洒水养生。洒水养生设备采用高强喷雾机，喷雾机固定在自卸汽车上，方便运输。

4.2　拱顶带模注浆

4.2.1工艺概述

通过对液压衬砌台车进行改造，在衬砌台车模板中心线位置沿台车纵向设置一定数量的注浆孔，并安装注浆用固定法兰，在浇筑混凝土前预埋混凝土(RPC)注浆管，混凝土浇筑结束后，利用预埋管道进行拱顶注浆。拱顶带模注浆施工工艺流程如图1所示。

图1　拱顶带模注浆施工工艺流程图

4.2.2工作内容

主要工作内容：注浆孔设置、RPC管道安装、二次衬砌混凝土浇筑和养护等。

4.2.2.1注浆孔设置

台车注浆孔位置布置如图2所示，主注浆孔距离侧端模为60～100 cm。端模排气孔(也作为注浆孔)距端模边缘 100～150 cm。中间注浆孔安置在混凝土灌注口之间平均分布。在初始设计注浆孔位置时，当设计位置与台车钢梁位置有冲突时，可将注浆孔位置进行适当调整。

图2　衬砌台车拱顶带模注浆孔示意图

4.2.2.2注浆管道安装

1)在衬砌台车模板顶部开孔，孔径为40 mm，在衬砌台车开孔处焊接固定法兰，固定法兰采用四周满焊方式，防止漏浆或注浆时法兰脱落。将制作好的RPC管穿入定位法兰，其中十字切口端与防水板顶紧。定位法兰外接管上连接套管及注浆管固定管。

2)用于注浆的注浆连接件包含定位法兰、连接套管、止浆阀门、压力表以及快速接头等，注浆连接安装与注浆管道定位法兰方式如图3所示。

图3　注浆连接安装与注浆管道定位法兰

4.2.2.3二次衬砌混凝土浇筑

1)将准备好的RPC注浆管(排气管)通过预留孔进行“试穿”量测，确定RPC注浆管的安装长度后，预埋好注浆管。浇筑拱顶混凝土时，注浆管作为观察口，看混凝土是否浇注到拱顶，注意观察预埋管是否泌浆，必要时可对注浆观察口进行清理，避免堵塞。

2)拱顶注浆按照从低端往高端开始注浆。二衬混凝土浇筑完成1～2 h后进行，注浆材料采用微膨胀性水泥砂浆和专用的制浆注浆一体机进行操作。浆液要求连续拌制，确保浆液的质量。

3)注浆以排气孔和端头模流出浓浆标志结束。若台车模板处出浆压力达到1.0 MPa，仍未出浓浆，更换排气孔注浆，直至中间排气孔和端模排气孔流出浓浆时停止注浆。

4)注浆完毕更换注浆连接件时及时封堵RPC注浆管管口，防止漏浆。

5)注浆结束，浆液初凝后卸除定位法兰，卸下注浆机软管，将注浆管孔封堵密实。

6)预留注浆孔进行表面防护，经拱顶无损检测合格后，对注浆管外漏部位使用角磨机切割打磨平整。

4.2.2.4二次衬砌养护

砼拆模后，采用专用移动式喷雾机及时进行养护，水雾均匀喷洒到二衬砼表面，保持砼处于湿润状态，纵向移动喷雾机，完成需养护段二衬砼养护。根据施工条件，确定洒水喷雾间隔时间，确保二衬砼养护效果。

4.2.2.5拆除模板

1)在初期支护变形基本稳定后施作的二次衬砌混凝土强度达到8 MPa以上。

2)初期支护未稳定，提前施作的二次衬砌的混凝土强度达到设计强度的100%。

3)拆模时混凝土内部与表层、表层与环境之间的温差不得大于20 ℃，结构内外侧表面温差不得大于15 ℃；混凝土内部开始降温前不得拆模。

4.2.2.6注意事项

1)混凝土浇筑连续进行。当因故间歇时，其间歇时间小于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间。当超过允许间歇时间时，按接缝处理，衬砌砼接缝处必须进行凿毛处理。纵、环向施工缝按照设计要求设置中埋式橡胶止水带。

2)当振捣完毕后，竖向缓慢拔出，不得在浇筑仓内平拖。泵送下料口及时移动，不得用插入式振动棒平拖驱赶下料口处堆积的拌和物将其推向远处。

3)对于钢筋太密的部位，需加长振捣时间和加大振捣角度变换次数，保证布料到位，振捣密实。在浇筑混凝土时，经常观察，当发现混凝土有不密实等现象时，立即采取措施予以纠正。

4)二衬混凝土左右两侧混凝土面高差不得超过0.5 m，前后高差不得超过0.6 m，混凝土浇筑应逐窗逐层自模板窗口灌入，由下向上，对称分层，倾落自由高度不超过2 m。

5)注浆过程中，观察台车压力表和端模出浆情况。如果端头模圆弧最高点漏浆，先停止注浆泵，并及时对漏浆处进行封堵，然后继续注浆，直至端头出浆浆体密度与制浆机中的一致。更换至下一个注浆孔，依次类推。注浆时，如果台车处压力表超过1.0 MPa，直接转至下一注浆孔。

5　结语

通过以上措施，减少了混凝土缺陷处理次数和处理时间，做到了混凝土“内实外美”，不渗、不漏，表面无湿渍。保证了现场安全，施工质量得到很好的管控，为后续二衬混凝土施工积累了经验。

[1] 彭跃，王桂林，张永兴，等.衬砌背后空洞对在役隧道结构安全性影响研究[J].地下空间与工程学报，2015(6)：34-36.

[2] 刘海京，夏才初，蔡永昌.存在衬砌背后空洞的隧道计算模型研究及应用[J].公路隧道，2017(4)：68-70.

[3] 赵国刚.隧道喷射混凝土空洞缺陷的成因及处理方案[J].土工基础，2017(5)：56-58.

[4] 周涛，党海燕，王国欣.隧道衬砌背后空洞引起塌方的分析与处理[J].上海地质，2013(2)：44-47.

[5] 窦顺，贺磊，郑静，等.隧道二衬脱空声振检测试验研究[J].铁道工程学报，2017(7)：56-59.