高铁隧道衬砌空洞补强模筑混凝土施工关键技术

段金超　中国铁路上海局集团有限公司合武铁路有限公司

1 工程概况

合武铁路安徽省段共分布有隧道26座，总长45.653km。其中0.5km以下隧道13座，总长2.996km；0.5km～3km隧道8座，总长9.957km；3km～10km隧道4座，总长21.934km；10km以上隧道1座，长10.766km。

合肥至武汉铁路年家湾隧道K648+255.187～K648+803.187段，隧道全长548m，中心里程K648+529.187。主要空洞病害部位原设计为V级加强围岩浅埋区。空洞部位环向长度约13m，纵向宽度约11.5m，总面积约为149.5m2。施工为运营线要点施工。根据合武铁路安徽段隧道衬砌质量无损检测雷达检测报告、结合隧道竣工资料的对比分析、铁四院设计的《年家湾及金盆地隧道病害施工图》，以及现场实际情况的考察。年家湾隧道局部衬砌存在破损包含背后脱空的情况，原设计衬砌厚度50cm，现衬砌剩余厚度不足设计厚度的40%，并且背后脱空严重。破损范围：K648+758.0～K648+770.5；检测二衬厚度15.3cm，设计二衬厚度50cm,检测与设计比30.7%，总面积约为149.5m2，结构加强部位在拱顶，需凿除空洞部位混凝土，重新模筑衬砌结构。

2 工程特点

隧道病害整治工程，因隧道本身的结构特点和营业线天窗施工存在一定的难度。隧道前期施工情况全部被二次衬砌所遮蔽。故在不破坏衬砌结构的前提下，很难详细了解衬砌内部的具体病害范围及状态。只能在保证运营安全的前提下小范围的逐步整治。

3 隧道衬砌空洞补强模筑混凝土施工关键技术

3.1 空洞补强原则

依据相关施工规范、检查数据及设计图纸结合现场的实际情况，做到在保证运营线行车安全及供电设备完好的前提下，进行空洞部位的重新摸筑混凝土施工。在原有衬砌的基础上，在破损部位构建新的衬砌结构，与原有衬砌形成整体受力，加强隧道衬砌的整体强度，确保施工质量。

3.2 空洞病害情况

施工部位位于年家湾隧道K648+758.0～K648+770.5段；破损部位位于隧道拱顶中线偏右部位；纵向度约为11.5m，环向长度约为13m；破损及脱空总面积约为 149.5m2。

3.3 施工前期准备

与相关单位联系签署协议，提报施工计划；做好要点施工的准备工作，保证要点施工过程中的时间、安全，及点与点之间的连贯性。

整理施工场地，对隧道本身排水系统中的水源加以利用，确保施工过程中混凝土的用水充足。

由于夜间施工的特殊性，照明设备采用碘钨灯进行照明，局部配备大功率的手电筒补充照明。

对施工所用的建筑材料如水泥，砂，石等严格按照标准检验，确保工程质量。

洞外组装固定式车载脚手架，增加作业的机动性，以减少隧道内作业时间。

配备功率相当的柴油发电机组（110kW），混凝土搅拌机（330型）、空压机、输送泵（20型）以及振捣棒等工具,并进行维护保养。

对相关施工人员进行安全技术教育培训，包括运营线施工的自我保护、高空作业的安全注意事项等。

3.4 施工关键技术

3.4.1 施工程序

调查标注空洞范围→凿除原有衬砌混凝土薄弱部分（现场清理）→原有衬砌钢筋除锈防腐处理→凿毛清洗混凝土接茬面并涂抹界面剂→安装加固组合模板→灌注混凝土（现场清理）→拆除模板。

3.4.2 关键施工技术及具体步骤

调查标注空洞范围：在空洞部位下方事先铺设彩条布覆盖道床表面，以防造成污染。利用轨道平车在临近车站安全线组装固定式门式脚手架搭设操作平台。利用天窗时间牵引到位，以争取作业时间，缩短工期。

利用注浆机向空洞内部注水，通过水印的形状及部位大致确定脱空范围的大小及部位，局部可利用电锤试探性打孔勘探。空洞范围确定后在原有衬砌表面利用记号笔进行详细标注，描绘出空洞大小及区域并分隔成小块即每次凿除的衬砌部分。每次切割凿除的衬砌部分控制在2m2以内，分隔的部位要大小适宜，方便高空作业时模板的安装。

原有衬砌薄弱部分的切割凿除：切割凿除事先标注好的部分厚度小于20cm及已经开裂的二次衬砌，混凝土强度低于C30时，应全部凿除封盖部分的混凝土。同时利用原混凝土自由面的坡度，并将凿开的衬砌口修凿成楔形（内大外小），以便新旧混凝土结合面受力合理。对已经凿除的衬砌部分截面部位进行凿毛处理，并用清水进行清洗，保证截面部位的洁净。最后涂抹界面剂，利于混凝土的再次浇筑时与原有衬砌的结合形成整体。空洞口边缘应修整平齐、圆顺，无尖角。

衬砌钢筋的除锈防腐处理：对既有衬砌钢筋进行清理检查，并利用钢丝球洗刷钢筋表面进行除锈处理，如锈蚀严重进行钢筋替换；二次衬砌外缘参照原设计钢筋规格及间距植筋，环向Φ22螺纹钢筋，纵向Φ12圆钢（钢筋网的布置规格为环向间距20cm纵向25cm双层布置中间设有箍筋)。植筋采用A级锚固剂锚固，锚固深度40cm，两层钢筋间按原设计设置箍筋(箍筋为Φ8圆钢加工成的L筋）。

模板的加工及拼装：按照事先在衬砌面上标注绘制好的大小形状加工模板，铺设组合模板。模板加工成50cm×2m左右的规格形状。模板两端预先打好螺栓孔，模板中心预留灌料孔，两端用锚栓固定在衬砌上。锚栓采用M16×300型膨胀螺栓，锚固深度20cm；每块模板固定用锚栓不少于8根。靠近衬砌环向钢筋处，设置吊杆与模板连接，保证模板安装牢固。吊杆可与模版焊接连接，与衬砌钢筋间设置L型吊钩固定。模板堵头处要封堵严密牢固，防止在灌注混凝土的过程中漏浆或跑模。

灌注混凝土：通过灌料孔灌入C30微膨胀混凝土，并采用插入式振捣器捣固，严格控制每次灌注的混凝土方量，确保在模板及原有衬砌的承载能力范围内并在要点时间内完成全部工作量。严禁一次性灌注过量的混凝土对模板及原有衬砌产生过量荷载造成安全隐患、在要点的规定时间遗留未完成的工作造成要点延时。混凝土强度达到C20后拆除防护模板，并对表面打磨处理，接茬的截面处再次进行凿毛处理，清洗后涂抹界面剂方便下部施工。

模板的拆除：模板拆除的顺序和方法，要按照配板设计的规定进行。遵循先支后拆、先非承重部分后承重部分、自上而下的原则。拆除时严禁用大锤或撬棍硬砸硬撬。模板拆除后要清洗干净码放整齐，严禁随意丢放。施工时从左右拱腰开始至拱顶结束。施工最后一板封口时，应埋设1Φ25注浆管，待两天后对此部分进行压力注浆。

3.5 施工工艺关键流程控制

在注水绘制空洞范围时，要注意控制注水量不宜过大。事先在施工部位下方铺设彩条布以防止对道床及轨面造成污染，对行车造成安全隐患。

搭设脚手架前，对实际操作人员进行高空作业的安全教育。在搭设脚手架超过2m高度后，必须正确佩戴安全带。搭设过程中脚手架间连接牢固。

标记每次切割凿除的衬砌部分控制在2m2以内，保证施工的安全性及可操作性。每次凿除的衬砌体积要严格控制，施工部位下方不得站立停留，以免发生危险。凿除的衬砌残渣要集中清理，不得污染道床及轨面。

钢筋进行除锈防腐处理，植筋时要锚固严密。对衬砌的接茬面进行凿毛处理，必须用清水清洗干净后方可进行下步施工。

模板的安装要牢固，螺栓锚固紧密。以保证在混凝土的灌注过程中的安全。严禁在灌注过程中发生模板松动、移位、漏浆、脱落等现象。

接触网及其设备的保护。接触网用橡胶管包裹，绝缘子用棉絮或其它软质材料进行包裹，严禁施工过程中对接触网吊住等供电设备的踩踏。施工范围内全部铺设彩条布防止对道床及轨面产生污染。

混凝土的搅拌严格按照规范操作，控制坍落度。

灌注过程中，要安排专人看管防护。注意模板的牢固程度，如发现有松动现象要及时处理。

拆除模板的过程要专人防护，模板拆除后整齐码放，清洗后留待使用。

每次施工前要制定详细的工作计划，施工人员明确施工步骤及方法。控制每次的工作量，在要点时间内要全部完成。

每一个封锁点施工任务完成后，施工过程中使用的小型工具器械，在施工结束后要清点整理，全部撤离施工现场。所有的材料、工具全部清理出隧道，并且所有的进洞工具均贴反光标志，以利于找寻和清理。

4 整治效果分析

经第三方地质雷达检测，年家湾隧道衬砌空洞消失；经上海铁路局工务处、合肥工务段现场联合验收合格，运行2年后复查，质量良好无空洞，确保了合武高铁运行安全。

此关键技术可以为全路隧道空洞病害整治提供借鉴，并有全路推广价值。

[1]王峰《隧道工程师工作指南》上海交通大学出版社，2008年1月.

[2]《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）.