隧道二衬边墙混凝土分层逐窗浇筑系统设计及应用研究

魏加志

（中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北襄阳 441104）

1 引言

随着隧道修建技术的不断发展，隧道越修越长、越修越宽，穿越的地质越来越复杂。截止2017年底，我国铁路隧道运营里程约1.6万km［1］，因隧道衬砌质量缺陷危及运营安全的事故时有发生。据管理部门调查统计，铁路限速地段的70%是隧道，而隧道衬砌缺陷又占该类事故的70%。隧道衬砌病害会严重影响隧道结构的承载力，甚至会导致衬砌掉块、渗水，或是突然失稳、坍塌，危及铁路运营安全，给人们的生命和财产造成严重损失，并造成大量的社会负面影响［2］。为此，分析二衬边墙常见病害，从工装、工艺源头上进行二衬质量预防性控制研究，对提升隧道衬砌质量有重要意义。

2 分层逐窗浇筑系统设计过程

依据中国铁路总公司工管中心《铁路隧道二次衬砌预防拱顶空洞实施意见》（〔2015〕199号文）中第六条第1点“二衬混凝土浇筑应从下至上利用灌注窗依次灌注”［3］，项目组就如何确保二衬混凝土逐窗入模对展开研究，主要研究阶段为调研阶段、改进阶段、定型阶段。

2.1 调研阶段

针对隧道二衬边墙混凝土冷缝、离析、不密实等常见缺陷［4］，通过调研分析其成因，并进行对策研究（见表1）。对隧道衬砌台车的二衬边墙混凝土入模系统进行优化改造，初步形成了利用串筒、溜槽的分层浇筑系统［5］，实现了二衬边墙混凝土的分层入模功能，但不能实现逐窗入模功能。

表1 常见病害分析

2.2 改进阶段

通过对使用情况进行跟踪、统计，结合作业人员体验，对如何实现逐窗入模功能进行优化、改进，虽然实现了逐窗入模功能，但仍存在以下问题：

（1）现场需调整料斗位置进行拆装，操作不便。

（2）部分滑槽占用了大量的操作平台位置，导致现场工人无法进行逐窗振捣混凝土。

（3）双层分流槽占用一定的高度，导致溜槽坡度过小，影响混凝土流动。

（4）方形料斗容易出现死角，导致积料无法清理或者清理困难，见图1。

图1 改进过程中的分流槽

2.3 定型阶段

针对第二阶段发现的问题，结合一线作业人员的现场体验，进一步优化混凝土入模系统，对台车工作平台进行人性化设计和改造。具体改进情况如下：

（1）对串筒直径进行调整。由原来的φ30 cm调整为φ20 cm，在确保泵送混凝土泵送性的前提下，减少了其占用操作平台的空间。

（2）对串筒位置进行了调整。由原来的台车桁架外侧调整为桁架内侧，减少了其占用操作平台的空间。

（3）对一级工作窗口的入模方式进行了调整，利用伸缩式插槽，实现浇筑窗口的快速入模。

（4）对串筒顶部的方形料斗进行改装。由“方形”调整为“圆形”，无清理死角，便于清洗。

（5）对台车平台进行改造，实现了功能分区，方便了人工操作，保证了作业安全［6］。

3 分层逐窗浇筑系统构成及工作原理

3.1 分层逐窗浇筑系统构造

在二衬台车顶部平台中间位置设置2个倒梯形料斗，料斗上口尺寸85 cm×85 cm，下口尺寸35 cm×35 cm，高度60 cm，距离台车端头2.5 m，共设置2个料斗、4个溜槽、8个分流槽、8个串筒、24个伸缩溜槽（分一、二、三级），见图2、图3。伸缩溜槽的安装位置应避开台车主桁架及液压系统，并保持坡度不宜过大［7］，确保混凝土逐窗入模。

图2 分层逐窗浇筑系统构成

图3 台车断面图

3.2 工作原理

通过在二衬台车上设置料斗、溜槽、分流槽、串筒和伸缩溜槽，形成二衬边墙混凝土分层逐窗浇筑系统。通过操控料斗、分流槽、串筒上的阀门，使混凝土流向各级工作窗口，实现二衬边墙混凝土的分层逐窗入模。同时，每级窗口间安装一台附着式振动器，并设置一个对应专用电表，将入模窗口、附着式振动器和集中控制柜开关统一编号，实现集中控制。每次混凝土入模时，边入模边振捣，确保混凝土振实振平。

4 二衬边墙混凝土分层逐窗浇筑工艺

4.1 浇筑准备

混凝土浇筑前，将泵管接至台车料斗处，并对伸缩滑槽进行检查和清理，伸缩滑槽连接应牢固，表面清理干净并洒水适当湿润。

4.2 浇筑二衬边墙混凝土

二衬边墙混凝土到场检验合格后，进行砼浇筑。混凝土通过地泵泵管直接泵入料斗，通过调节分流槽挡板，控制混凝土流向不同串筒，经伸缩滑槽导流至各级工作窗口，进行浇筑［8］。

首先抽出三级分料斗上方三级伸缩溜槽，关闭串桶二级工作窗口方向挡板，开启串桶一级工作窗口方向挡板，启动混凝土输送泵，使混凝土流至一级工作窗口，进行混凝土浇筑，见图4。

一级工作窗口浇筑完毕后，关闭串筒一级窗口方向挡板，打开二级窗口方向挡板，导流混凝土至二级工作窗口，进行浇筑，同时关闭一级工作窗口，并及时清洗溜槽，见图5。

图4 调节串筒阀门控制混凝土流向一级工作窗口

图5 调节串筒阀门控制混凝土流向二级工作窗口

二级工作窗口浇筑完毕后，推入三级伸缩溜槽至分流槽出口下方，导流混凝土至三级工作窗口，进行浇筑，同时关闭二级工作窗口，并及时清洗溜槽，见图6。

三级工作窗口浇筑完毕后，更换泵管，进行冲顶施工，同时关闭三级工作窗口，并及时清洗溜槽，见图7。

浇筑完毕后，清理料斗、溜槽、分流槽、串筒和伸缩溜槽内残留混凝土，并对附着式振捣器、台车液压系统的性能及稳定性进行检查，发现问题时需及时更换。

图6 抽拉伸缩溜槽控制混凝土流向三级工作窗口

图7 换管冲顶

4.3 质量控制要点

（1）二衬边墙混凝土浇筑时应分层逐窗浇筑、振捣，由下向上［9］，对称分层，同时加强对端头模板的观察。二衬边墙混凝土需对称浇筑，左右两侧混凝土面高差、前后高差及窗口灌入混凝土倾落自由高度均不超过规范允许值。

（2）二衬边墙混凝土浇筑应连续进行。浇筑时应填写混凝土施工记录。二衬混凝土冲顶结束后，及时进行拱顶带模注浆［10］。

（3）根据窗口布置间距、高度，制定插入式振捣棒配置的最低数量要求，每侧、每层一台插入式振捣棒，共8台；根据附着式振捣器的作用半径，针对台车插入式振捣盲区，相应配置附着式振捣器，每侧12台附着式振捣器、拱顶12台附着式振捣器，共36台。

（4）在砼浇筑过程中，利用检查仪器对二衬台车变形进行监控，当发现有变形、移位超出允许值时，应及时采取加固措施［11］。

5 先进性分析

从质量、工效和经济方面对分层逐窗浇筑系统和传统工艺进行对比，该系统具有优势见表2。

表2 二衬边墙混凝土浇筑工艺对比

6 结束语

隧道二衬边墙混凝土分层逐窗浇筑系统已获得授权发明专利 1项（ZL201610996489.1）［12］，并在多项隧道工程的应用过程中，经第三方检测单位雷达扫描、钻孔取芯等检测，二衬边墙实体质量合格，未发现明显质量缺陷。

隧道二衬边墙混凝土分层逐窗浇筑系统，克服了传统跳窗浇筑导致混凝土冷缝、离析、不密实等弊端，有效提升了二衬边墙混凝土质量，并降低了作业人员劳动强度，节约了浇筑时间。同时，该系统在京沈客专、银西铁路等项目的推广应用，也说明了该系统对提高隧道施工水平、降低隧道质量风险、避免隧道衬砌质量缺陷有重大作用。