高铁隧道二衬拱顶充填注浆施工技术及应用

王声飞WANG Sheng-fei

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

目前隧道传统施工技术应用已较为成熟，为了攻克特殊条件下的隧道施工难题，各种先进的施工技术不断被发掘。在施工质量控制方面，新技术、新材料、新工艺和新设备等四新技术越来越多地被投入到隧道施工生产中[1-2]，提高了工程实体质量，但是，隧道二衬拱顶脱空问题一直没有得到较好地解决。究其原因，一般地，都包括二衬入模混凝土工作性能不佳、施工工艺不成熟或施工组织脱节等方面，造成了二衬施工质量缺陷，特别是对高铁隧道运营期安全带来了极高的隐患和风险。

本文依托华山松隧道，研究了高铁隧道二衬拱顶注浆的有效解决途径，通过预留管道法较好地实现了二衬拱顶充填注浆施工，对二衬背后脱空及局部不密实进行了充填，达到了理想效果，推广应用前景广阔。

1 工程概况

华山松隧道位于云南省曲靖市内，隧道全长16.46km，最大埋深432m，最小埋深约13m。隧道设计为复合式衬砌结构，一般地段二衬混凝土抗渗等级不低于P10，地下水发育段或高瓦斯地段二衬混凝土抗渗等级不低于P12。防水层采用防水板与土工布分离设置，防水板选用EVA（乙烯、醋酸乙烯共聚物）防水板，防水板本体原料不使用再生料，满足设计及规范要求。

2 施工工艺原理

隧道二衬施工时，在二衬拱顶预留注浆花管和排气管，两管均采用PVC 管，注浆花管布设溢浆孔，外露端连接注浆机。排气管布设排气孔。纵向注浆花管和排气管上端抵住防水板，下端端口封堵后抵住二衬台车顶面。在二衬混凝土终凝时，通向纵向注浆管开始对二衬混凝土空洞进行注浆处理，提高二衬混凝土与注浆处理液的整体性，修复各种混凝土缺陷，有效防止拱顶防水板穿孔及脱落，保证二衬施工质量。注浆管正面布置图见图1。

图1 注浆管正面布置图

3 施工关键技术

3.1 拱顶纵向管道预留

土工布及防水板施工完成并检查合格后，在二衬钢筋安装之前，进行纵向管道预留施工。注浆花管、排气管等需要根据设计要求和二衬浇筑长度在加工厂集中加工，便于施工灵活调整，纵向管均采用Ф32 PVC 管，每板或多板联合注浆长度等于计算长度加20cm 外露，注浆管布设溢浆孔，孔径6～8cm，孔间距15～20cm，呈梅花型布置。注浆花管构造图见图2。

图2 注浆花管构造图

排气管在90°范围内的两个直角边上开2 个排气孔，间距按20cm 布置。使用两层PE 膜包裹管外壁紧贴密闭，再利用胶带进行封口，封口位置应在无孔区域进行。包裹封闭应确保浇筑二衬时混凝土浆液不会流入注浆花管内，而后期注浆时可加压冲破预留孔口处PE 膜，保证浆液和空气流通。拱顶纵向预留管道大样见图3。

图3 拱顶纵向预留管道大样

预贴注浆花管和排气管时，注意纵向伸入安装时，避免管道端头戳破防水板而造成防水层渗水。预留排气管时，上部利用PVC 弯头与纵向管连接，上端抵住防水板，下端端口封堵后抵住二衬台车顶面。为保证预留管不偏位，可利用二衬钢筋和加工定位钢筋使其固定牢固，并于已浇筑的二衬混凝土上做好定位标记。

排气管预留时，应注意其排气孔应朝向上方向埋设。排气管埋设于拱顶中线最高点位置，注浆花管可略低于排气管位置。排气管安装方位示意图见图4。

图4 排气管安装方位示意图

为了保证纵向预留管道的位置和线形，可以增加一根纵向定位筋与注浆花管和排气管绑扎固定，同时与二衬钢筋连接固定。在隧道二衬混凝土施工完成后，及时通过雷达检测确定二衬混凝土背后密实情况，采用纵向预留管道法进行充填注浆。现场拱顶纵向管道预留施工见图5。

图5 现场拱顶纵向管道预留施工

3.2 二衬施工

按正常施工工序，二衬台车就位后，进行二衬混凝土浇筑施工。在混凝土浇筑过程中，应注意保护好纵向预留管道，特别注意在混凝土导管安装过程中，碰触损坏纵向预留管道，浇筑过程中，可通过端头检查管道是否完好。

3.3 充填注浆施工

3.3.1 准备工作

检查注浆管是否通畅、完好，注浆设备是否运转正常，连接注浆阀和排气止浆阀，准备注浆所需的材料、设备。

3.3.2 注浆料选用

注浆料选取应根据衬砌脱空的堵水要求、加固要求等因素，同时还要满足无毒性、无污染等进行选择。同时，根据设计对注浆材料的要求，浆液应具有良好的可灌性，固结收缩小，具有良好的粘结性、抗渗性、耐久性和化学稳定性，注浆浆液一般为微膨胀砂浆。目前，常用的注浆材料除了常用的水泥基类浆液外，还有水玻璃类及高分子材料类等。其中，水泥基类浆液具有耐久性好等优点，在处理隧道二衬背后脱空时较为常用。而采用传统的水泥浆作处理二衬背后脱空问题时，常会因浆液发生收缩变形，即结实率低而导致隧道二衬拱顶混凝土与防水板之间出现小范围不密实等质量缺陷。为解决传统注浆料带来的质量隐患，拱顶充填注浆材料需选用具有一定微膨胀性的水泥基类浆液作为注浆料[3-5]，水灰比控制在1∶1.6～1∶1.7 之间，浆料重量配比为水泥∶掺合料∶减水剂∶膨胀剂∶砂子=1∶1.31∶0.012∶0.08∶2.43，PE 膜经试验验证承压力小于0.15MPa。

3.3.3 注浆施工

本循环二次衬砌灌注完成、下循环二次衬砌施作前，并在衬砌混凝土达到一定设计强度后，进行衬砌拱顶充填注浆。

注浆采用搅拌机搅拌进行浆液制拌，采用注浆机进行压浆施工，浆液需连续拌制以满足压浆需要，拌制过程中，需根据配合比严格控制各种材料用量，确保浆液工作性能[6-7]。水泥浆配制完成并搅拌均匀后，将注浆机出浆管连接预留注浆管的注浆阀，同时安装预留排气管的止浆阀。完成准备工作后开始注浆，关闭排气止浆阀，同时在止浆阀上安装压力表，高压压入水泥浆，前期注浆压力控制在0.2MPa 左右，使得浆液冲破注浆花管小孔的PE 膜封闭，流入空洞内。随着空洞内压力增大，通过管体纵坡和液压排空原理，空气冲破排气花管小孔的PE 膜封闭，进入排气管内，进而水泥浆液可将预留管道布设范围内的全部空洞同步处理。注浆同时观察排气管止浆阀压力表，待压力达到0.15MPa 时，打开止浆阀，排出管内空气。随着注浆时间的增长，每隔2h 提高0.1MPa 注浆压力，但最大不应超过0.4MPa，待止浆阀内持续浆液流出且无空气排出时，关闭止浆阀进行稳压，完成空洞注浆施工。注浆结束后应将注浆孔封填密实。隧道二衬拱顶充填注浆施工工序示意图见图6。

图6 拱顶充填注浆施工工序示意图

3.3.4 注浆效果检测

在隧道二衬跟管注浆施工完成后，可择机选取时间对二衬进行全段面的超声波雷达扫描，针对断面特殊的拱顶区域，可增加测线，由原拱顶一条测线增加至三条测线，覆盖所有拱顶区域，检测完成后及时进行测线分析，对存在疑似空洞或脱空的位置，进行标注，采取复测等方式加以验证，将检测分析结果或验证结果反馈至现场。

4 效益分析

华山松隧道采用该进行充填注浆施工，与传统二衬钻孔注浆施工相比，纵向预留管道法避免了对防水板和二衬的损伤，施工可操作性更强，能够较好地对二衬背后脱空或局部不密实进行充填，避免了传统钻孔注浆的盲目性和反复注浆的可能性。

根据设计要求，采用的注浆工艺应简单，操作方便、安全。纵向预留管道法充填注浆比传统二衬注浆工艺操作简便，对作业人员要求较低，注浆花管、排气管等材料的加工、埋设与二衬施工同步进行，省时省力，降低了二衬背后脱空处理的施工成本。

目前在建隧道多为整体式衬砌结构隧道，在施工中会出现空洞及不密实现象，存在质量隐患的同时，无法达到交验标准，影响后续的交工验收等工作开展，所以，控制好衬砌施工质量非常重要，那么过程中控制的重要性就得以体现，在隧道衬砌施工的过程中做好质量的把关，增加隧道衬砌拱顶预埋注浆管，能有效减少后续的钻孔工作，且不会破坏防水体系，通过此方法的应用，注浆效果非常好，满足设计及规范要求，很大程度解决了现有隧道衬砌质量隐患缺陷问题。

5 结束语

华山松隧道通过向隧道二衬背后进行压浆施工，不仅可以充填由于泵送二衬混凝土浇筑不理想而形成的二衬背后脱空，使得初期支护和二衬密贴，形成更加合理的受力储备体系，而且还可以充填由于二衬混凝土不密实而形成的剩余空间，进一步封堵裂隙水渗流通道，在华山松隧道的二衬雷达检测过程中，检测结果满足质量验收标准，效果良好，二衬施工质量满足设计及规范要求。