李耀文
中铁七局集团第五工程有限公司 河南 郑州 450052
摘要：结合蒙华铁路五原隧道工程实践经验，通过工艺工法改进和工装改造的措施，从隧道二次衬砌施工的各个关键工序分别总结施工中容易出现的通病，并提出了过程控制措施和质量控制要点，有效提高了隧道的二衬施工质量。
关键词： 脱空 台车改装 带模注浆 养护台车
一、概述
目前隧道衬砌施工普遍采用整体式衬砌台车，混凝土输送泵浇筑，但是通过对过去的铁路隧道工程进行调查及以往的黄土隧道工程经验可知，在隧道施工和运营方面都会发生病害现象，主要来自混凝土的缺陷病害，如麻面、气泡、拱顶脱空、混凝土表面开裂等质量通病；本文针对常见的隧道衬砌施工质量问题，结合蒙华铁路隧道的施工经验，综合分析引起施工问题的影响因素,如衬砌拱顶脱空、衬砌麻面表观质量差等问题,结合理论和实际,从施工工装、工艺、施工控制等方面着手制定二衬工艺改进措施，达到改善隧道衬砌施工质量的目的。
二、施工工装改进及控制要点
通过二衬台车的改装，改善工人的作业环境，提高二衬施工的便捷性，分别从台车作业空间、分流系统设计、冲顶孔设置、液位报警、视频监控及附着式振捣器的合理使用等方面进行台车改进的研究，保证衬砌施工质量。
2.1 作业平台改装
在现有的钢筋网作业平台上满铺花纹钢板，焊接牢固，并铺设绝缘木板，确保振捣和注浆作业的安全性和便利性。
2.2 步梯改装
台车上下扶梯在钢构厂采用花纹钢板和钢管焊接加工而成，扶梯与二衬台车焊接牢固，扶手粘贴反光贴，挂设警示标志，以免过往车辆碰撞。台车作业平台简易步梯采用φ16的钢筋在作业平台侧面焊接，要求满足工人上下作业需求。
2.3 台车浇筑分流系统
对混凝土输送泵管进行了改造，加装了三通接头，二衬台车分流系统设计了两个主料斗，每个主料斗配两个分料斗，竖向设置导流串筒，横向配置滑槽。混凝土通过主料斗、分料斗分流后进入导流串筒，采用插板导流进入每层滑槽，同步入模。
分流系统示意图
2.4附着式振捣器设置
总结前期二衬施工情况，附着式振捣器采用高频和低频相结合的的方式按照覆盖范围均匀布置，采用配电箱集中控制，振捣范围覆盖全部浇筑面，确保附着式振捣器振捣效果。
2.5设置2个冲顶孔：提前安装接头胶管，冲顶时通过胶管与泵管三通连接，具备两孔同时冲顶的条件，提高了冲顶质量。
2.6安装液位报警装置
拱顶防空洞液位报警装置安装，在拱顶四个检测断面分别埋设液位监测接头，在施工过程中把接触器（线头）固定到拱顶防水板最高处（有热熔垫圈处），当拱部混凝土挤压固定在防水板上的接触线，使接触线导电，形成回路，电源连通，报警灯由红色变为绿色，反之表明冲顶未完成，会形成空洞，通过液位报警灯了解混凝土冲顶情况。
2.7安装视频监控装置
增加视频监控系统对混凝土冲顶进行双控制，浇筑混凝土前在台车拱顶端模开窗，安装视频监控设备，管理人员可随时利用手机、平板电脑接入系统，观察二衬混凝土浇筑冲顶情况，冲顶即将完成时取下监控设备。
2.8二衬端头采用定型对夹钢模板
二衬端头采用定制的内、外弧形定型对夹钢模板，可牢固定位止水带，减少施工活动对其造成破坏，并且封端摸更加牢固，增强了抵抗混凝土浇筑时侧压力的能力。有效保证了隧道二衬环向止水带的安装质量，使设计的止水带真正发挥设计作用，对隧道防水工程起到了至关重要的意义，并有效提高了端头混凝土的施工质量。
三、工艺工法改进及控制要点
工艺工法改进通过分别对混凝土浇筑过程、冲顶施工、拱顶带模回填注浆、全自动养护等工艺进行改进；对多组二衬施工进行旁站写实，总结出混凝土塌落度、浇筑速度、振捣时间和次数、养护措施等混凝土的最佳施工参数。
3.1衬砌逐窗浇筑工艺
隧道拱墙衬砌混凝土浇筑采用“三逐两孔两振”浇筑工艺，即二衬混凝土必须从下至上利用灌注窗逐窗浇筑，逐窗振捣，拱顶逐板注浆；拱顶混凝土必须采用不少于两个孔注浆；边墙以下部分，采用插入式振捣为主，附着式振捣为辅，边墙以上部分，采用附着式振捣为主，插入式振捣为辅。
通过自制台车整体滑槽系统，通过主料斗、主溜槽、“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽结合的方式，简单操作相应的插板阀门，使混凝土流向各工作窗口，实现二衬拱墙混凝土的逐窗进料浇筑。
3.1.1滑槽系统布设
二衬滑槽逐窗入模施工工艺主要采用地泵将混凝土分别泵送至2个集中进料口进料，混凝土通过主料斗、滑槽、分料斗、分流串筒和入窗溜槽结合的方式，通过各级插板阀门，使混凝土流向各工作窗口，实现二衬拱墙混凝土的逐窗进料。台车布料口优化后保证衬砌台车每个布料窗口全部利用，避免了跳层浇筑和集中布料。
3.1.2衬砌混凝土浇筑、振捣
混凝土浇筑分层逐窗布料，连续对称浇筑，边浇筑边振捣，混凝土最大下落高度不超过2m，台车前后混凝土高度差不得超过0.6m，左右两侧混凝土浇筑面高差控制在0.5m以内，严禁单侧一次浇筑超过0.5m以上。同时应合理控制混凝土浇筑速度。
边墙部位每浇筑一层后采用插入式振捣棒进行振捣，每层厚度控制在50cm以内，插入式振动棒在混凝土中移位时，应竖向缓慢拔出，不得在混凝土浇筑仓内平拖，插入式振捣棒振捣时间宜为20-30S，以混凝土不在显著下沉，水分和气泡不再逸出，并开始泛浆为准；台车两端边角部位采用附着式振捣器辅助振捣，附着式振捣器间隔启动，集中控制，采用分次左右对称的方法，每次振捣时间5-10s。
起拱线以上的拱部左右对称分层灌注混凝土，每层厚度控制在50cm以内，每灌注完一层后采用拱部附着式振捣器进行分层振捣，振捣时间宜为5s。拱顶入模浇筑孔不得少于2个，冲顶沿上坡方向分孔进行，冲顶时地泵压力控制在5～6MPa, 通过液位监测仪自动监测冲顶情况。最后孔位应重复冲顶操作，不宜少于2次，每次冲顶后，开启拱顶附着式振动器复振，复振后再次泵入混凝土，确保冲顶过程质量。
3.1.3实验总结
（1）通过新工装工艺的实践运用，实现了衬砌边墙混凝土逐层逐窗入模，有效避免了传统跳窗浇筑导致混凝土离析、骨料堆积、产生“人”字坡冷缝等弊端，提升衬砌边墙混凝土浇筑的实体质量和外观质量
（2）减少了边墙浇筑换管工序，降低了劳动强度，节约了浇筑时间
（3）滑槽体系经济适用，一次安装重复使用；现场操作简单便捷，一线工人易于接受；滑槽体系采用人性化设计，作业通道畅通有序，安全性高。
（4）按照新工装，浇筑过程中严格按照蒙华提出的“三逐、两孔、两振”的要求施工，分层浇筑，分层振捣，严格控制分层厚度，可以有效的防止漏振现象，提升混凝土实体质量。
3.2拱顶带模注浆工艺
在台车上预埋径向注浆管，对二衬混凝土施工完2h内完成注浆。注浆采用专用的制浆注浆一体机进行操作，注浆材料采用孔道压浆料，不仅起到空洞充填作用，且能起到弥补或修复二衬混凝土的缺陷的作用，提高衬砌混凝土整体质量。
3.2.1工艺流程
对衬砌台车进行改装，模板中心线位置沿台车纵向方向设置4个竖向注浆孔，并安装注浆用固定法兰，在浇筑混凝土前预埋活性粉末混凝土（RPC）注浆管，混凝土浇筑结束后及时从预埋注浆管处进行注浆，注浆材料采用微膨胀孔道压浆料，施工配合比为0.32：1（料：水）。
距离上一循环衬砌最近的注浆孔为主注浆孔，编号为1#，沿本次施工衬砌向端头模板方向，依次编号为2#、3#、4#。在孔内安装活性粉末超高强混凝土（RPC）注浆管。
拱顶防水板内侧应埋设纵向排气管，沿拱顶最高点通长布置，一端露出端模，以防止压浆过程中拱部出现气堵产生局部脱空；排气管采用Φ20mm～Φ30mm的胶质软管，管身排气孔按梅花型布设，孔径2～3mm,纵向间距不大于30cm，采用预贴方式，固定点间距不大于80cm。
注浆材料采用微膨胀孔道压浆料，施工配合比为1：0.32。现场孔道压浆料为25kg袋装，在注浆一体机配料设置中设置每盘注浆料投入50kg压浆料和16kg水，设置完成后，将“高速搅拌机”“水泥添加”“水泵”“压浆”四个按钮调至自动，清零配料系统，点击“自动计量”，配置完成后，打开低速搅拌机，然后打开高速搅拌通闸门，点击“压浆运行”开始注浆。
二衬混凝土浇筑完成2小时内完成注浆，至排气孔或端头模流出浓浆或注浆终压力达到1.0MPa即结束注浆。
注浆结束后，卸下注浆机软管，将注浆管孔封堵密实，浆液初凝后卸除定位法兰，切掉外露部分RPC管，并打磨平整。
台车注浆孔纵断面布置示意图
3.2.2实验总结
此工艺做法主要对混凝土浇筑过程中形成的空洞进行注浆回填，有效解决拱顶混凝土脱空问题。
（1）操作简便，注浆一板二衬只需2h左右，且不占用正常二衬施工时间。
（2）二衬模板顶部预留注浆管及注浆排气孔，同时兼做检查拱顶混凝土是否饱满的观察孔。
（3）采用隧道衬砌专用注浆机注浆，该设备集制浆、储浆、压浆多功能为一体，且具有较高的注浆压力，可充分克服低水料比浆体的管道阻力和浆液垂直输送的阻力；
（4）利用衬砌台车的支撑，采用较高的注浆压力，实施低水料比注浆料注浆，充分密实，安全可靠。
3.3隧道全自动时控喷淋养护台车
为避免人为因素影响二衬养护质量问题，研制采用全自动行程控制喷淋养护装置，安装了温湿度感应系统、行程控制系统、时间控制系统、自动上水系统等，可实现无人控制、定时、定距巡回喷淋，解决了隧道二衬养护难的问题。
3.3.1隧道全自动时控喷淋养护台车，通过时间继电器及轨道走行系统的应用，解决隧道长距离养护及不能及时有效养护的问题，实现二衬养护喷淋的自动化控制的目标，保证二衬养护效果。
3.3.2 隧道全自动时控喷淋养护台车由多个系统组装而成，包括工作台架、喷淋系统、集成配电箱及电动行走系统。工作台架采用10#槽钢和方钢加工，高强螺栓连接组成；喷淋系统采用水箱、潜水泵、Φ25和Φ32PPR管和雾化喷头组成；集成配电箱由时间继电器、限位开关、延迟开关、变频器等组成；行走系统由43钢轨、电机、行走轮、收线器等组成。
3.3.3隧道全自动时控喷淋养护台车应用特点
（1）采用时控开关，实现定时开启喷淋养护功能，降低人为因素的影响；
（2）铺设钢轨，应用电动行走系统，实现了自动行走及折返的功能，一个人即可完成衬砌的养护工作，提高了工效，降低了养护成本；
（3）应用了潜水泵和雾化喷头，实现了隧道衬砌的全断面覆盖养护，增强了养护效果。
四、结语
通过隧道二衬施工工装、工艺改进和规范过程控制，健全二衬施工过程控制、工艺流程，规范各环节施工控制程序、明确各环节相关责任人，制定重点检查清单、落实过程写实记录、施工作业工序流程卡和三检制；隧道二衬无损检测结果显示二衬实体质量取得显著的成果，无脱空及不密实缺陷；混凝土表观质量也明显改善，无蜂窝、麻面、施工冷缝等缺陷出现。有效控制了隧道二衬施工的通病问题，二衬施工质量得到了很大的提升，对以后类似工程施工具有很好的借鉴意义。