隧道二次衬砌逐窗入模及带模注浆技术研究

马参考，吴 浩，王翔宇，刘飞虎

（1.中交二公局东萌工程有限公司景文五标项目经理部，陕西 西安 710000；2.浙江交投高速公路建设管理有限公司，浙江 杭州 310000；3.贵州省仁怀市交通运输局，贵州 仁怀 564500）

1 引言

随着我国基础设施建设水平的不断提高和交通事业的不断发展，隧道在我国交通网中的比重逐渐增大[1]。二次衬砌作为隧道初期支护后的加固支护工艺，能够有效防止围岩松动和风化，是保证隧道在运营使用过程中永久稳定、安全美观的一种工程措施。但传统的二次衬砌工艺由于混凝土浇筑间隔时间过长以及衬砌台车布料不均等固有缺陷易引发衬砌不密实、空洞等病害，导致混凝土浇筑质量较差，严重影响隧道整体结构的安全，同时也大大降低了隧道衬砌施工效率[2，3]。

为有效增强衬砌过程中浇筑混凝土的密实性和稳定性，提高施工效率，预防隧道二次衬砌拱顶及背后出现空洞病害，现有的新型工艺技术多对二衬台车结构进行合理改造，采用逐窗入模系统[4，5]取代泵管进行浇筑，从而确保衬砌混凝土的稳定性，提高衬砌质量[6-8]。在此基础上，可带模注浆的衬砌台车在隧道工程中得到了广泛应用[9，10]，该衬砌台车在进行逐窗浇筑的同时可开展带模注浆作业[11]，很大程度上避免了二衬浇筑的施工病害，进一步提升了衬砌混凝土质量[12，13]。因此，为保证景文高速的隧道施工质量，项目采用可带模注浆的新型衬砌台车进行施工作业，并在台车定制阶段对二衬台车逐窗入模系统、混凝土浇筑窗口和分流系统进行综合设计，以期避免施工过程中改造台车引起的施工障碍，达到更优的使用效果，基于此提出适用于景文高速的隧道二次衬砌逐窗入模和带模注浆施工技术要点。

2 工程概况

景文高速段耙齿岩隧道为双洞分离式结构设计，隧道左、右线全长分别为3382m、3393m，均为双向四车道，净高和净宽分别为5.0m和10.25m，隧道平曲线半径为1450m，开挖内洞轮廓半径为543cm，外壁厚度为65cm（图1）。耙齿岩隧道处于低山丘陵区，地形坡度约30°～50°，沟谷发育，山体完整性一般，植被覆盖率较好。隧址区轴线地面高程在260m～790m之间，进洞口位于缓坡，上覆坡洪积含角砾黏性土、含黏性土碎石，厚度25m，局部强中风化凝灰岩出露。出洞口位于斜坡地带，上覆凝灰质粉砂岩及凝灰岩，厚0.5m～1.5m。根据地质勘查报告显示，隧址区基岩为较硬岩，岩质较坚硬，洞身段岩体完整性一般，且以碎裂状岩体为主，全隧道采用钢筋砂浆锚杆和喷砼挂网对明洞边仰坡进行防护。

图1 耙齿岩隧道结构示意图（cm）

3 隧道二次衬砌逐窗入模浇筑技术

3.1 二衬滑槽逐窗入模台车改造

为减少二衬浇筑施工时频繁更换泵管以及采用效率低下的单窗布料现象的发生，规避混凝土离析以及表面出现蜂窝麻面的风险，确保二衬混凝土施工质量，开展高效施工作业，特对二衬台车模板进行改造，以实现逐层多个工作窗口同时注料，减少换管浇筑过程的时间和人力消耗，提高工作效率。

衬砌台车模板断面图如图2和图3所示，台车模板上部和下部外圆半径各加大50mm 至5480mm 和7980mm，台车模板高7530mm，面板厚度12mm，纵向长度12000mm，浇筑口接管内径Φ125mm。此外，为防止浇筑施工时通风管道给台车运行带来不便，确保衬砌混凝土的正常浇筑，衬砌台车中线右侧预留了通风管道孔（Φ1200 mm）。

图2 隧道二衬台车模板横断面图（mm）

图3 隧道二衬台车模板纵断面图（mm）

3.2 二衬台车逐窗入模浇筑窗口设计

二衬台车逐窗入模系统长12.34m，其中左右两侧小边模共计34cm，中间部分以台车中心线为轴对称划分为边模和顶模（间距3m），台车高12m，纵向平均分布6排浇筑窗口（500 mm×500 mm），各窗口层间间距为2m，根据均匀布料的原则，左边模和右边模部分的工作窗按层左右交叉分布，顶模部分工作窗按照隔层单列分布，台车中心线纵向平均设置有4 个带模注浆孔（Φ42mm）和3个注浆孔（Φ125mm），带模注浆孔间距为3.4m，其中上孔距台车顶端1m，下孔距台车底端0.8m，注浆孔间距为4m，上下两孔分别布设在距台车两端3m和1m 位置处，且两孔右侧分别对应设置有观察窗，台车各带模注浆孔及工作窗口具体布设位置如图4所示。

图4 台车混凝土浇筑窗口布设位置纵断面示意图（mm）

3.3 混凝土浇筑分料系统设计

分料系统从上到下由主料斗、主溜槽、分流串筒和入窗溜槽构成，通过控制各接口位置处的开关阀门使浇注料能够到达指定工作窗口，实现混凝土的多线同时浇筑作业。其中主料斗和串流筒料斗采用1.2 cm 厚钢制作，主料斗上下口尺寸分别为700 mm×1300 mm 和500 mm×1000 mm，串流筒料斗上下口径分别为500 mm和210 mm。主滑槽、边模两窗溜槽和串流筒均采用5 mm 厚的优质权钢板制造，管径分别为325 mm 和220 mm，串流筒上设有串流筒插板和分流串流筒（Φ220 mm）用以分流并连接边模两窗溜槽。分流系统的结构构造如图5 所示。

图5 分料系统主视图（mm）

此分流系统可采用两种浇注方式，一窗浇注具体过程为注浆车注浆管混凝土经主料斗到主滑槽，然后通过主滑槽进入串流筒料斗中，此时拿出串流筒插板并插入分流串流筒插板使混凝土经串流筒流到一窗。二窗浇注过程为注浆车注浆管混凝土经主料斗到主滑槽并进入串流筒料斗后，通过插入串流筒插板并拿出分流串流筒插板使混凝土经分流串流筒流到二窗。分流系统的使用实现了二衬混凝土的高效浇筑，极大避免了混凝土因在泵管中运输时落差过大而导致的砂石分离和骨浆离析，节省了人力和时间的消耗，提升了整体的衬砌工艺质量，此外，该滑槽体系与洞口适配度较高，更易于操作施工，一次安装后可重复使用，经济性较高。

3.4 二衬滑槽逐窗入模技术施工工艺流程

二衬滑槽逐窗入模浇筑混凝土首先采用泵送工艺运输至台车顶端进料口处，然后通过主料斗进入两侧的双通滑槽内，再通过分流串流筒到达各级窗口滑槽，达到分窗同时布料的效果。二次衬砌分层逐窗入模浇筑整体的工艺流程为：施工准备（二次衬砌台车改装）→泵送混凝土至主料斗→分流槽→两侧主滑槽→串流筒料斗→逐窗浇筑→衬砌冲顶、带模注浆→脱模养护→检测。隧道二次衬砌分层逐窗入模具体浇筑工艺工序如图6所示。

图6 分层逐窗入模浇筑工艺流程图

4 隧道衬砌带模注浆技术

4.1 带模注浆工艺原理及局部超前预注浆处理

在已优化设计的台车横向中心线处布设带模注浆孔（图4），并设置相应的固定法兰，在逐窗入模施工前预先埋设注浆管，以便实现浇筑作业和注浆作业同步进行。

注浆前应采用综合超前地质预报手段（TSP、红外线探水瞬变电磁法和地质雷达探测法）探明掌子面前方地下水分布、存储情况以及周围岩质发育变化，并用超前探孔进行验证，当探水孔总出水量大于15 m3/h时，采用全断面堵水注浆（图7）；当施工探水钻孔后各孔总出水量不高于15m3/h，但个别孔超过3m3/h时，按局部超前预注浆堵水设计图（图8和图9）施工，注浆范围在出水通道范围内，隧道开挖外轮廓线以外5m～6m，单孔注浆有效扩散半径R=3.6m，根据设计，注浆压力比实测静水压力大1.0MPa，注浆结束时压力应为静水压的2～3倍。注浆工程预算数量可按每延米平均布设4 个注浆孔计算，具体施工时可根据注浆位置实际探明的出水点位置、水量和预注浆段岩层节理、裂隙发育情况合理布置注浆孔个数和位置，注浆孔孔径为108 mm，开孔孔径为150mm。注浆后总出水量小于2m3/h，且一处出水量小于0.6m3/h时即可结束注浆。根据具体施工的难易程度，注浆材料采用水泥-硅酸钠水溶液双液浆，主要成分为42.5MPa的早强水泥和浓度为30°Be的稀释水玻璃，水灰比为0.8，水泥浆与水玻璃体积比为1：0.5，凝胶时间根据现场情况确定。

图7 探水孔断面布置图

图8 局部注浆示意图（cm）

图9 注浆孔大样图（cm）

4.2 逐窗入模及带模注浆浇筑混凝土效果检验

浇注料采用设计强度为C30 的泵送混凝土，实测坍落度190mm，其原材料规格及施工配合比见表1。为进一步验证浇筑料的施工质量，特对景文高速耙齿岩隧道左洞ZK69+456～ZK69+468、ZK69+468～ZK69+480 和ZK69+480～ZK69+492 三段线程处进行实测质量检验，经外观质量评定，各路段衬砌背部无空洞、无杂物，浇筑料表面坑槽及不平整总面积均低于衬砌总面积的0.5%，深度远小于10mm，衬砌钢筋混凝土结构裂缝宽度小于0.2 mm，混凝土结构裂缝宽度不超过0.4mm，根据实测质量评定结果（表2），采用所设计逐窗入模和带模注浆浇筑系统施工后的混凝土强度、衬砌厚度及墙面平整度均满足施工技术标准，二衬质量得到明显改善。

表1 浇注混凝土原料及施工配合比

表2 衬砌工程质量检验评定表

5 结语

通过在景文高速段耙齿岩隧道二次衬砌施工中采用可带模注浆的衬砌台车，并对二衬台车逐窗入模系统、混凝土浇筑窗口和分流系统进行综合设计，完成了混凝土浇筑工作。此外，根据工程实际针对性地提出了提高围岩整体稳定性和抗渗性的超前预注浆堵水设计方案。经过衬砌工程质量检验及评定，采用新型逐窗入模系统后，二衬混凝土的外观及实体质量均能满足隧道工程质量检验评定标准，有效避免了衬砌拱顶脱空、浇筑混凝土厚度及强度不足等问题。因此，经实践证明，隧道二衬带模注浆技术可提高施工效率，改善衬砌浇筑质量。本文也为高速公路隧道的高质量建设提供了可行的施工参考。