08二衬混凝土防脱空工艺概论

二次衬砌混凝土防脱空工艺（云桂铁路项目经理部张春光）1前言口前隧道衬砌均设计为复合式衬砌，一般情况下1【、III级围岩二衬承受30%的围岩松弛荷载，IV、V级圉岩二衬承受圉岩松弛荷载的50%。设计结构分析讣算时，均是按复合式衬砌背后回填密实、衬砌背后围岩能提供径向弹性抗力考虑的。因此，不论是拱部二衬背后脱空，还是边墙二衬背后脱空的危害，均改变了二衬结构受力，使二衬局部受力加大，造成了安全隐患。拱部二衬背后脱空则安全隐患更大。二次衬砌拱顶脱空时，拱部均为正弯矩.即拱部上缘受拉，按常规配筋拱部上缘不配受力钢筋，这就会使拱部上缘受拉开裂，导致渗漏水和腐蚀钢筋，进而使二次村砌混凝土破坏。另一方面，二次衬砌拱顶脱空以后，围岩失去应有的保护和支护，可能使圉岩松驰和变形增大，进而导致围岩失稳、脱落破坏。因此，二次衬砌顶部脱空现象是必须加以预防和处理的。鉴于上述原因，我项LI部组织专业技术人员对隧道二衬背后脱空的预防进行了研究。2工艺原理造成隧道二衬背后脱空的主要环节包括：光爆控制、湿喷栓平整度控制、防水板铺设、模板加固、混凝土浇筑、振捣等。通过对各相关环节的工艺控制，可有效减少二衬背后脱空现象。3工艺特点1）通过加强光面爆破的控制，使圉岩周边形成平滑圆顺的表面，不仅控制周边超欠挖，也为初期支护表面平顺、防水板密贴铺设等创造有利条件。2）采取优化、规范工艺措施有效控制防水板松弛度，避免基面局部凹凸处的防水板因紧绷而造成背后脱空。3) 通过优化混凝土浇筑、振捣工艺和加强现场控制，避免因墙部混凝土下沉,以及因拱顶泵送栓顺序、配合比等造成拱顶脱空。4适用范围公路、铁路、地铁等工程项LI的暗挖隧道二次衬砌施工。5主要引用标准高速铁路隧道工程施工质量验收标准(TB10753-2010)、铁路混凝土工程施工质量验收标准(TB104242010)、高速铁路隧道工程施工技术指南(铁建设2010241号)、铁路混凝土工程施工技术指南(铁建设20101241号)。6二衬防脱空施工方法6.1造成二衬脱空的因素分析6.1.1开挖及初支对二衬脱空的影响(1) 光面爆破效果差是造成隧道二衬背后脱空的首要因素。对于II、1【级圉岩段，因初支一般不设计钢架，喷栓很难使表面平顺，使得防水板很难密贴初支;对于IV、V级围岩段，光爆差则有时会造成钢架架立不平顺，造成起伏现象，使得防水板很难密贴初支。(2) 光面爆破效果较好，但曲于初支施工时未对局部掉块部位进行挂网处理、喷射手技术水平较差或责任心不强等原因造成局部空洞或表面不平顺。6.1.2防水板施工对二衬脱空的影响(1) 防水板铺设松弛度不足，局部紧绷，在防水板与喷栓面之间形成空腔。(2) 防水板铺设松弛度过大，形成褶皱，造成二衬背后脱空。(3) 防水板釆用吊带挂设，防水板与初支之间会产生一定的自由度，浇筑絵时易造成防水板局部紧绷而背后脱空。(4) 防水板固定点数量不足，栓浇筑过程中易因栓摩擦力而下坍，引起拱部防水板紧绷而脱空。6.1.3模板施工对二衬脱空的影响(1) 模板台车底部支撑不牢靠，如果台车在栓强度不足以承受自重前发生下沉、变形则可能导致二衬背后脱空。(2) 挡头板封堵不严实，漏浆，造成二衬背后脱空或不密实。此情况多出现于拱顶处。6.1.4混凝土浇筑对二衬脱空的影响(1) 混凝土浇筑时仅利用个别窗口，混凝土流动距离过长，距灌注窗口远处易因混凝土供应数量不足、压力不足而造成脱空。(2) 混凝土浇筑过程中未振捣密实，浇筑完成后混凝土受自重下沉，造成拱部脱空。(3) 混凝土浇筑至拱部时，难以精确掌握混凝土量，拱部混凝土灌注量不足而致使拱部局部形成脱空。(4) 拱顶混凝土采用一次泵满的方式施工，捣固后混凝土下沉致使拱顶形成空腔。(5) 下坡施工时，浇注段与上循环之间会形成空气囊(拱部)而造成衬砌背后空洞。(6) 混凝土扩散度不足，封顶时局部泵送不到位，造成二衬脱空。6. 1.5养护对二衬脱空的影响(1) 混凝土拆模前，如模板台车被运输车辆撞击，则可能造成模板台车移位,导致二衬脱空。(2) 混凝土自身收缩、徐变山于混凝土本身的特性，其在浇注后要发生收缩和徐变，致使衬砌与圉岩或防水板间出现空隙，此种原因造成的空隙一般小于2cm。6. 2二衬防脱空施工工艺6. 2.1防脱空工艺流程通过上述分析可知，影响二衬脱空的因素涉及施工的各个环节，需从开挖、初支、防水板铺设、模板、磴浇筑、栓振捣、养护等环节加以控制。工艺控制流程如图1。6. 2.2严格控制光面爆破效果(1) 将周边眼间距控制在50cm以内，围岩为薄层状时进一步缩小周边眼间距至45cm。(2) 周边眼所用药卷直径为32mm时，釆用间隔装药；所用药卷直径为l)25mm时，釆用连续装药。对于装药量，通过试验不断优化。炮眼釆用炮泥堵塞30cm以上。(3) 对于IV、V级围岩段，一是尽量减小外插角，二是考虑爆破后找顶的影响控制钻眼轮廓线。(4) 严谨实施测量放样工作，边墙开挖时亦须测量放样。工序名称开挖初支防水板二衬各工序防脱空控制要点养护图1二衬防脱空工艺流程图6. 2.3加强对初支施工质量的管理(1) 喷栓施工前，先对局部掉块部位进行挂网处理。(2) 喷射作业自下而上连续进行，喷射角度与受喷面垂直，喷嘴与受喷面的距离控制在0.61.8m,喷射手须根据回弹情况动态调整。(3) 钢架制架方面，一是使按照统一标准制作钢架，避免长短不一；二是须通过测量放样，使各钢架位于同一高度、同一平面内。(4) 对较大下凹处，须喷至大至圆顺；钢架间须喷射平整，避免喷磴厚度严重不足时在钢架两侧表面高度突变，严禁出现肋骨现象。(5) 喷栓完成后当班清除脚部多余混凝土，局部超喷的部位要当班清除，避免凝结成块，影响初支平整度。初支表面的钢筋头也要及时清除。6.2.4严格按规范要求铺设防水板(1) 拱顶隧道中线两侧各3米范用内的防水板固定点间距控制在0.6m以内，拱腰部位的防水板固定点间距控制在0.8m以内，边墙的防水板固定点间距控制在1.0m以内，梅花形布置；基面凹凸较大处增加因定点，使防水板与基面紧贴。(2) 防水板固定采用焊接工艺，避免采用吊带挂设产生的下垂。(3) 防水板松弛度控制方面，一是要松紧适宜，二是不仅要注意环向松弛度,还要注意纵向松弛度。(4) 混凝土灌注过程中，在灌注窗口采用专用支撑丝杠对防水板进行固定，减少浇筑过程混凝土对防水板的拖拽效应。6.2.5保证模板施工质量(1) 操作模板台车前行至待衬砌位置后，关闭行走电机，并在行走轮处打好木楔或使用阻车器，防止溜车或衬砌中骨架受偏力产生位移，引起跑、爆模。(2) 旋紧底梁下的螺旋支腿，并确保轨道下轨枕数量充足、基础坚实。(3) 边模调整至设计尺寸后，上好所有侧模丝杠并确保旋紧。(4) 浇筑混凝土前再次复查台车的加固系统，确保支撑可靠。(5) 浇筑混凝土前检查一遍浇注窗口，保证各窗口均可正常使用。(6) 挡头板须封堵严实，接缝严密，避免漏浆。6.2.6强化混凝土浇筑、振捣工艺控制(1) 严禁浇筑混凝土时仅利用中间一排窗口，避免混凝土流动距离过长，距灌注窗口远处易因混凝土供应数量不足、压力不足而造成脱空。(2) 浇筑混凝土时不得直接冲向防水板板面，一是防止混凝土离析，二是防水混凝土拖拽防水板造成脱空。(3) 在模板台车上设置附着式振捣器，边墙部位每侧3个、拱腰部位每侧3个、拱顶2个。混凝土浇筑过程中釆用插入式振捣器配合附着式振捣器捣固。(4) 封顶灌注至少利用两个泵送孔，确保灌注到位。(5) 封顶时适当减缓泵送速度，以利捣固、排气和观察充填情况。(6) 上坡施工时，在挡头板处紧贴拱顶最高处设置排气兼观察孔。浇筑絵从低往高进行，若挡头板处排气孔泄流山稀变浓，可确认灌注饱满，结束灌注。(7) 下坡施工时，利用靠近上循环的端头设置排气兼观察孔，顶部孔口距防水板约2cm。浇筑栓从低往高进行，若排气孔泄流山稀变浓，可确认灌注饱满，结束灌注。(8) 控制混凝土施工配合比，拱部封顶混凝土适肖提高坍落度。(9) 拱顶预埋3根注浆管，供衬砌后拱顶作注浆处理，确保拱顶栓密实。6.2.7脱模养护(1) 拆模时间不宜过早，在初期支护变形稳定后施作的二次衬砌栓强度应达到8MP&以上；初期支护变形稳定前施作的二次衬砌栓强度应达到设计强度的100%。(2) 在模板台车端面上贴反光轮廓标，警示运输车辆，避免撞击造成台车移位。6.2.8及时检测、总结、改进在衬砌施工200m后即安排雷达检测，及早发现问题，以便改进施工工艺、总结提高，减少后续施工衬砌脱空现象的发生，促进衬砌质量的提高。7二衬背后脱空的处理方法7.1脱空处理方案脱空高度小于10cm时，釆用*42mm小导管压注纯水泥浆处理，水灰比为0.5:10.8:lo脱空高度达到10cm以上时，采用42mm小导管压注水泥砂浆处理，水泥砂浆要具有较强的流动性。7. 2脱空处理施工工艺7. 2.1钻孔施工（1）布孔：首先检测结果确定脱空的位置，钻设注浆孔、排气孔，并将排气孔设于较高处。排气孔同时兼具检测功能。（2）钻孔：在标记钻孔处用风枪进行钻眼，根据检测衬砌实际长度进行钻孔,要边钻边进行测量，防止超钻破坏防水板。钻眼到达实际衬砌厚度处停止钻孔，检测衬砌背后是否脱空和防水板是否破损。如钻孔深度达到实测用度仍未钻透时,应边钻边测量，并做好记录。7. 2.2注浆施工（1）注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，指导施工。（2）注浆过程中随时检查孔口、邻孔有无吊浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，直至下排孔浆液注满为止，方可采用快硬水泥砂浆或锚固剂封堵。注浆过程中圧力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。（3）下排孔浆液注满时，釆用中间孔继续注浆，其余两孔封堵好，在注浆时观察上面排气孔，直至浆液注满为止，可停止注浆，并及时封堵注浆口和排气孔。（4）注浆过程派专人负责盯控，填写注浆记录表，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值、注浆孔串浆、流浆程度。（5）当发现检测管（排气管）开始流出浆液时，则基本注满，须再保持缓慢注浆，当压力出现持续升高时，停止注浆。7. 3脱空处理施工注意事项（1）钻孔前，精确测定钻孔的平面位置、实际施工厚度等。（2）施工中严格控制钻机偏移及卡钻。（3）施工中做好钻孔记录，做到边钻边量测，及时掌握钻孔深度，杜绝防水板钻破。（4）钻孔处采用高标号防渗水栓封堵密实。7. 4脱空处理效果评定注浆处理完成14天后，采用雷达复检，确保处理合格。8应用实例云桂铁路石林隧道全长18208m,设置“一贯通平导+两斜井”辅助正洞施工。截止2012年8月底,云桂铁路石林隧道正洞开挖9.4km,二次衬砌完成8.6km。通过防脱空工艺控制，使进度和质量得到了很好的保障。防脱空工艺措施应用施丄照片如下：图2光面爆破控制效果图3喷射混凝土表面平整度图4防水板松弛度控制图5灌注窗口丝杠支撑防水板图6衬砌台车附着式振捣器图7排气兼观察孔预留施工9工程结果评价釆用上述工艺进行控制后，石林隧道2号斜井工点正洞二衬脱空率下降至2.5%,其它作业面正洞二衬脱空率也明显下降，隧道衬砌质量得到很大改善。监理单位、业主单位对石林隧道的防脱空措施一致表示肯定。