高速铁路隧道工程二次衬砌 施工关键技术

高速铁路隧道工程二次衬砌 施工关键技术

王勇

中国铁建大桥工程局集团有限公司

摘要：随国家经济高速发展，高速铁路建设规模逐步扩大，其中山区铁路线路建设越来越多，山岭隧道线路占比高，因隧道工程结构特殊，受施工因素及不确定因素影响较多，运营期间结构安全尤为重要。本文以张吉怀铁路ZJHZQ-10标段隧道工程二次衬砌施工为例，总结了隧道二次衬砌施工质量控制关键技术。

关键词：高速铁路；二次衬砌；施工质量；关键技术

一、工程概况

新建张吉怀铁路自张家界地区黔张常铁路张家界西站引出，经吉首市沪昆客专怀化南客站，线路全长247.481km，设计行车速度350公里/小时。我单位承建的新建张家界经吉首至怀化铁路位于湖南省怀化市境内，其中10座隧道，共10.5km。

二、二次衬砌结构质量通病

近年，部分高速铁路暴露出较多的质量问题，严重威胁高速铁路运营安全，2019年某铁路衬砌掉块，导致正在运行的高速铁路列车脱轨。隧道工程施工作业环境复杂，影响因素及不确定因素较多，受当前施工水平限制，隧道二次衬砌施工质量缺陷较高，我单位隧道施工过程中，为保证隧道衬砌质量，从工艺工装入手，优化二次衬砌施工关键技术，最后取得了较好的效果。

针对主要衬砌质量问题进行分析，选取正在施工的120m隧道衬砌进行全数检查，采用雷达扫描、敲击、目测、回弹仪和钻芯进行检测，针对衬砌工程主要质量缺陷，检查完成后，存在问题统计如下：

表1：隧道衬砌工程常见质量缺陷统计表

三、确保二次衬砌质量的施工技术

1、3D扫描技术

三维激光扫描仪扫描原理主要是通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率、快速的获取物体表面的三维坐标，突破了传统的单点测量方法。这一技术逐步在高铁隧道行业得到大规模的应用，毫米级点间距，每秒可以扫描上百万个点，所以也被称为全景复制技术。

表2：3D扫描技术功能表

首先在扫描仪前方五米范围之内任意摆放两个徕卡球棱镜，通过全站仪测出两个球棱镜坐标，开启扫描仪对隧道进行扫描，扫描时间为3分钟，外业数据采集完成。通过三维浏览程序，对初支净空进行全息评价，精确计算缺陷位置，也可以通过颜色来判别初支是否侵入二衬，冷色表示合格，暖色表示初支侵入二衬，鼠标点击暖色区域可以显示具体侵入值以及对应的里程及坐标，方便现场及时处置。通过扫描初支面，可以对超欠挖进行评价，快速指导现场处理欠挖，同时具有自动计算超挖部分初喷混凝土用量，有利于超耗原因分析，做到成本管控精细化和工艺改进措施具体化。通过扫描二衬面，可以对以完成二衬面进行评价，为已完成隧道二衬的净空断面提供有力的数据支撑。

图1：3D扫描分析图

2、防水板密贴磁焊技术

铺设EVA防水板时，固定时采用专用的塑料垫片防水板固定在基面上。固定时要根据基面的不同情况采用钢钉、螺丝钉及塑料胀管等不同的固定工具。在铺设过程中，两块EVA防水板搭接处应预留不少于15厘米的搭接余量，应使防水板保持一定的松弛度，在环向铺设时，应注意防水板的纵向与隧道的纵向垂直。EVA防水板的单条焊缝宽度为1.5厘米。两条焊缝包括焊缝宽度为15厘米，两条焊缝之间空气道间距不小于5厘米。EVA防水板焊接的焊缝尽可能一次完成，尽量减少间断和停机次数，避免不必要的修补。

为保证铺设防水板施工质量，张吉怀项目采用了防水板超声波焊接及微波磁焊技术，超声波焊接是通过手持式超声波焊接机将电流转化转化为振动能量，通过摩擦方式转化为热能，将塑料熔化为一体；微波磁焊是通过微波感应对金属进行加热，被加热过的金属，对防水板进行加热融化，同时施加压力，实现防水板焊接，提升了隧道衬砌防水效果。

3、端模软搭接技术

衬砌接头处采用橡胶垫片与混凝土面接触,解决了定位时因油缸挤压造成的混凝土压性溃裂,有效减少了拱顶掉块的安全隐患。解决了混凝土的漏浆、错台缺陷问题。本技术措施代替了以往施工缝处粘贴厚质双面胶带的做法,省去施工缝处人工处理双面胶带的工作,保证了施工缝处的美观性。

4、橡胶堵头板施工技术

半钢模橡胶堵头模板较之之前的全钢模堵头模板更加轻便，操作简单更好的保证了止水带的平整及端头混凝土的外观轮廓，能够更好的防止漏浆等问题的发生，并且半钢模橡胶堵头模板安装时不需要采用辅助支撑加固。半钢模橡胶堵头模板块小、重量轻工人安装和浇筑后的拆卸都是很方便的。而且拆卸完成后端头混凝土会减少缺棱掉块的问题发生更好保护混凝土表面的完整性。并且半钢模橡胶端头模板可以根据不同的围岩等级变化厚度。

5、气动振捣施工技术

由于传统人工振捣棒振捣过程中影响因素多，人为影响程度大，尤其在衬砌中上部振捣过程中振捣效果不易观察、操作难度大，且操作过程中容易碰触到衬砌钢筋、预埋件、台车模板，衬砌质量不易控制，易出现质量隐患，而气动振捣技术可有效的解决这一问题。气动振捣装置固定于台车模板表面，所以不存在传统振捣棒在振捣过程中碰触模板、钢筋、预埋件的情况，同时相较于传统振捣棒而言，气动振捣装置排出气泡效果较好，更有利于消除混凝土的蜂窝麻面现象，使衬砌混凝土更加密实，保证其质量。

6. 自动喷淋施工技术

二次衬砌施工完成后需及时进行养护，以确保尽早达到设计强度。自动喷淋系统可有效的对施工完成后的衬砌进行喷淋养护，其相较于雾炮机等设备而言，同等电量、水量情况下自动喷淋系统养护面积更大、养护成效更均匀、过程更易控制，可以使衬砌混凝土强度更早的达到设计要求。

7、衬砌拱顶防脱空设备

现多数隧道拱顶位置都存在欠厚、空洞、不饱满问题，究其原因是在衬砌施工过程中仅能观察到衬砌台车堵头部位混凝土的浇筑情况，很难保证拱顶中部位置混凝土是否灌注饱满，只能凭借经验施工，这样就极易造成拱顶混凝土脱空、欠厚等质量缺陷，即便后续进行回填注浆处理，也会对混凝土表面造成破坏，致使隧道在后期营运过程中存在较大的安全质量隐患。而衬砌拱顶防脱空设备可有效的解决这一问题，通过防脱空设备可相对直观的了解拱顶混凝土是否浇筑饱满，可有效的排出人为因素的影响，加强拱顶浇筑过程中的控制，提高衬砌的施工质量

8、带模注浆工艺

衬砌在浇筑完成后，混凝土本身会有一定的收缩应变，同时拱顶位置本身也不易浇筑饱满，极易产生欠厚、脱空等质量缺陷，此时只能进行回填注浆，则不仅需要专业人员、专业设备，且二次处理成本较高，施工工期较长，影响其他工序的施工，严重影响施工进度，所以要在衬砌浇筑完成后及时进行带模注浆。由于衬砌混凝土刚浇筑完成后不久，此时采用带模注浆工艺可使浆液与衬砌混凝土有效结合在一起，保证衬砌结构的整体性，消除相关安全质量隐患。

在台车拱顶部位径向预埋注浆管，纵向设置根数，在二衬混凝土浇筑完初凝后及时通过注浆管压注具有微膨胀、高流通性及与混凝土具有良好结合性的浆液。浆液充填衬砌拱顶浇筑时形成的空洞、脱空等缺陷，而且因注浆管、注浆料和二衬混凝土的良好结合性能使三者能形成良好的整理结构。

四、新技术应用后二次衬砌质量对比

经过科学的组织后，针对主要衬砌质量问题进行检查分析，选取正在施工的120m隧道衬砌进行全数检查，检查方式保持不变，前后问题对比如下：

表3：二次衬砌质量问题对比分析表

本项目进行二次衬砌施工关键技术的研究，总结优化高铁隧道二次衬砌工艺工装，二次衬砌质量提升较大，为今后施工提供借鉴。