高铁隧道工程衬砌空洞整治施工技术
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摘要：以新建武汉—十堰高速铁路孝感—十堰段工程为例，基于二次衬砌空洞病害提出注浆处理办法，对注浆施工工艺流程展开详细探讨，并根据二次衬砌空洞的原因，如注浆管防护不到位、混凝土浇筑控制方法不合理等，提出针对性预防措施，以保证工程的整体质量。
1工程概况
新建武汉—十堰高速铁路孝感—十堰段起讫里程为DK428+180—DK445+725，全长17.545km，设计速度为350km/h。沿线隧道建设时，根据现场建设条件提前制定二次衬砌空洞的预防方案，将衬砌注浆纳入关键工序，从而有效规避二衬空洞问题，给隧道施工提供安全和质量层面的双重保障。
2二次衬砌空洞整治技术
二次衬砌成型后组织无损检测或采取其他可行的方法，及时判断其是否存在空洞现象，以便根据实际情况采取整治技术，尽快从根本上解决二衬空洞的问题。
2.1注浆处理基本思路
空洞区需经过注浆后恢复完整，要求注入的材料与原衬砌混凝土结合，构成完整的结构体系。在二衬空洞整治工作中，应通过预留的注浆孔完成注浆作业，而拱腰和边墙两处的二衬则以钻孔注浆法为宜。
2.2注浆施工工艺
（1）确定空洞位置。以无损检测报告为基本依据确定空洞的实际发生位置，做好标记，同时详细测定并记录空洞所在区域的二衬厚度，作为后续注浆施工的参考[1]。（2）埋设注浆管。尽可能应用预留注浆孔，若存在孔洞堵塞的情况可在孔洞处用φ30mm的钻头钻进成孔，保证孔伸入空洞处，但不可出现超过结构厚度的情况，否则易损伤防水板。按钻孔尺寸埋设注浆管，对管材与空洞间的空隙宜采取填充锚固剂的方法。（3）拌制水泥浆。水泥是关键材料，选用P•O42.5早强水泥，根据施工要求掺入适量减水剂等，用于改善水泥浆的性能。水灰比以0.5∶1～1∶1为宜，形成均匀的浆体，且可泵性、扩散性及流动性均要满足要求。（4）正式注浆。注浆施工前应深度清理注浆孔，此后方可注浆。初始压力为0.2～0.5MPa，随着注浆施工进程的推进逐步加大压力，终压为0.5～0.8MPa。若注浆施工期间出现压力异常增大或水泥浆难以注入的情况，需检查注浆管，判断其是否存在堵塞现象，并在合理范围内加大水灰比，用于降低浆液浓度，使其可有效注入二衬空洞范围内；若压力偏低或注浆量过大则要考虑是否存在漏浆现象，若有则及时补漏并适度减小水灰比。注浆施工人员应密切关注孔口管的实际情况，若该处有冒浆现象且实际注浆量与设计值相同或更多，则表明已经完成注浆作业。或考虑注浆压力情况，即在终压条件下稳压10min，若该阶段无明显的压力下降也可结束注浆作业。（5）注浆效果分析。浆液填充情况和密实度是关键的考虑对象，可利用无损检测仪测定，必要时采取钻芯取样的方法，辅助检验注浆施工质量，以便准确判断实际情况。（6）注浆孔处理。若钻孔处存在明显的渗水问题需及时封孔，施工材料以水玻璃水泥浆液为宜。注浆孔的布置情况如图1所示。
3二次衬砌空洞原因分析
3.1注浆管防护不到位
若缺乏完善的注浆管保护措施，后续浇筑期间注浆管内可能发生堵塞，拱顶的注浆进程受阻，浆液难以到达指定区域，填充效果欠佳，易出现空洞。3.2混凝土浇筑控制方法不合理混凝土成型需经过一段特定的时间，其早期强度相对较低，难以有效承受自重，若此时过早脱模或端头模板处缺乏密实性，成型后的二次衬砌均容易出现背后空洞的质量问题。混凝土浇筑施工期间拱顶空间逐步缩小，聚集在内部的空气难以被高效排出，二次衬砌背后空洞问题随之显现。
3.3隧道开挖及初期支护质量欠佳
隧道施工易受到地质条件的影响，为顺利完成开挖作业，在部分情况下将采取光面爆破法，但由于工艺参数不合理导致光面爆破效果差，成型的开挖轮廓面缺乏平整性，局部存在较明显的坑洞。在混凝土喷射施工期间施工人员未及时填补坑洞，此时也容易加大二衬背后空洞问题的发生概率[2]。
3.4防水板施作不规范
防水板铺设期间未严格控制松弛度，导致二衬与初支表面难以达到紧密贴合的状态。在预留松弛度偏小时防水板呈紧绷状态，其与喷射混凝土间会产生空洞；反之，在预留松弛度偏大时可见防水板出现褶皱，受此影响，二衬背后有空洞的现象；还需注意的是，在部分隧道工程中，尽管预留松弛度较为合适，但防水板热塑性垫圈固定点的数量不足，难以有效支撑防水板，在混凝土浇筑期间其可能产生下坠，防水板依然会紧绷，由此也将形成空洞。
4二次衬砌空洞预防措施
4.1加强混凝土质量控制
（1）控制质量参数。混凝土的坍落度应稳定在18～20cm区间内，同时需满足和易性要求。（2）控制浇筑、振捣工艺。浇筑时以逐窗入模浇筑的方式较为合适，遵循“自下而上、对称分层”的原则，经由混凝土灌注窗灌入。施工期间严格控制混凝土面的左、右两侧高度，确保高差不超过0.5m；自由倾落高度不超过2m，否则易出现混凝土离析现象。拱腰下部的浇筑施工中采取“插入式振捣器（主）+附着式振动器（辅）”相结合的方法；拱顶和钢筋混凝土区段宜采取“附着式振捣器（主）+插入式振捣器（辅）”的方法。确保振捣作业的全面性，不可出现局部不密实的情况。此外，混凝土浇筑及振捣过程中应加强对二衬端头模板、预埋件等关键部位的检查，若存在变形或偏位等异常现象均要及时采取处理措施。（3）拱顶的混凝土浇筑应优先从临近上循环二衬端的灌注口处压入，其间加强检查，当其与上循环的拱顶达到灌满的状态后开始向端模方向推进。按该顺序施工，确保与上循环拱顶结构稳定连接。此外，施工人员应观察预埋注浆管口，判断其是否存在泌浆的情况。
4.2加强开挖质量控制
（1）隧道开挖的扰动性较明显，需精准控制工艺参数，遵循因地制宜的原则，根据各段的围岩特性采取合适的爆破方法，以取得较佳的爆破施工效果。（2）加强对开挖轮廓面尺寸的控制，局部坚硬石质地段突出部分的欠挖量不可超过50mm。
4.3加强拱顶回填注浆质量控制
拱顶二次注浆为二次衬砌施工全流程中的关键环节，会对二衬的整体质量带来影响，因此需将其纳入工序管理中[3]。在衬砌台车拱顶中心线处布设注浆孔和排气孔（兼作观察孔使用，可用于判断拱顶混凝土是否达到灌满状态），焊接注浆用固定法兰，提前预埋安装RPC注浆管并仔细检查以确定该管的埋入深度。为充分发挥RPC注浆管的应用优势，应根据要求定制该管材。待混凝土浇筑作业落实到位后，在随后的2～3h回填注浆，可选用微膨胀、高流动性的填充砂浆，为提高施工的便捷性可采用制浆注浆一体机连续注浆，直至排气孔和端头模板处流出浓浆为止。
4.4加强初期支护质量控制
（1）初期支护施工中应加强对混凝土表观质量的检查与控制，确保其平整度满足要求，即D/L≤1/20（D,L分别为喷射混凝土表面相邻两凹凸面间的深度和距离）。若表面平整度不达标则应先进行处理，不可进入后续施工环节。（2）初期支护的各项工作均完成后复核初支的断面尺寸，若存在侵限的情况需凿除干净，再喷射混凝土，对于凹陷处则需找平，直至表面平整度达标为止。
5结语
二次衬砌空洞是高速铁路建设中较为棘手的问题，会破坏隧道的稳定性。在隧道工程施工中，工作人员应明确二衬背后空洞的成因，结合现场施工条件及现有技术水平制定完善的处理方案，准备材料、设备等物资，由专员施工，有效解决问题，保证二次衬砌乃至隧道整体的稳定性与安全性。
参考文献：
[1]郭建强，贺清.高速铁路隧道二次衬砌空洞整治与预防[J].交通世界，2019（11）：134-136.
[2]郭海鹏，王永红，安业成，等.铁路隧道衬砌空洞成因分析及整治[J].隧道建设（中英文），2020，40（S1）：444-453.
作者：刘鹏 单位：中铁十一局集团第二工程有限公司
