隧道衬砌施工成套技术在实际施工中的应用

针对影响运营安全的隧道衬砌开裂、掉块、渗漏水等突出质量问题，提出针对性的工艺措施和工装配套基本要求。落实“机械化、工厂化、专业化、信息化”的要求，提高隧道施工技术管理水平。突出系统性、完整性和可操作性，细化技术措施和作业要求，以铁路隧道衬砌通用施工工艺为主，兼顾高原高寒、软岩大变形等特殊环境与条件下的衬砌施工要求，开展隧道衬砌施工成套技术在实际施工中的应用研究。
一、隧道衬砌施工成套技术的组成
1、衬砌台车：加装料斗与滑槽实现混凝土分层逐窗入模浇筑。
2、径向预埋RPC注浆管与拱顶带模注浆技术及注浆一体机。
3、二次衬砌定型组合钢端模（带环向中埋式止水带固定夹具）。
4、仰拱轻便弧形腹模与定型组合钢端模。
5、矮边墙纵向止水带卡具及热熔焊机。
6、防水板铺设台车与超声波焊机。
7、二次衬砌喷淋养护台车与雾炮。
8、水沟电缆槽移动模架。
9、作业指导书、工艺细则、作业要点卡片，人员、机械、工装配备，施工组织及管理制度、办法等配套管理文件。
二、施工工艺
1）轻便弧形腹膜与定型组合钢端模纵向止水带卡具施工
仰拱模板采用轻便弧形腹膜与定型组合钢端膜。通过轻质曲面钢模板，与仰拱端头钢模连接，实现仰拱与仰拱填充的分层浇筑。端模与腹模连接，确保仰拱尺寸准确；通过整体曲面腹模，确保仰拱设计弧面和曲率；通过分窗进料振捣，保证仰拱混凝土密实度和强度；通过使用上、下钢端模，实现了仰拱环向中埋式止水带的准确定位。施工步骤如下：
①仰拱开挖，基底清理，安装仰拱下端模加固。
②安装环向中埋式止水带和仰拱上端模并加固处理。
③安装仰拱腹模并加固。
腹模加固采用纵横向钢筋支撑，钢筋采用HRB400Φ20，间距1.0m，单独布设架立钢筋紧顶栈桥底面，从而在腹模上部形成整体的加固体系来防止浇筑混凝土时腹模上浮。
④通过仰拱模板顶部设置的悬臂卡槽定位装置，将纵向钢边止水带安装在两根槽钢卡具间，调整高度并固定。
⑤浇筑顺序由底层向两侧逐窗进料，振捣仰拱混凝土。
⑥拆除仰拱腹模，安装填充端头模板。
⑦仰拱填充层浇筑。
2）半自动防水板台车及超声波焊机施工
半自动防水板铺设台车主要由行走系统、门架支撑系统、作业平台、小车行走拱形轨道、自动提升轨行小车组成。
采用半自动铺设台车铺设防水板，解决了传统上采用简易台架搭配人工铺设,存在的施工效率低、工人劳动强度大、铺设质量差、安全性不高等问题。防水板安装整体平顺性好，与初支表面密贴，搭接焊缝整齐严密，焊缝宽度一致。机械臂带防水板卷筒自隧道一侧拱脚为起点绕转轴转动，使防水板卷筒贴近隧道内壁滚动，挂板作业人员及时使用超声波焊接机把防水板与基层热熔垫圈热熔固定。
3）衬砌台车加装定型组合钢端模和分层逐窗浇筑改造及热熔焊机施工
衬砌台车加装翻转式钢木组合端模。翻转式钢木组合端模主要由内侧L型固定钢端模、中间翻转合页、外侧木模和加固系统组成。
隧道传统的衬砌端模工艺均采用木模板加工拼装，止水带利用钢筋弯卡固定，止水效果达不到设计的要求。止水带在隧道的环向进行扭曲，拆模后止水带经常会出现位置不正、埋深超标，止水带被压倒没有埋入混凝土中等问题，严重影响止水带的防水作用，给隧道留下较大的质量隐患，木模周转使用次数少，成本较高。定型组合钢端模可保证环向中埋止水带埋深与位置准确，保证止水带防水效果，钢模可多次循环使用，成本较低。
混凝土分层逐窗浇筑改造主要包括：顶部平台中线位置设置 2 个主分流漏斗，每主分流漏斗左右两侧各设2个一级分流槽。一、二级分流槽采用弧形滑槽和一级漏斗组成，一级漏斗左右两侧各设8个分流滑槽引至一、二级平台对应工作窗口。三级分流槽采用串筒、二级漏斗和弧形滑槽组成，采取串筒将一级漏斗、二级漏斗连通，二级漏斗左右两侧各设4个分流滑槽引至三级平台对应工作窗口。
二衬混凝土分层逐窗浇筑改造后，避免了隧道二衬混凝土施工时因拆卸泵管耽误时间及工人为了方便仅单窗布料等原因造成二衬混凝土出现集料窝、蜂窝麻面、施工冷缝、“人”字坡等质量通病，确保了二衬混凝土施工质量，提高人工功效，保证二衬混凝土逐窗布料、减小现场工人拆卸泵管的工作难度，提高工作效率。
隧道衬砌的变形缝、施工缝是隧道施工的薄弱环节，在浇筑混凝土时，把橡胶止水带预埋在施工缝内，与混凝土连成一体，可有效地防止构筑物变形缝处的渗漏水，并起到减震缓冲等作用，从而确保工程构筑物满足防水要求。采用止水带热熔焊机焊接止水带有效避免了采用传统工艺粘接剂冷接止水带导致的接头松散、歪曲，不严密现象，焊接接头平顺、牢固，防水性能好。
4）径向预埋RPC注浆管与拱顶带模注浆施工
通过对二衬台车的改造，在衬砌台车拱顶中心线位置沿台车纵向方向设置一定数量的注浆孔，并安装RPC注浆管，实现对二衬拱顶脱空带模注浆，在二衬浇筑完成2～6h时间后，通过隧道衬砌专用注浆机在不脱模的情况下实现对二衬拱顶脱空进行注浆，有效的提高施工效率，解决拱顶脱空，确保二衬拱顶的密实，提高衬砌质量。
按照衬砌台车模板长度设计注浆孔数量，12m台车设置4个注浆孔,主注浆孔（1#孔）距二衬封闭端60～100cm，排气/观察孔（4#孔）距开放端模 100～150cm，2#、3#注浆孔在中间位置均布。
在衬砌台车顶部注浆孔孔口处焊接固定法兰，固定法兰采用满焊方式，防止漏浆或注浆时法兰脱落。固定法兰连接螺栓在模板外侧。
衬砌台车安装定位后，混凝土浇筑前，安装RPC注浆管。从固定法兰处垂直穿入RPC注浆管，上端顶住防水板，在穿入衬砌 RPC管顶端管口切割十字口。在固定法兰上安装定位法兰，并将制作好的RPC注浆管穿入定位法兰，其中十字切口端与防水板顶紧。定位法兰外接管上安装连接套管及固定套管。
台车注浆连接件包含连接套管、注浆压力表、止浆球阀、快速接头和注浆管。注浆管埋设完毕，即可开始浇筑混凝土。拱顶混凝土浇筑时，观察各注浆口是否泌浆，必要时辅以钝头圆钢筋确定管内出浆情况，以判定混凝土是否达到注浆管出浆口位置。各注浆孔出浆以及端模混凝土饱满后，认为混凝土基本完成冲顶。拱顶混凝土浇筑完毕，及时对注浆口进行清理，避免注浆管堵塞。混凝土浇筑完成2～6h后即可进行注浆，注浆料采用具有良好结合力的微膨胀注浆料（注浆水灰比控制在1:5.55，即水料比为0.18），注浆压力不大于0.2MPa带模注浆时间在2-3h之内。
5）二次衬砌喷淋养护台车与雾炮
采用喷淋养护台车配合雾炮对隧道衬砌面定期的喷淋养生。该台车操作简单，方便有效，不仅解决了衬砌混凝土表面的毛细裂纹问题，同时喷洒形成水幕，起到洞内降尘、隔尘，改善洞内作业施工环境的良好效果。
根据单线隧道特点，采用单边轨行式液压水沟电缆槽台车，主要由桁架支撑系统、走行系统、液压系统、模板系统等组成。台车按12m设计，通过液压系统控制模板上下、左右移动，调整两侧模板的平面位置和顶面高程以满足水沟电缆槽结构尺寸要求，提高电缆槽的施工质量，实现快速施工。