鮮云華 XIAN Yun-hua

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

隨著我國(guó)隧道建設(shè)網(wǎng)的不斷拓寬和完善，隧道建筑數(shù)量逐年增加。傳統(tǒng)的隧道建設(shè)技術(shù)需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，以迎接智能化、高效化、高質(zhì)量化的技術(shù)浪潮。目前，隧道縱向灌漿施工通常是在隧道頂部預(yù)留垂直灌漿孔進(jìn)行砼注入[1-4]，借助重力作用使混凝土自流填滿。但由于泵送混凝土存在流動(dòng)性差的特性，使得混凝土在灌注至頂后，灌注效果并不理想。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員通常會(huì)因?yàn)槎r臺(tái)車端模封閉而不能夠正確判定臺(tái)車內(nèi)部混凝土的實(shí)際灌注進(jìn)展情況以及停止灌注的時(shí)機(jī)，易出現(xiàn)不密實(shí)、厚度不足、背后脫空等質(zhì)量缺陷[5-7]。

本文依托格萊村隧道工程，首先，分析了隧道縱向連續(xù)灌注施工工藝原理；其次，梳理了施工關(guān)鍵技術(shù)；然后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工效果進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)；最后，采用數(shù)值模擬法進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，以期為類似工程施工提供一定的參考。

1 工程概況

格萊村隧道位于尋緬縣功山鎮(zhèn)，進(jìn)口里程DK597+035，出口里程DK600+676，全長(zhǎng)3641m，最大埋深為178m，最小埋深8.5m，進(jìn)口接格萊村大橋，出口接蒲草塘跨待功高速公路特大橋，為設(shè)計(jì)速度350km/h 鐵路雙線隧道，是新建的渝昆高速鐵路的控制性工程之一。

2 施工工藝原理

縱向灌注是將原有的垂直灌注改為縱向連續(xù)灌注，改變了原有灌注方向，混凝土的灌入點(diǎn)不再局限于二襯臺(tái)車割孔固定的幾點(diǎn)，以拱頂位置水平連續(xù)后退漫淹式來(lái)代替垂直沖頂式灌注，能夠在重力作用下自流填充均勻，可有效解決垂直灌注中注漿孔之間由于施工工藝缺陷而造成的襯砌脫空等質(zhì)量問(wèn)題。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工工藝流程圖

二襯縱向連續(xù)灌注施工工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 安裝防脫空傳感器

采用長(zhǎng)16.5m 縱向灌注臺(tái)車進(jìn)行防水層及二襯鋼筋施作，施工防水層過(guò)程中安裝好壓力傳感條及壓力傳感器。自粘埋設(shè)式防脫空傳感器見(jiàn)圖2。

圖2 自粘埋設(shè)式防脫空傳感器

3.2.2 臺(tái)車就位

完成測(cè)量放樣后，進(jìn)行全液壓襯砌臺(tái)車行走、定位及加固，經(jīng)升級(jí)報(bào)驗(yàn)合格后澆筑二襯混凝土。

3.2.3 邊模澆筑

在灌注槍澆筑邊模時(shí)，將灌注槍升至頂模下方，縱向移動(dòng)灌注小車帶動(dòng)灌注槍對(duì)二襯臺(tái)車多功能布料斗從里到外逐個(gè)供料。將混凝土引入邊模對(duì)稱分料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邊?；炷恋膶?duì)稱連續(xù)快速澆筑。槍頭位置根據(jù)隧道坡度先插入到最低點(diǎn)的布料斗，依次往后退槍到其它布料斗，采用插入式振搗棒逐窗進(jìn)行振搗，達(dá)到相應(yīng)高度后配合高頻低幅平板振搗器進(jìn)行振搗[8-9]。重復(fù)以上工藝，直至完成3層窗位置以下混凝土施工。

3.2.4 拱頂澆筑

①當(dāng)邊模澆筑完成到第3 層窗口位置后，將灌注槍從臺(tái)車內(nèi)部整個(gè)退出，再舉升灌注槍高過(guò)頂模，灌注槍走行小車帶動(dòng)拖拉泵管伸長(zhǎng)，從端模處插入頂部鋼筋籠里，進(jìn)行拱頂縱向澆筑。澆筑混凝土過(guò)程中混凝土?xí)饾u掩埋槍頭，形成一定壓力后灌注槍走行小車帶動(dòng)拖拉泵管退槍，直至混凝土澆注完成方可結(jié)束泵送。

為便于灌注槍從頂拱鋼筋正中插入鋼筋網(wǎng)中，豎向勾筋需向兩邊偏移，預(yù)留出插槍孔洞，孔洞大小為：≥275×275mm。

②灌注過(guò)程中適時(shí)逐個(gè)開(kāi)啟二襯臺(tái)車附著式振搗器及拱頂插入式振搗棒，對(duì)二襯混凝土進(jìn)行分層、分區(qū)域振搗密實(shí)，待混凝土流動(dòng)平穩(wěn)后繼續(xù)灌注至填滿頂部。

③通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)觀察和頂部埋設(shè)的防脫空傳感器，掌握混凝土澆筑至隧道拱頂高位時(shí)位置，縱向灌注槍按0.6m 步距適時(shí)后退，直至頂部二襯混凝土全部灌注飽滿。

④澆筑過(guò)程實(shí)現(xiàn)信息化控制，使壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)持續(xù)保持一定壓力且防脫空傳感器變色及壓力警報(bào)器出現(xiàn)蜂鳴聲前提下進(jìn)行封閉端部模板，退槍。并利用特殊堵頭盒設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)帶壓插板封堵，確保拱頂澆筑的密實(shí)度。二襯臺(tái)車堵頭盒見(jiàn)圖3。

圖3 二襯臺(tái)車堵頭盒

3.2.5 管路清洗

混凝土澆筑灌注槍下沉到底，留出操作空間，完成澆筑槍和拖拉管路的清洗。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施技術(shù)評(píng)價(jià)

依托格萊村隧道工程，二襯縱向連續(xù)灌注現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果良好，滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也反映出該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。

4.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

采用旋轉(zhuǎn)式灌注孔堵頭封堵裝置，實(shí)現(xiàn)了退槍過(guò)程的帶壓封堵，確保頂拱澆注的密實(shí)性[10]。

4.2 技術(shù)缺陷

①縱向灌注槍頭易與拱頂槽道沖突，在混凝土澆筑過(guò)程中灌注槍頭易碰撞槽道，同時(shí)灌注槍行走路徑也受到限制，槍頭不能夠到達(dá)遠(yuǎn)端端頭。槍頭位置示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 槍頭位置示意圖

②拱頂縱向灌注時(shí)對(duì)混凝土性能要求較高，混凝土入泵塌落度在210～220mm 之間，坍落度稍小易造成拱頂混凝土堆積，同時(shí)混凝土兩側(cè)易產(chǎn)生不均勻流動(dòng)。

③新型智能化襯砌臺(tái)車系統(tǒng)為機(jī)電液一體化設(shè)備，專業(yè)性較強(qiáng)，相關(guān)操作人員需進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。

5 力學(xué)驗(yàn)證

結(jié)合格萊村隧道典型斷面的拱頂二襯縱向連續(xù)灌漿施工實(shí)例，采用地層結(jié)構(gòu)法進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)證。

5.1 三維計(jì)算模型

為了消除邊界條件的影響，模型邊界取3～5 倍洞徑，整個(gè)數(shù)值模型縱向長(zhǎng)度為10m，橫向長(zhǎng)度為150m，豎向長(zhǎng)度總長(zhǎng)為132m，隧道底部距離下邊界60m，隧道拱頂距離上邊界60m，隧道埋深100m，在數(shù)值模型頂部外加1MPa的豎向壓力。模型底部進(jìn)行完全固定，模型前后左右邊界施加法向約束，上邊界為自由邊界。

5.2 參數(shù)設(shè)置

數(shù)值模型中的初期支護(hù)、二次襯砌和圍巖采用八結(jié)點(diǎn)線性六面體單元（C3D8R）單元模擬，采用桁架（truss）單元模擬錨桿。分別采用Mohr-Coulomb 屈服準(zhǔn)則、線彈性屈服準(zhǔn)則對(duì)圍巖力學(xué)行為、支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)行為進(jìn)行描述。數(shù)值模型中的力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 力學(xué)參數(shù)取值

模型共有225666 個(gè)結(jié)點(diǎn)，211600 個(gè)單元，網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖5。

圖5 網(wǎng)格劃分

5.3 計(jì)算結(jié)果

數(shù)值模擬結(jié)果中二襯軸力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6，二襯彎矩計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖6 軸力圖

圖7 彎矩圖

5.4 安全性分析

提取二襯的彎矩、軸力，依據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第8.5節(jié)，計(jì)算隧道二襯安全系數(shù)。采用破損階段法[11]對(duì)二襯單元進(jìn)行逐一安全系數(shù)計(jì)算。

將二襯不同截面處的安全系數(shù)進(jìn)行匯總，二襯各截面安全系數(shù)見(jiàn)圖8 所示。

圖8 二襯各截面安全系數(shù)

由圖8 可知，采用二襯縱向連續(xù)灌漿施工，二襯各截面安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的3.6，滿足安全設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

①縱向移動(dòng)灌注小車帶動(dòng)灌注槍對(duì)二襯臺(tái)車多功能布料斗從里到外逐個(gè)供料，并將混凝土引入邊模對(duì)稱分料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了邊模混凝土對(duì)稱連續(xù)快速澆筑。②縱向灌注過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置防脫空傳感器與壓力警報(bào)器，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了縱向灌注信息化控制。③針對(duì)二襯灌注不密實(shí)難題，采用了旋轉(zhuǎn)式灌注孔堵頭封堵裝置，實(shí)現(xiàn)了退槍過(guò)程的帶壓封堵，確保了頂拱澆注的密實(shí)性。④采用頂位水平連續(xù)后退漫淹式替換沖頂式灌注的縱向連續(xù)灌注技術(shù)，使混凝土在重力作用下自流填充均勻密實(shí)，解決了傳統(tǒng)工藝存在的厚度不足和脫空等技術(shù)難題。