隧道衬砌成套施工技术(2016)

铁路隧道衬砌施工成套技术中国铁路总公司工程管理中心龚成明博士教授级高工电话：[phone]邮箱：[e-mail]二○一六年十二月北京目录010203隧道衬砌工艺探索和创新的背景隧道衬砌主要施工工装和工艺介绍展望1、衬砌防排水施工技术2、仰拱与填充分层浇筑技术3、衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术5、水沟电缆槽快速施工技术一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景随着高铁规模不断扩大，隧道的比重也在不断增加。截至2015年底，全国累计投入运营的铁路隧道共有12525座，累计长度12067km，是世界上铁路隧道最多的国家。目前，在建铁路隧道工程(不含今年开通的隧道），共计2046座，累计长度7964km。自2010年以来，因隧道质量问题引发的事故是比较多的。而隧道的质量问题具有隐蔽性、突发性、复杂性、反复性这四个特性。针对这些问题，工管中心在去年下发了[2015]199号文，研究解决隧道拱顶空洞、厚度不足问题。京沈客专京冀公司于2015年11月着手研究如何推动落实中心文件要求，成立科研小组，试验大纲，在2016年2月底完成试验报告，3月26日召开首次现场观摩会。11月17日在京沈客专京冀段召开了全路现场观摩会。引子一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景（一）问题1.拱顶衬砌开裂、掉块、渗水衬砌厚度不足、空洞及衬砌背后不密实是病害的主要原因。即拱顶混凝土灌注工艺与预判无具体的直观方法或标准。第二章径向带模注浆工艺目的及作用衬砌厚度严重不足，且埋有木方等各种建筑废品一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景（一）问题2.脱空回填注浆的异常现象在回填注浆时，发现临近一环衬砌开裂掉块，发现衬砌内安放有木条，且衬砌厚度最薄处仅有4cm。一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景（一）问题3.边墙开裂、渗水、骨料堆积边墙混凝土不密实是病害的主要原因，即未分层逐窗灌注。也有对特殊岩土认识不足或对水的危害认识不足的问题。一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景（一）问题4.仰拱上鼓、开裂、渗水仰拱几何形状不正确是病害的主要原因，即无仰拱专用腹模与端模。也有仰拱底部虚渣清理不彻底的问题。一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景LOREM以建立标准为基础LOREM以落实作业标准为重点LOREM以质量安全管理为核心LOREM以架子队建设为平台纵深推进标准化管理（二）创新动力一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景提高隧道施工技术水平降低隧道施工质量风险避免隧道衬砌质量缺陷一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景隧道衬砌三个部位树立“以工装保工艺，以工艺保质量，以质量保安全”的管理理念一、隧道衬砌工艺探索和创新的背景仰拱、填充轻便模板安装与分层浇筑A衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑B拱顶浇筑及带模注浆C纵向止水带焊接与定位D钢筋间距定位卡具E防水板热熔垫片激光定位F衬砌台车定型组合钢端模I雾炮喷雾养护与降尘J轨行式液压水沟电缆槽台车K防水板机械铺挂与焊接G改造和推广应用了多项新工装工艺接触网槽道组装H二、隧道衬砌主要施工工装和工艺介绍二、隧道衬砌主要施工工装和工艺介绍1.衬砌防排水施工技术二、隧道衬砌主要施工工装和工艺介绍1.衬砌防排水施工技术采用红外线激光定位装置定位。通过激光灯发射的投影光斑，调节激光发射机位置，确认光斑间距，实现热熔垫圈精准定位。防水板激光定位1.衬砌防排水施工技术防水板铺挂使用半自动铺设台车辅助铺挂，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。防水板铺挂台车1.衬砌防排水施工技术防水板固定采用超声波焊接工艺，提高了焊接质量，确保固定牢固。防水板超声波焊接1、衬砌防排水施工技术采用纵向止水带热熔焊接接长工艺，确保纵向止水带焊接质量，尤其安装在仰拱顶面后，预留足够长度以便焊接操作。纵向止水带接长1、衬砌防排水施工技术纵向止水带定位采用紧线器拉直，专用卡具固定，热熔焊接接长等工装工艺，确保纵向止水带埋设位置正确，极大地提高了安装质量。纵向止水带定位1、衬砌防排水施工技术衬砌台车使用翻转式钢木组合端模，通过翻转合页精准定位环向中埋式止水带，为环向中埋式止水带的安装质量提供了硬件保障。环向止水带定位2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术工艺原理通过加工与仰拱设计尺寸一致的轻便曲面腹模，与仰拱端头钢模连接，整体采用地锚加固的方式施工，实现仰拱与仰拱填充的分层浇筑。A仰拱与填充为什么要分开浇筑？很多人都在思考这个问题，其实我的回答也不一定正确。首先是设计与验标要求，其次是结构受力需要，其三是如何保证它的几何形状与密实度？2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术工艺流程2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术从中心向两侧安装仰拱下端模；采用Ø16钢筋与围岩进行锚固（相当于地锚）。2.安装仰拱下端模2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术通过仰拱专用腹膜振捣窗口依次从下往上逐层浇筑，逐窗振捣。7.仰拱混凝土浇筑2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术9.仰拱填充层浇筑仰拱混凝土终凝后，开始浇筑填充层混凝土。建议最好一次浇筑到位，少留施工缝2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术仰拱与填充芯样2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术仰拱雷达扫描2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术仰拱检测报告2.仰拱轻便模板安装及分层浇筑技术可实现分层浇筑。质量A和现有工艺相比都能异曲同工，达到同样的分层浇筑质量效果。模板结构复杂、体积庞大，安拆不方便，且仅能保证一副栈桥通行。工效B模板体积小，轻便，安拆方便，可使用两副栈桥，适合大断面保温中心沟隧道施工，综合工效较高。一般一台仰拱台车需要40-60万元。经济C一套仰拱轻便模板仅需4万元，施工一板用时2天，用工6人，经济实用。现有工艺工艺对比新工艺3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术现状：施工现场“一孔灌到底”的现象十分普遍，形成施工间隙缝、人字坡、骨料堆积，出现强度不足、渗漏水等质量缺陷，给运输安全带严重隐患。01通过主料斗、主溜槽、“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽结合的方式，简单操作相应的插板阀门，使混凝土流向各工作窗口，实现二衬拱墙混凝土的逐窗进料浇筑。工艺原理3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术灌注系统探索与改进第二阶段第三阶段第一阶段三通分流槽：上口尺寸40×25cm，高25cmA3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术主料斗：上口尺寸65×50cm，下口尺寸47×23cm，高50cmA分流串筒：管径20cm壁厚3mm上部漏斗上口尺寸50×50，高40cmA溜槽：宽30cm深13cmA3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术分流路径安装主料斗3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术安装三通分流槽安装分流串筒安装溜槽安装泵管3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术调节分流串筒阀门控制流向一级工作窗口调节分流串筒阀门控制流向二级工作窗口抽拉三级溜槽控制混凝土入模至三级工作窗口逐窗振捣灌注窗关闭浇筑视频3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术边墙混凝土浇筑通过开启、关闭挡板，实现边墙混凝土分层逐窗入模。3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术衬砌外观3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术边墙芯样3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术雷达检测波形图3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术边墙混凝土强度报告3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术与传统工艺相比简便实现逐窗浇筑，混凝土内实外美质量可靠。质量A无需换管仅阀门操控工效B成本降低25%经济C工艺对比一般的拱墙混凝土施工工艺接管，时间较长，工效较低、劳动强度大；A本工艺可一次接管直到浇筑完成，不用更换泵管，仅需工人轻松操作阀门即可。B一般的拱墙混凝土工艺一板混凝土需要12小时,7个工人，共需10.5个工A本工艺施工一板混凝土需要8小时,7个工人，共需7个工。B4.拱顶浇筑及带模注浆施工技术4.拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术本工艺核心技术简单地说，本技术解决了困惑我们隧道工程管理人员多年的质量心病，借用一句广告词：谁用谁知道，用了都说好！4.拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术本工艺核心技术（1）核心一：通过预埋径向RPC管，预判拱顶衬砌厚度，观察灌注混凝土时RPC管口的溢浆情况，解决衬砌厚度不足的问题；（2）核心二：混凝土灌注结束后及时进行带模注浆，RPC注浆管管口均溢浆，表明注浆饱满，解决拱顶脱空问题；（3）由于及时注浆，浆体与混凝土结合完全，衬砌结构整体性好。（4）通过统计每环注浆量可倒逼拱顶混凝土灌注施工质量，同时，可在衬砌台车顶部安装红外线探头进行监控，标准灌注质量。4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术工艺亮点（1）通过简化预埋管及注浆施工工艺、改进注浆工装及衬砌微膨胀注浆结合料料，将衬砌拱顶浇筑的隐蔽工程转化为“可见”工程，预防衬砌拱顶缺陷（2）微膨胀注浆结合料具有修复施工间隙缝、冷缝及混凝土不密实、缺棱掉角等缺陷；通过浆体的渗透堵塞防水板破损，形成“蘑菇”型栓塞，具有堵水功能（3）采用隧道衬砌专用注浆机注浆，该设备集制浆、储浆、压浆多功能为一体，且具有较高的注浆压力，可充分克服低水料比浆体的管道阻力和浆液垂直输送的阻力；（4）利用衬砌台车的支撑，混凝土浇筑完及时注浆。施工时间短，不影响其它工序。（5）统计每环衬砌注浆量，实施过程管理和考核，倒逼施工班组提高衬砌灌注质量4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术工艺流程衬砌台车注浆孔制作及安装摄像头（首次）1安装RPC注浆管2安装注浆组合件4各注浆孔依次注浆5拆卸注浆组合件、定位法兰并清理注浆设备6脱模及衬砌养护7衬砌混凝土浇筑，通过注浆管溢浆初步判定拱顶饱满情况34、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术台车注浆孔制作及安装摄像头（首次）台车模板设置4个注浆孔焊接内嵌螺栓的固定法兰盘端模安装摄像监控14、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术安装RPC注浆管试穿、量测，预估衬砌厚度标记、记录，制作注浆管、溢浆十字槽顶紧防水板，并固定锚固3新材料-RPC注浆管（1）具有较高的强度，能够顶紧防水板，不被混凝土挤压折断，同时在脱模时，可以直接敲击拆除，无需电焊或切割，不影响预埋管周边的混凝土，使用非常方便；（2）RPC管相比于PVC管、钢管更适合于台车带模注浆工艺，与衬砌混凝土粘结性能更好。4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术浇筑拱墙衬砌混凝土摄像头监控混凝土浇筑，预埋管溢浆判断内部混凝土饱满程度。44、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术安装注浆组合件安装连接含有套筒、止浆球阀、注浆压力表、快速接头组件的连接件，并连接高压注浆管。5隧道衬砌专用注浆机，整机质量为800kg，额定压力为4Mpa，额定流量2m³/h。该设备走行仅需一人拖动即可行走，移动十分方便，劳动强度较低，效率较高。4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术注浆首先对主注浆孔（1#孔）进行注浆，控制水料比为0.18。观察端模出浆情况及注浆压力，端模出浆或者压力超过1.0MPa时，换至下一注浆孔继续注浆，各孔依次注浆。6注浆结合料为预拌砂浆，现场加水直接使用，使用方便；具有良好的流动性和可泵送性，较高的充填粘度；0.18水料比，不泌水，凝结后强度高；与混凝土粘接性能好，有利于衬砌混凝土施工缝及冷缝的修复。4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术清理并撤离注浆完毕及时拆卸注浆件及法兰。清理并撤走注浆设备施工时间约2h；74、拱顶浇筑及带模注浆施工技术RPC管固定支撑防水板从右边照片可以看出，RPC管支撑防水板的作用是非常明显的，支撑部位附近的防水板无脱落和垂掉现象。84、拱顶浇筑及带模注浆施工技术RPC管脱模的适用性脱模时直接敲击折断，便于衬砌台车脱模，不卡模板，不弯曲变形。克服了钢管卡模的缺陷。94、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术脱模及衬砌养护衬砌混凝土强度达到脱模要求后，敲断注浆管，台车脱模前行，采用雾炮进行喷雾养护。104、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术拱顶检测波形图应用效果采取衬砌拱顶取芯、雷达扫描检测，结果证明拱顶混凝土无脱空，整体性好，衬砌厚度满足设计要求，实体质量合格