客运专线隧道衬砌质量控制

摘  要：本文介绍了客运专线衬砌质量的控制要点，从模板台车的加工制造、混凝土施工全过程及浇筑过程的控制等方面都做了详细的阐述，最后分析了常见的质量通病与施工工序的相关联关系及应对措施。以此期望为其它隧道衬砌提供借鉴，真正提高衬砌质量。

关键词：客运专线；隧道衬砌；模板台车；混凝土；浇筑；质量缺陷

1简述

目前，我国的铁路事业正在实现一种跨越式的大发展，客运专线的建设已经成为一种主流。客运专线的速度目标值是由常规铁路发展到客运专线的最主要区别，它是当代高新技术的集成，系统动力学对客运专线技术提出了一系列的要求。对于客运专线隧道来说，有以下四个特点：空气动力学效应、可靠性和结构耐久性要求高、更加重视对环境的影响和防灾救援要求高。同时由于高速列车进入隧道，行车阻力增大，运营能耗增大，在洞内积聚引起环境温度升高，对隧道衬砌表面光洁度要求高；隧道施工断面大，运行速度快，衬砌结构的底部要承受高速带来的附加动载荷，对隧底的刚度及均匀性要求高。因此，在客运专线隧道衬砌施工中，必须加强过程控制，精细施工工艺，确保隧道衬砌质量的内实外美，下面以大别山隧道衬砌施工为例，介绍一下客运专线隧道衬砌质量控制要点：

2隧道衬砌模板台车

2.1模板台车的加工制造注意事项

采用移动性好而坚固的门架式结构，根据隧道断面形状设计成全断面形式，对于无仰拱地段拱墙宜一次浇筑成形，边墙部位不设施工缝；对于有仰拱地段，仅允许设置一道施工缝，且不能设置于应力集中部位。

衬砌模板台车的长度，应根据工程进度、混凝土浇筑速度、曲线段的曲率等考虑。一次浇筑长度过长，混凝土容易因温度收缩和干燥收缩而开裂，模板台车长度宜为9-12米之间。

结构设计：模板厚度不得小于10mm，单幅模板宽度1500mm以上；观察窗口的设置应保证混凝土浇筑高度不宜超过1.5米，应考虑不致因空气停滞而在混凝土中残留空陷，最好设置有备用的灌注口。 

2.2模板台车使用前拼装注意事项

安装模板时，应进行严格测量，以安装在正确位置上。如在安装之后再进行修正或调整．则非常费事，而且还会延误作业进度。

所用轨道结构应使模板移动顺杨，灌注混凝土时不产生下沉，钢轨要选用能承受拱架模板质量及混凝土荷重的型号，并尽量采用长轨。铺轨时地基要充分整乎，在承载力不够的地基上，必须采用缩小轨枕间距的措施。铺设台车轨道的要求见《表1 模板台车轨道铺设要求》：

表1 模板台车轨道铺设要求

2.3模板台车使用过程中注意事项

在立摸、拆摸时，除应检查电机、油泵状况是否良好，电源连接是否正确外，其他电源(如振捣器、拉线照明电缆、搅拌输送泵等)都应拆除。在检查确定一切都已正常后，才能启动电机和油泵。

拆模时要考虑到凝凝土的质量、规定养生和脱摸时间，规定凝土强度要达到8Mpa方可脱模，而达到该强度时，又因水泥的种类、混凝土的配合比、养生温度和隧道的断面形状、衬砌厚度等而不同，因此必须根据强度试验来予以确认。

台车移动时，钢模必须完全脱离衬砌，要收拢到要求位置，并关闭所有作业窗，要有专人掌握刹车器，防止台车溜放和冲撞。要确认轨道的高度、宽度，及模板内部和附近无作业员，还必须做到模板移动对风管、送水管、排水管、电线等无妨碍。

灌筑衬砌混凝土中，有大小避车洞时，应先将避车洞的模板全部安装完毕，然后进行模扳台车的立模作业。大小避车洞的混凝土和拱墙衬砌同时整体模筑，质量较好。

移动式模板的组装螺栓，因振动等原因会松动，导致模板形状改变、架立不稳固。应随时检查，并进行再紧固。

3隧道衬砌施工过程控制要点

隧道开挖后及时施作找平层混凝土（Ⅱ级围岩地段）和仰拱、仰拱填充（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段），不仅是结构安全的需要，也可以确保隧道内交通安全、改善作业环境。二次衬砌在围岩及初期支护变形基本稳定后进行，变形稳定应符合：隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和；或水平收敛（拱脚附近7d平均值）小于0.2mm/d，拱部下沉速度小于0.15mm/d；或施作二次衬砌前的累计位移值，已达极限相对位移值的80%以上；或初期支护表面裂隙（观察）不再继续发展。对于洞口及浅埋隧道地段及早施作二次衬砌，且二次衬砌应予以加强。

3.1混凝土的搅拌

混凝土搅拌应根据试验室开据的施工配合比进行施作，搅拌混凝土前试验室应严格测定粗细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量的变化，一般情况下每班应抽测两次，雨天应随时抽测。

混凝土原材料应严格按施工配合比进行准确称量，其最大允许偏差胶凝材料±1%；外加剂±1%；粗细骨料±2%；拌和用水±1%。

混凝土原材料计量后，宜先向搅拌机投入砂、水泥和粉煤灰，搅拌均匀后加水将其搅拌成砂浆，再向搅拌机投入碎石，充分搅拌后再投入外加剂，并搅拌均匀。上述每一阶段的搅拌时间不少于30s，总搅拌时间不少于3min.

搅拌机拌和的第一盘粗骨料数量宜用到标准数量的2/3。在下盘材料装入前，搅拌机的拌和料应全部卸清。搅拌设备停用时间不宜超过30min，最长不应超过混凝土的初凝时间。否则，应将搅拌筒彻底清洗后才能重新拌和混凝土。

冬季搅拌混凝土，应满足入模温度为5℃~30℃的要求，优先采用加热水的预热方法调整拌和物温度，采用加热管或烧锅炉的方法进行，但水的加热度不宜高于80℃；当加热水还不能满足要求或骨料中含有冰、雪等杂物时，也可先将骨料均匀地进行加热，其加热温度不应高于60℃.

在炎热夏季搅拌混凝土时，应采取在骨料堆场搭设遮阳棚、采用低温水搅拌混凝土等措施降低混凝土搅和物的温度，或尽可能在傍晚和晚上搅拌混凝土，以满足入模温度最高不大于30℃的要求。

3.2混凝土的运输

采用混凝土运输车运送混凝土时，运输过程中宜以2-4r/min的转速搅动。当搅拌运输车到达现场时，应高速旋转20-30s后再将混凝土拌和物喂入泵车受料斗或混凝土料斗中，运输车每天使用完成后应清洗干净。

在运输混凝土的过程中，应保持运输道路平坦畅通，保证混凝土在运输过程中不分层、不离析、不漏浆，并且有要求的坍落度和含气量等工作性能。

混凝土的运送时间一般不超过45min，以防止产生离析和初凝，禁止在运输途中加水，已经达到初凝土的混凝土，不得重新搅拌使用。

3.3混凝土的搅浇

混凝土浇筑前应对模板内杂物清理干净，对岩面进行湿润，但表面不得积水。仔细检模板、预埋件的紧固程度。

浇注顺序为从两侧拱脚向拱顶对称、分层、连续进行浇筑，每层厚不宜超近300mm，进行捣固时，间歇及封顶的层面应成辐射状。分段施工的拱圈合拢处最好选在围岩较好处。切记不能在浇筑砼之前就模板全部安装完毕。同时在封口处应设置排气孔，拱顶部位预埋注浆孔。

在浇筑混凝土过程中或浇筑完成时，如混凝土表面泌水较多，须在不扰动已浇筑混凝土的前提下，采取措施将水排除。继续浇筑混凝土时，应查明原因，采取措施减少泌水。

混凝土浇筑高度不超过2m为宜，当倾落高度超过2m时，应通过串筒、溜管等设施辅助下落。

在混凝土施工缝处，应进行凿除混凝土表面的水泥砂浆和松弱层，凿除后的混凝土表面应用水冲洗干净，但不得有积水，在浇筑混凝土前，对垂直施工缝宜在旧混凝土表面刷一层水泥砂浆，对水平施工缝宜在旧混凝土表面铺一层10-20mm。

对于混凝土结松或钢筋稀疏的钢筋混凝土结构，应在施工缝处补插锚固钢筋。钢筋直径于16mm，间距不大于20mm，施工缝宜做成凹形、凸形或设置止水带。

间歇过程中如中断时间超过了混凝土初凝时间，应作间歇灌筑处理。间歇灌筑在拱圈和曲墙的灌筑面应成辐射状；直墙的灌筑面应成水平。初凝时间与水泥品种和气温有关，应通过试验确定，一般不超过2h，环境温度变化时可按下《表2间歇灌注时间表》处理：

表2间歇灌注时间表

3.4混凝土的振捣

混凝土振捣时，每一振捣点的振捣时间应达到表面呈现浮浆和不再沉落为止。粗骨料粒径小的宜采用振幅较小、频率较高的振捣器；粒径较大的宜采用振幅较大、频率较低的振捣器：

混凝土的合理振捣时间见《表3 混凝土振捣时间表》所示：

表3 混凝土振捣时间表

采用插入式振捣器时，若需变换振捣器位置时，应首先竖向缓慢将振捣棒拔出，然后再将振捣棒移至新的位置；不得将振捣棒放在拌和物内平拖，也不得用插入式振捣器平拖驱赶下料口处堆积的拌和物。

3.5混凝土养护

衬砌浇筑后10-12h应立即开始养护，以保持砼良好的硬化条件，在带模养护期间，应保证模板接缝处混凝土不失水干燥，拱顶部位混凝土强度达到8Mpa时，方可拆模养护，一般养护时间为7-14天。

混凝土养护期间，混凝土内部温差不宜超过60℃，最高不得大于65℃，混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境温度不宜大于20℃，养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于15℃.

3.6二次衬砌背后注浆

隧道衬砌背后压注水泥砂浆，以填充衬砌背后与围岩之间的空隙，防止围岩进一步变形；同时又能将回填物胶结一起形成一个密实壳，提高衬砌的不透水性，减少水对衬砌的侵蚀作用。

隧道压浆宜紧随衬砌浇筑后及时进行，通常分为初次压浆和检查压浆两次进行，以填充较小的孔隙，使衬砌背后更加密实。初次压浆的压力一般为0.3-0.5Mpa，检查压浆可用0.6-1.0Mpa，薄衬砌地段及洞口部分不得超过0.4Mpa，初压完毕后7天方可进行检查压浆。

3.7仰拱施工注意事项

Ⅲ级围岩地段仰拱为C25素混凝土，Ⅳ、Ⅴ级围岩地段仰拱为C30钢筋混凝土，仰拱应整体浇筑，一次成型，表面必须安装模板，以保证成形、仰拱厚度及钢筋保护层厚度。

对于长隧道，由于平行作业及工期压力，可以采用仰拱栈桥过渡，以进行仰拱施工；对于短隧、地质条件较好和工期压力不大的隧道，可以在隧道开挖完成后一次性施工仰拱。

仰拱环向施工缝的设置不宜过长，应根据模板台车长度和仰拱栈桥长度确定，在拱墙环向施工缝处必须设置仰拱环向施工缝，一次浇筑长度应尽量与同段拱墙衬砌长度相同。

有仰拱地段水平施工缝的设置应避开剪应力最大的截面位置处，应高出底板顶面不小于30cm位置处设置。

4隧道衬砌质量缺陷与施工工序的关联

隧道衬砌施工中，常见的质量缺陷有麻面、气泡、蜂窝、颜色不均、露筋、错台及裂缝等，这些质量缺陷都与衬砌各工序中的某个环节存在着必然的关联，现将衬砌各工序与这些质量缺陷见《表4 质量缺陷与施工工序关联表》

表4 质量缺陷与施工工序关联表

根据上表所列，可以看出在衬砌施工中能够引起质量问题的前五项主要为：混凝土分层浇筑高度、混凝土浇筑顺序、接缝不严、混凝土振捣和涂刷脱模剂。从中，我们可以看出，衬砌中的这几个环节，必须都是由施工人员亲手而为，而不能借助于其它施工机械，是最容易出现偷工减料现象的。因此，在施工中应对衬砌中的这几个环节应加以特别重视，当然，对于衬砌中的其它工序也要同等给予重视，因为无论衬砌中的那个环节出现问题，都会对衬砌的“内实”和“外美”带来影响。