铁路隧道衬砌施工成套技术(图文并茂)

1、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

2、，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2015199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

3、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纵深推进标准化管理（二

4、）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改造和推广应用了多项新工装工艺二、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

5、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

6、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16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

7、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

8、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浇筑视频3.衬砌边墙滑槽逐窗分层浇筑技术边墙

9、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工艺对比4.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，

10、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

11、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4、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

12、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2m/h。该

13、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4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术4、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，

14、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4、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。4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术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。拱顶芯样 4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术应用效果采取对拱顶衬砌取芯、雷达扫描检测，结果均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。拱顶外观4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术注浆材料铁科院材料及

15、环保检测报告RPC注浆管铁科院检测报告4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术AB衬砌实体质量检测报告4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术工艺分析4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术1.普通注浆液与原衬砌形成“两层皮”，不利于衬砌的整体性；2.通常一次无法饱满，须多次注浆；3. 衬砌厚度严重不足时，须加固或重建；带模注浆回填注浆衬砌混凝土达到100%设计强度后，须额外搭设脚手架，因预埋的PVC注浆管易堵塞或倾覆，须重新钻孔；影响后续工序及施工进度；1.采用高水灰比水泥浆由于强度低、收缩大且泌水，须多次反复注浆，施工成本高；2.后期整治衬砌厚度不足的费用巨大，尤其是进入运营阶段后

16、加固费用非常高且影响安全理念：前置注浆理念：事后注浆纵向预埋PVC管注浆工艺的缺点1.纵向预埋PVC管节点多，须进行纵向连接和三通连接，变形大，固定难度大。2.增加防水板的负荷，加大下垂和脱落风险。3.浇筑混凝土时易脱落或堵塞，造成无法注浆或注浆失败。4、拱顶浇筑砼及带模注浆施工技术4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术注浆过程中现象首次注浆过程中出现的一些现象：1.施工缝中出浆液？4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术注浆过程中现象首次注浆过程中出现的一些现象：2. 施工间隙缝或不密实处出浆液。4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术注浆过程中现象首次注浆过程中出现的一些现象：3.盲管中出浆液。盲管出浆说明了什么？左

17、图是首次注浆，排水盲管中有浆液流出回填注浆时出浆情况。右图是回填注浆情况，几乎所有的环向施工缝和部分纵向施工缝都有浆液流出，需要全面封闭才能注满。4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术注浆过程中现象首次注浆过程中出现的一些现象：4.不可思议的现象。完全是人为故意所致，必须强化管理，否则，再好的工艺都会走样。左图是混凝土灌注后用木棍捅的情况（空洞）。注浆管掉落。右图是带模注浆挤压出的泌水，人为加水后的情况。4、拱顶浇筑及带模注浆施工技术 从前面首次注浆过程中出现的一些现象可以看出，在施工中，我们的工序质量以及检验批把关不到位，要不，怎么会出现施工缝、盲管等有出浆现象。同时，有些缺陷是我们无法把控的，比如

18、施工不连续引起的混凝土不密实等。5、水沟电缆槽快速施工技术轨行式液压水沟电缆槽台车按12m长设计，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，使模板模板位置满足水沟电缆槽结构尺寸要求。5、水沟电缆槽快速施工技术确定出水沟电缆槽平面定位基准线和标高基准线，并在台车就位后进行复核5、水沟电缆槽快速施工技术电缆槽端头必须凿毛，凿毛要求露出新鲜混凝土面积不低于75%；并用高压水将凿毛后边墙结合面和基底冲洗干净，确保基底无积水、无杂物。5、水沟电缆槽快速施工技术隧道水沟外侧壁设计为单层竖向HRB40016钢筋，间距为20cm，主筋植入仰拱填充面下34cm，纵向分布筋为10圆钢，间距20cm，纵向钢筋搭接长度不小于35cm。5、水沟电缆槽快速施工技术接地端子焊接，浇筑完成后及时找出接地端子并贴上专用标识牌以示标记。5、水沟电缆槽快速施工技术水沟电缆槽台车走行至浇筑位置后，通过调整升降、平移油缸将模板移动至设计位置，并控制标高至设计标高。安装横向固定杆和定位卡，拧紧定位螺栓，使模板位置固定。5、水沟电缆槽快速施工技术浇筑过程中，加强混凝土振捣；浇筑完成后及时进行第一次抹面，待混凝土初凝时进行第二次抹面，保证混凝土表面平整、无气泡、菱角分明。5、水沟电缆槽快速施工技术