衬砌台车改造及拱顶带模注浆工艺

1、衬砌台车改造及拱顶带模注浆工艺第一页，共41页。第一章 前言第二章 工艺原理第三章 工艺特点第四章 材料、设备配备第五章 施工工艺流程图第六章 二衬台车改造第七章 带模注浆工艺要点第八章 效益分析第九章 应用实例第十章 检测效果附件第十一章 相关视频及动画 汇 报 目 录第二页，共41页。 京沈京冀客专公司为提高隧道衬砌整体质量，并贯彻铁总规范Q/CR9604-2015高速铁路隧道工程施工技术规程（以下简称规程）以及铁总工管中心“关于印发铁路隧道二次衬砌预防拱顶空洞实施意见的通知”（2015199号文，以下简称通知），进行了专项研究，在上述规范及要求的基础上进行了创新，研究了一整套的注浆工艺、

2、装备及材料，简化了施工工艺，提高了注浆质量，克服了规程及通知中推荐的工艺由于节点复杂，在实际施工中工人难以掌握、无法顺利实施的弊端。全套工艺、装备及材料在本项目进行了系统的适应性研究、实施，并进行了雷达实体检测，效果良好，取得了初步成果。 第一章 前 言第三页，共41页。 在台车上预埋径向注浆管，对二衬混凝土施工完2h后及时通过该注浆管进行注浆。注浆采用专用的制浆注浆一体机进行操作，注浆材料具有微膨胀、高流动性、早强、无泌水、操作时间长等特性，不仅起到空洞充填作用，且能起到弥补或修复二衬混凝土的缺陷的作用，提高衬砌混凝土整体质量。 第二章 工艺原理第四页，共41页。 3.1 二衬模板顶部预留注

3、浆管及注浆排气孔，同时兼做检查拱顶混凝土是否饱满的观察孔。 3.2 采用SM-RPC注浆管(以下简称RPC管)、微膨胀缓凝早强充填砂浆、制浆注浆一体机等灌注设备，设备简单，走行及操作方便。 3.3 操作简便，注浆一板二衬只需要2h左右，且不占用正常二衬施工时间。 3.4带模注浆可在混凝土初凝时开始注浆，且注浆压力远高于脱模后的注浆压力，提高衬砌混凝土与注浆处理浆液的整体性，修复各种混凝土缺陷。 3.5带模注浆时，由于受到台车模板的保护，二衬混凝土不会破坏。一般混凝土浇筑压力超过6MPa，注浆浆液的压力一般不超过1.0MPa。 第三章 工艺特点第五页，共41页。 4.1充填砂浆性能指标 高流动性

4、微膨胀早强充填砂浆（简称充填砂浆）技术指标见表4.1。 第四章 材料、设备配备检测项目实测值凝结时间/h初凝3.5终凝5.5流动度/mm出机41030min35090min330抗压强度/Mpa1d2528d72抗折强度/Mpa1d5.828d16.7粘接强度/Mpa1d1.128d2.3抗渗性能28dP12收缩率/%28d0.02塑性膨胀率/%3h0.03分层度/mm30min11表4.1 高流动性微膨胀早强充填砂浆主要技术指标第六页，共41页。 4.2 制浆设备性能指标 第四章 材料、设备配备表4.2 搅拌注浆一体机（活塞式）主要参数技术指标技术参数容量200-400L电机功率（搅拌+注浆

5、+振动）15-18KW转速54-70r/min注浆机最大压力4.0MPa搅拌量2-4m3/h重量700-800kg第七页，共41页。 第四章 材料、设备配备图4.1 双搅拌的制浆注浆一体机第八页，共41页。 4.3 SM-RPC预埋管性能指标 第四章 材料、设备配备表4.3 注浆管基本性能项目SM-RPC管管抗压强度/（KN/m)100管抗折强度/MPa18长度（mm）600外径（mm）361内径（mm）150.5第九页，共41页。 第四章 材料、设备配备图4.2 SM-RPC预埋管第十页，共41页。 第五章 施工工艺流程图图5.1 隧道衬砌台车拱顶带模注浆工艺流程图注浆结束，卸下注浆机软管是

6、浆液初凝后卸除定位法兰安装RPC注浆管、排气管顶住防水板浇筑混凝土并观察预埋管出浆注浆管端头与注浆机管连接注浆液制备及带模注浆观察压力表和排气孔出浆排气孔排出浓浆否台车顶板开孔安装法兰（首次）记录板上记录RPC管埋入长度转移至备用注浆孔（中间排气孔）是否压力是否小于1.0MPa第十一页，共41页。 6.1 以台车为载体，进行改造，实现注浆功能 通过对多种注浆工艺的实践以及对衬砌台车的分析研究，充分利用衬砌台车，即以台车为注浆载体，实现衬砌注浆功能，发挥衬砌台车的功能。 改造方案为：衬砌台车顶模上开孔，从上一循环衬砌连接段到端头模共设置三个孔，依次为注浆孔、中间排气孔（备用注浆孔）、端模排气孔，

7、见示意图。 在顶模最高点适宜位置，设置注浆孔、排气孔等，共三个，各孔规格相同。顶模钻孔孔径40mm，见图6.5；然后焊接固定法兰，法兰内径40mm，外径120mm。见图。 第六章 二衬台车改造第十二页，共41页。图6.1 横断面布置示意图图6.2 注浆管及注浆连接器 第六章 二衬台车改造第十三页，共41页。图6.3 纵断面布置示意图图6.4 注浆管布置大样图 第六章 二衬台车改造第十四页，共41页。 图6.5 模板固定法兰、注浆管定位法兰示意图 第六章 二衬台车改造第十五页，共41页。 图6.6 台车顶模打孔 图6.7焊接注浆孔固定法兰 第六章 二衬台车改造第十六页，共41页。 6.2 台车预

8、留孔作用介绍 通过前期实践，对于不超过12m的台车，设置3个注浆孔（排气孔）即可，见图6.8，主要功能如下： 注浆孔，位置在混凝土浇筑口下端，为主要注浆孔，并对上一板混凝土端头模处进行再次注浆，充分保证每一板搭接处的充分密实。 中间排气孔，也作为备用注浆孔，位置在顶板的中间，在注浆孔注浆时，进行排气和排出混凝土的泌水。由于混凝土浇筑口位置混凝土通常是浇筑较好的位置，中间排气孔和注浆孔有可能是隔离开的，在此种情况下，注浆孔注完浆后，再以中间排气孔为备用注浆孔，进行注浆，至端模出流出浓浆即可终止注浆。 端模排气孔，该排气孔主要是用于注浆时排气和排水，也用于下一板衬砌注浆时的排气孔和排水孔。 中间排

9、气孔和端模排气孔在注浆时，先连接排水排浆管，减少注浆时流出的泌水和稀浆污染台车。 第六章 二衬台车改造第十七页，共41页。 图 6.8 台车顶板注浆孔设置位置 第六章 二衬台车改造第十八页，共41页。 7.1 施工工艺 在台车上预埋径向注浆管，对二衬施工完2h后及时通过该注浆管进行注浆。注浆可采用专用的制浆注浆一体机进行操作，注浆材料具有微膨胀、高流动性、早强、无泌水、缓凝等特性，不仅起到空洞充填作用，且能起到弥补或修复二衬混凝土的缺陷的作用。第七章 带模注浆工艺要点第十九页，共41页。 （1）安装RPC注浆管、排气管顶住防水板 根据二衬几何要求使改造后的模板就位后，将准备好的RPC注浆管（排

10、气管）通过改造后的预留孔处进行“试穿”量测，确定RPC注浆管（排气管）的安装长度和检测二衬厚度是否满足设计要求，具体标准以RPC注浆管（排气管）顶住防水板长度+法兰长度（7cm）+2cm为准。图7.1 注浆管及法兰安装、注浆连接接头安装第七章 带模注浆工艺要点第二十页，共41页。 （2）记录板上记录RPC管埋入深度根据（1）中操作，在RPC注浆管（排气管）顶住防水板后做好标记记录RPC管埋入深度：标记应为两条线，一条为与二衬模板外模板的线（用来检测二衬厚度是否满足要求）；另一条为二衬模板外模板线+2cm，即RPC注浆管（排气管）的下料长度。（3）浇筑混凝土并观察预埋管出浆二衬混凝土应对称浇筑，

11、左右两侧混凝土面高差不得超过0.5m，前后高差不得超过0.6m，混凝土浇筑应逐窗逐层自模板窗口灌入，由下向上，对称分层，倾落自由高度不超过2m。浇筑拱顶混凝土时，注浆管作为观察口，看混凝土是否浇注到拱顶，注意观察预埋管是否泌浆为准，必要时可对注浆观察口进行清理，避免堵塞。第七章 带模注浆工艺要点第二十一页，共41页。 图7.2 浇注拱顶混凝土时注浆口观察出浆 第七章 带模注浆工艺要点第二十二页，共41页。 （4）注浆液制备及带模注浆 拱顶注浆原则上按照从低端往高端开始注浆。二衬混凝土浇筑完成23h后进行，注浆材料采用充填砂浆，水灰比为0.18；注浆采用专用的制浆注浆一体机进行操作。浆液要求连续

12、拌制，拌制过程中严格监控材料用量，确保浆液的质量。第七章 带模注浆工艺要点第二十三页，共41页。 （5）观察压力表和排气孔出浆 注浆结束标志以排气孔和端头模流出浓浆即结束注浆。若台车模板处出浆压力达到1.0MPa，仍未出浓浆，应更换排气孔注浆，直至中间排气孔和端模排气孔流出浓浆时停止注浆。图7.3 端头泌水泌浆 图7.4 预埋纵管出浆第七章 带模注浆工艺要点第二十四页，共41页。 （6）注浆结束，卸下注浆机软管，将灌浆管孔封堵密实。（7）浆液初凝后卸除定位法兰。 7.2 拱顶带模注浆现场施工操作图片第2步：台车顶部预留螺栓 （首次安装）第1步：备好端头带有“U”槽的RPC注浆管第七章 带模注浆

13、工艺要点第二十五页，共41页。 第4步：量测后对注浆管做好标识第3步：采用注浆管量测二衬模板与防水板之间的距离做好标识第七章 带模注浆工艺要点第二十六页，共41页。 第5步：根据标识进行切割（长度为标识长度+2cm）第6步：安装切割后的RPC注注浆管第七章 带模注浆工艺要点第二十七页，共41页。 第7步：RPC注浆管安装后，安装法兰固定RPC注浆管 第8步：注浆时从上至下依次连接 变径接头、压力表及注浆软管图7.5 注浆管安装工艺照片第七章 带模注浆工艺要点第二十八页，共41页。8.1经济效益分析 首先进行直接经济效益分析，即直接注浆的经济效益对比。每板二衬拱顶注浆经济效益比选，每板按照11.

14、9米计算。以下数据为5板的平均注浆数据。 第八章 效益分析序号项目单位数量单价合价备注1材料费水泥T15.52784309PVC管M242.355.22工费普通工82001600合计5964单价500元/米表8.1 普通水泥浆及PVC管注浆造价第二十九页，共41页。 第八章 效益分析表8.2 专用衬砌充填砂浆及RPC注浆管注浆造价序号项目单位数量单价合价备注1材料费注浆料T1.031503150参考李家店数据RPC管根31030每根60cm2工费专用工2.9200580合计3760316元/米 综上所述，每板二衬由普通拱顶注浆改为带模注浆工艺，可节省费用约184元/m。第三十页，共41页。 第

15、八章 效益分析 其次，间接经济效益方面，进行普通水泥浆注浆，一般需反复注浆2-3次，其施工费用大增，而且后期注浆无法进行带模注浆，其注浆压力不宜过高，否则可能造成衬砌开裂。并且后期多工序作业会影响工程进度，尤其是进入静态验收或联调联试阶段，注浆质量更难以保证，到后期进行重复注浆时，其造价即按照修补加固工程计算，根据时间节点不同，其造价是正常建设阶段造价的5-10倍。 因此，采用带模注浆工艺，使用高性能的充填砂浆，一次性的解决衬砌施工缺陷，具有显著的综合经济效益，能够大量节省后期成本。第三十一页，共41页。 第八章 效益分析 8.2 社会效益分析 隧道衬砌拱顶混凝土施工，由于施工工艺本身的缺陷、

16、施工条件恶劣、施工人员质量意识差以及施工管理问题，造成隧道衬砌拱顶空洞普遍存在，给工程带来极大的危害和风险，尤其是高铁时代，隧道衬砌病害更为突出。因此，在建设初期，即缺陷的萌芽阶段予以处置，能够显著提高工程质量，确保运行安全。 （1）本工艺施工方便可靠，在衬砌施工间隙注浆，不影响整体工期； （2）RPC注浆管带模注浆可在混凝土初凝后开始注浆，通过较高的注浆压力，充分密实衬砌空洞，修复衬砌缺陷； （3）通过应用高性能的充填砂浆，修复衬砌自身和施工人员人为造成的缺陷，改善衬砌的整体力学性能； （4）将传统的隧道衬砌空洞缺陷由后期修补变为前期预防，早期“预防”式治理，及时纠正和改进，将“隐蔽”的“缺

17、陷”工程变为“可见”的“可靠”工程；第三十二页，共41页。 第八章 效益分析 （5）确保隧道衬砌质量，提高衬砌混凝土的整体性及力学性能，减少衬砌混凝土开裂、脱空和脱落的风险，提高衬砌对地质风险的免疫力，减少运营时隧道衬砌发生灾害的风险； （6）提高工程质量，为我国高铁隧道建设保驾护航，并为高铁国家战略增加质量保障。第三十三页，共41页。 京沈京冀客专标段李家店隧道进口段落通过实行高铁隧道衬砌台车垂直注浆新工艺，总结相关施工工艺，形成工艺试验总结报告。目前已完成9板二衬拱顶带模注浆的试验，并经第三方检测单位进行检测，混凝土饱满，密实，效果非常明显。 第九章 应用实例第三十四页，共41页。 第十章 检测效果附件 李家店隧道DK142+098.2-DK142+145.8段二衬注浆检测效果（共检测四环）第三十五页，共41页。 第十章 检测效果附件（1）第一环：李家店隧道DK142+098.2-DK142+110.1段二衬注浆检测效果第三十六页，共41页。 第十章 检测效果附件 （2）第二环：李家店隧道DK142+110.1-DK142+122段二衬注浆