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《京沈客运专线隧道衬砌拱顶带模注浆暂行技术要求》编制说明

  本标准是为了提高隧道拱顶衬砌质量的整体性和密实度,加强对隧道拱顶衬砌混凝土冲顶灌注的监控和管理,掌握支护的超欠挖情况,及时进行拱顶不密实部位实施带模注浆,保证拱顶衬砌结构的整体性。根据铁总工管中心的统计以及第三方检测结果,隧道拱顶衬砌厚度不满足设计要求的情况时有发生,甚至出现厚度严重不足的情况。为解决隧道衬砌厚度达不到设计要求和克服拱顶脱空问题,进行了带模注浆工艺、注浆用结合料以及适合隧道内施工的注浆设备的研究。本技术要求满足隧道拱顶带模注浆施工及质量检验需要而编制。
  根据隧道衬砌拱顶带模注浆的要求,本技术要求编制过程中参考了《高速铁路隧道工程施工技术规程》、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》、中国铁路总公司工管中心《铁路隧道二次衬砌预防拱顶空洞实施意见》([2015]199号文)、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》以及相关单位研究的成果编制而成。
  本技术要求是以预防隧道拱顶衬砌空洞、脱空、保障拱顶衬砌的设计厚度为主要目的,结合国内外的注浆工艺、预埋管、注浆设备以及注浆材料的研究成果编制而成的。由于国内外尚无相应的带模注浆技术标准,对注浆材料以及配套设备等均无定量的规定,而拱顶混凝土灌注以及脱空注浆为隐蔽工程,施工条件差,监控和管理困难,本技术要求既从管理和监控方面提出了相应的方法和手段,简化了施工工艺、提高了施工设备的工作性能,优化了注浆材料的性能,及时方便的对可能存在的缺陷补救,起到预防作用。本技术要求在国内既有规范基础上主要对以下方面进行了修改和补充:
  (1)通过预埋注浆管监控衬砌混凝土冲顶情况以及带模注浆量对工班进行量化考核,倒逼施工队伍提高衬砌灌注质量,及时发现问题,采取积极补救措施。
  (2)根据的大量实践,通过比较塑料管(PVC/PP/PE等)、钢管以及RPC管,发现使用RPC管具有良好的适应性,与衬砌混凝土以及注浆材料均为同质材料,结合性好,脱模方便,直接卡段或敲断即可,而注浆材料在管内与其结合性能好,减少脱落的风险,且不老化不锈蚀。
  (3)规定了台车注浆孔改造方法,注浆管安装位置以及法兰安装方法。
  (4)增加台车端模防渗漏处置的要求。
  (5)增加了台车衬砌混凝土灌注及注浆管安装视频监控要求。
  (6)规定了注浆管的尺寸以及抗压强度、抗折强度。
  (7)提高了流动性及流动性保持的控制指标。
  (8)提出了浆体的分离度指标。
  (9)提出了结合强度比的指标。
  (10)增加了对水质影响的环保性能指标。
  (11)对搅拌注浆设备的搅拌型式以及注浆泵型式进行了规定。
  (12)对注浆时间进行了规定
  (13)对注浆工艺进行了规定。
  主要内容说明如下:
  1. 2010年以来,先后有多条铁路隧道出现拱部开裂掉块、修补脱落、敲击空响、渗漏水凿槽修补脱落、涌水等病害,严重威胁行车安全。部分线路在静态验收时,因隧道质量问题严重推迟开通。对运营和安全造成了严重影响,经济损失巨大。为解决隧道衬砌拱顶的脱空,避免后期脱空注浆的“两层皮”现象,并对拱顶衬砌施工冷缝以及环向施工缝进行及时的修复,对各种原因造成衬砌厚度不足进行及时补救,技术要求中对及时带模注浆工艺、台车注浆设计、预埋注浆管、注浆材料、施工设备以及验收等进行了规定。
  2. 采用及时带模注浆工艺。根据铁总工管桥隧函【2015】199号文,要求对隧道衬砌拱顶进行及时注浆。本技术要求积极贯彻和落实【2015】199号文,并根据现场施工进行了改进和完善,由双排纵向管改为径向管。在选择注浆管类型时,比较了塑料管、钢管以及RPC管。在灌注拱顶混凝土时,由于混凝土的挤压推动,钢管倾斜后易与模板卡住。在脱模时容易拉出钢管,破坏拱顶混凝土。塑料管易弯曲,且管壁非常光滑。RPC管既具有良好的刚度,也与混凝土、微膨胀注浆料之间具有良好的粘结力,不弯曲,并且在脱模时直接敲断或者卡断多余部分。使用方便简单,具有较厚的管壁(10.5mm),无锋利边缘,可以顶紧防水板不滑倒且对防水板无实质性的破坏力。
  3. 对常用的12m台车设置4个注浆孔,确保径向注浆工艺的可靠性,在某1-2个注浆孔出现各种问题时,依然有备用的注浆孔,确保工艺的可靠性。并且由于拱顶的平整度问题,其脱空存在不连续性,因此平均3m设置一个注浆孔,能确保注浆的可靠性。
  4. 主注浆孔(1#孔)设置在主要的混凝土冲顶灌注孔和上一板混凝土之间。这是由于两板混凝土的连接一般为薄弱区,且上一板端模处的混凝土一般也是浇筑的薄弱区,因此该处的注浆能同时兼顾两板混凝土。
  5. 端模的防漏措施,现行端模一般采用半钢模和木模结合的方式,在灌注混凝土以及注浆时,容易漏浆,尤其是注浆时,一旦纵向通道打通很难堵住,但此时内部还有脱空区或者同时浆料向拱腰渗漏时,可能造成已注满的假象而选择停止注浆。因此在端模采取防漏措施是非常必要的。
  6. 端模监控装置,由于隧道拱顶混凝土的灌注以及注浆均为隐蔽工程,为防止拱顶恶意充填或者注浆不到位,进行实施监控,有利于拱顶衬砌的施工质量管理。
  7. 在满足施工可泵性以及扩散性、流动性的条件下,降低水料比/水胶比,降低材料中的自由水,本技术要求规定水料比不大0.20。过小的水料比,强度会过高,与原混凝土之间结合性及整体性差,并且低水料比时泵送性不好,在更换管道或停泵时易堵泵,现场施工人员容易形成加水的依赖,因此建议不小于0.18。
  8. 对RPC注浆管,既能满足注浆的要求,内径15mm,也不宜采用过大的注浆速度,避免注浆时迅速从端头流出,而拱顶未充满。过大的管径也增加成本、增加芯部砂浆重量,增加对冲顶混凝土纵向的阻力。外径采用36mm。
  9. RPC注浆管的抗折强度直接关系到是否被纵向推动的混凝土折断,因此必要的抗折强度,提高注浆的有效性。
  10. 增加拌合物的表观密度项目,能够有效的指导注浆,并且避免材料中加入一些不合格的掺和料和骨料,虽然其他指标合格,但难以泵送,通过对拌合物表观密度的基本规定,能够稳定材料配方,避免制造商大量的变更原材料,造成注浆施工困难;
  11. 规定90min流动度保留值,从注浆实际,一般注浆时间为60min,特殊情况下90min,譬如停电、停水、设备临时故障、换管等。因此确保90min的可施工性能是适宜的。
  12. 分离度指标是参考科技基【2008】74《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》以及分层度试验。主要表征材料的稳定性和不分离特征,稳定性好的浆体不堵管。在隧道内施工,由于条件恶劣,一旦堵管清理非常困难,直接影响工人是否按章操作,一旦堵管堵设备,不好施工工人简单的办法是后续施工多加水。
  13. 为拱顶注浆密实,规定须进行注浆材料的膨胀率试验,为模拟注浆材料的实际状态,提出了3h膨胀率(塑性膨胀率)指标。塑性阶段的膨胀主要是完成密实过程,由于此时没有强度,不会导致对衬砌混凝土的破坏。根据GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规程》中3h竖向膨胀率为0.1%-3.5%;欧洲标准EN 934中规定在在加入膨胀剂时控制指标为0~5%。JTG F50-2011《公路桥涵施工技术规程》中规定3h为0-2%,24h为0-3%。TB/T3192-2008《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》规定3h自由膨胀率为0-3%。在实际应用时,厂家往往按照下限实施,膨胀率为0甚至微收缩,在南昌局实施的对预应力凿孔检测中就发现灌注不满现象,与压浆剂存在一定的收缩有关系。本技术要求暂规定自由膨胀率为0.3~2%,提高下限。由于过高的膨胀率会影响强度指标,规定其上限为2%。
  14. 要求具有适中的早期强度,一般注浆结束后12-18h即拆模,并可能进行下一板混凝土的施工。具有一定的强度,能使端头处的混凝土在模板顶紧时具有较好的受力能力。
  15. 提出结合强度的要求,是根据隧道拱顶混凝土施工的特点而特别提出的要求,注浆材料与衬砌混凝土之间具有良好的结合和整体性,即使出现衬砌厚度不足的情况,也能满足衬砌整体的受力性能,而不只是对脱空进行充填,具有整体结构性能。同时对板板之间的环向施工缝和冷缝具有较好的结合力,改善整体性能。
  16. 从实践看,注浆开始时间建议在混凝土灌注结束1-2h后进行,需要清理管道以及设备,需要在混凝土施工清理完毕后进行;第二,拱顶浇筑完,混凝土未完全稳定,还有一个向边墙缓慢自密实填充的过程,过早注浆,混凝土自身不密实,拱顶端头出浆后即停止注浆,但混凝土还在下沉充实边墙。

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