既有线长大隧道软弱围岩变形段二衬裂缝施工技术研究

既有线长大隧道软弱围岩变形段二衬裂缝施工技术研究
摘要随着国家经济的飞速发展，我国的铁路建设实现了大跨越，新建设的铁路数量越来越多，铁路建设高标准严要求，但由于地质的复杂性和施工工艺的限制，二衬裂缝在隧道的施
工质量缺陷里时常出现，裂缝不仅影响隧道衬砌的观感质量，还给工程的质量留下了隐患，
给线路的正常运营带来安全隐患。

对本文结合某实体工程对长大隧道软弱围岩变形段落裂缝
施工技术进行了研究，详细阐述了软弱围岩变形段落二衬裂缝的施工，提出了合理的施工技
术措施，可供同类隧道施工参考。

关键词长大隧道软弱围岩变形段裂缝
1 工程概况
红石岩隧道全长14565m，起讫里程为K360+971～K375+536,施工时间为2010年6月～2016
年4月。

隧道通过地层岩性主要有灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、页岩、硅质岩。

隧道穿越龙国断裂、西洋街断裂、甘蔗园1#断裂，为Ⅰ级风险隧道。

K368+320～K368+386.5处于软岩大变形段落，开挖揭示该段地层岩性为泥岩，岩层厚度较薄，岩体破碎，自稳性差。

施工过程中出现了初支混凝土开裂掉块，钢架扭曲变形的情况，原设
计围岩级别为Ⅳ级，变更为Ⅴ级，初支按Ⅴ加强型复合式衬砌施作，二衬按Ⅴc复合式衬砌
施作，开挖预留40cm变形量。

初期支护采用I25a型钢钢架，间距0.6m/榀，喷射C30混凝土，厚32cm，衬砌采用C35钢筋混凝土，拱墙厚55cm，仰拱厚65cm，主筋采用Ф22@200
布置，初支完成后靠平导侧正线边墙60°范围采用3m径向注浆。

监控量测反馈该段施工中最大沉降值为258.6mm，最大收敛值为485.4mm。

通车后发现二衬开裂。

2 施工方案
本次衬砌开裂整治涉及段落为K368+320～K368+386.5。

根据衬砌开裂程度分三种措施进行整治：
（1）K368+335.5～K368+345.5段加固采用“拱墙锚杆+C35钢筋混凝土套衬”。

拱墙设置Φ32
自进式锚杆，L=5.0m，间距1.5m×1.5m（环×纵），梅花型布置；在边墙脚设置Φ32自进式
锚杆，L=3.5m，纵向间距1.0m；在既有衬砌上植筋钎钉，Φ12钢筋钎钉间距0.4m×0.4m，深
入既有衬砌内30cm；在既有衬砌内设置25cm厚的C35钢筋混凝土套衬（为使混凝土尽早达
到设计强度，现场实际采用C40钢筋混凝土），主筋外侧采用Φ18 @200，内层采用Φ22
@200布置。

设计图祥见下：
图2-1 K368+335.5～K368+345.5段套衬断面图
（2）K368+325.5～K368+332.5、K368+355～K368+365段加固采用“C35钢筋砼套衬+锁脚锚杆”，在边墙脚设置Φ32自进式锚杆，L=3.5m，纵向间距1.0m；在既有衬砌上植筋钎钉，
Φ12钢筋钎钉间距0.4m×0.4m，深入既有衬砌内30cm；在既有衬砌内设置25cm厚的C35钢
筋混凝土套衬（为使混凝土尽早达到设计强度，现场实际采用C40钢筋混凝土），主筋外侧
采用Φ18 @200，内层采用Φ22 @200布置。

设计图祥见下：
图2-2K368+325.5～K368+332.5、K368+355～K368+365段套衬断面图
（3）K368+320～K368+386.5段衬砌开裂但未采用套衬加强的段落，采用“环氧浆液注浆+环
氧砂浆封缝”对裂缝进行封堵。

设计图祥见下：
图2-3 出现裂缝未采用套衬段落裂缝嵌补图
3 施工方法和技术措施
隧道此次需要完成K368+325.5～K368+332.5、K368+335.5～K368+345.5、K368+355～
K368+365段套衬施工，为衬砌开裂整治重难点工程，而施作自进式锚杆为关键工序。

三段套
衬施工平行推进，尽早施工，关键工序安排紧凑、资源配足。

衬砌套衬施工流程图如下：
图3-1 套衬施工流程图
3.1 测量定位
钢筋钎钉0.4m×0.4m（环×纵），梅花型布置，φ32自进式锚杆1.5m×1.5m（环×纵）梅花型
布置。

根据设计要求，用测量仪器定位出钢筋钎钉和锚杆的孔位并做好标记。

3.2 凿毛、边墙脚混凝土凿除
将原有二衬与套衬接触面凿毛，边墙脚凿除混凝土采用风镐凿除，凿除深度最深为25cm，
高度为1.9m；既有二衬表面采用电动钻凿毛，凿毛厚度2cm。

凿除前，对需要凿除段落的混
凝土表面进行喷雾洒水以充分湿润，以防扬尘，并沿纵横向铺设彩条布接渣，防止碎渣污染
轨道设备。

凿毛作业前，对衬砌表面采用喷雾湿润，做好作业防尘预处理，在地面铺设彩条布，并对既有的电力设备进行包裹，防止损害设备。

凿毛作业时，凿除表面浮浆，稍微露出
新鲜粗骨料。

完成后将凿毛面松散粗骨料清理完毕，用水冲洗干净，以保证新旧混凝土连接
良好。

3.3 植钢筋钎钉
钢筋钎钉长51.3cm，采用Φ钢筋，间距0.4m×0.4m（环×纵），梅花型布置，深入原有衬砌
深度30cm，并涂抹植筋胶。

植筋胶满足《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）规
定的A级胶，相关性能满足《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB50278-2011）第4.2.2-3表中要求。

钎钉钻孔电力冲击钻钻孔，钻头直径18mm，钻孔时，钻头始终保证与衬
砌面成90°角度左右。

成孔后利用钻机风将残渣从孔内吹出，然后用脱脂棉沾二甲基酮溶液
将孔內壁擦洗干净。

涂抹植筋胶采用专业的手动注射设备，现将强力植筋胶装进涂抹套筒，
安装到注射器后，通过手动扳机，胶液通过螺旋混合嘴从孔底逐渐后退至孔口直至孔内注胶
量达80%左右后立即植筋。

植筋前，要将钢筋植入部分除锈清污处理，并用二甲基酮溶液清洗。

注完胶后，把经除锈处理过的钢筋立即放入孔口、然后慢单向旋入，直至钢筋伸入孔底，不可中途逆向反转。

每根筋植完后检查是否有松动情况，植完筋72h后对每根植筋进行拉拔试验。

3.4 自进式锚杆施工
边墙脚设置锁脚锚杆，采用φ32自进式锚杆，L=3.5m，纵向间距1.0m，拱墙设置φ32自进
式锚杆，L=5m，纵环向间距为1.5m×1.5m，水泥浆注浆密实。

3.4.1 施工准备
施工采用凿岩钻机，根据设计标记出的锚杆位置钻孔，受接触网的影响，为确保接触网安全，根据现场适当调整锚杆位置。

3.4.2 先导孔施做
根据确认的锚杆孔位，先用长1.5m风枪钻杆施做锚杆先导孔，孔径50mm。

3.4.3 自进式锚杆钻进
根据先导孔，采用凿岩钻机施做自进式锚杆，锚杆长度为1.5m/节，施工完1节用连接套筒
连接下一节继续钻进，直到设计长度。

3.4.4 注浆
钻进到设计长度后封孔注浆，采用水泥浆液注浆，注浆压力控制在0.2~0.5MPa。

3.4.5 锚杆锚固
当注浆达到一定强度后，上锚垫板及锚头，将自进式锚杆锚固。

3.5 钢筋安装
根据钢筋安装图安装钢筋，要确保安装牢固。

3.5.1 安装外层钢筋网
按设计图纸位置，放样，确定外层钢筋位置，人工搭设作业平台安装外层钢筋，主筋采用
Φ18@200mm，分布筋采用Φ12@200mm，主筋与钢筋钎钉点焊在一起。

3.5.2 安装内层环向钢筋
按设计图纸位置，放样，确定外层钢筋位置，人工搭设作业平台安装内层钢筋，主筋采用
Φ22@200mm，分布筋采用Φ12@200mm，主筋与钢筋钎钉点焊在一起。

3.5.3 安装箍筋
内外两层钢筋采用Φ8箍筋连接，间距400mm，将箍筋与内外两层钢筋绑扎牢固。

3.5.4 钢筋焊接过程中，严禁将电焊机接地线与接触网搭接；为避免焊渣损伤接触网，对接触网进行覆盖保护。

3.6 模筑混凝土施工
3.6.1 模板安装
套衬采用先墙后拱的顺序施工。

施工缝尽量避免留在受拉、受剪区域，并避开裂缝设置。

计
划采用3015组合模板，两侧对称安装。

衬砌环向长度24m，分五次立模施工，施工顺序为：(1)第一次两侧共安装7.2m模板，然后浇筑混凝土，(2)第二次两侧共安装5.4m模板，然后浇筑混凝土(3)第三次两侧共安装4.8m模板，然后浇筑混凝土(4)第四次两侧共安装4.2m模板，然后浇筑混凝土，(5)第五次拱部安装2.4m模板，然后浇筑混凝土。

纵向每次浇筑长度为10m。

每块对应模板预留3个孔洞，沿隧道衬砌混凝土上钻设吊筋孔，利用植筋胶植入Ф12钢筋，纵向间距0.3m+0.45m+0.45m+0.3m，环向间距0.3m，植入深度不小于30cm。

每根吊筋旁焊
接一长25cmΦ12钢筋，焊接钢筋一端顶在既有衬砌表面。

外露模板部分吊筋加工为丝杆形式，穿过模板后，外垫10#槽钢进行加固，并拧紧螺母。

安装模板时，严格控制外露吊筋长度，避免侵限。

施工结束后，对隧道限界进行测量，并向工务段提交正式的隧道限位界测量
数据及报告。

面板采用带肋钢膜，端模采用木模。

面板模板采用吊模方式固定，详见附图。

模板间采用螺
栓连接，模板与模板间隙、吊杆与模板间隙以及模板与原衬砌表面间隙用泡沫双面胶粘贴牢固，接缝严密，避免漏浆。

安装模板时，预留注浆管及排气管，尾部安装止浆球阀，并用胶
带对管口封堵。

图3-2 模板安装侧面示意图
3.6.2 混凝土拌和及运输
为保证混凝土质量采用现场拌制，利用搅拌泵送一体机进行混凝土浇筑施工，尺寸
5m×2.2m×3.15m，搅拌泵一体机固定在12#横通道内，严格按照配合比拌制混凝土，砂采用
河沙，施工用砂石料用水清洗干净后再运送至平导内，所有原材均用袋子装好并称重，分区
码放至12#横通道附近平导内。

为使混凝土尽早达到设计C35强度，混凝土采用C40混凝土
浇筑。

3.6.3 混凝土浇筑
混凝土浇筑前，清理模板杂物。

提前接通电源，保证振捣棒能够正常工作。

模板施工完成后，经现场监理工程师检查合格后，浇筑混凝土。

混凝土振捣插入式振捣器，使用插入式振捣棒时，避免触碰钢筋、模板、注浆管等构件，采取“快入慢出”的方法，振捣至表面无气泡排出
为止，振捣密实，避免漏振或过振。

每次施工作业，留置同条件养护试件3组。

再次混凝土浇筑前，对已硬化混凝土进行凿毛，清除松动石子及软弱混凝土层，并冲洗干净。

浇筑前，水平施工缝清理干净后，考虑到新浇筑混凝土粗骨料会往下沉积，造成接茬部分粗
骨料过多，先铺设10mm-15mm水泥砂浆。

拱部混凝土浇筑时，采用小型输送泵布料。

拱顶模板设置布料孔及排气管，布料孔间距2m,
排气管顶端距原有衬砌2cm，混凝土浇筑即将完成时，会有水泥浮浆顺排气管流出，则表明
混凝土马上筑满，应停止泵送。

将注浆管球阀关闭，待排气管不再有水泥浆液排出，关闭排
气管球阀。

拱顶混凝土采用φ30插入式振捣棒端模开孔振捣（同时辅助在混凝土中埋设φ20钢筋，每
端漏出20cm，通过振捣钢筋及底模辅助振捣）。

3.6.4 混凝土质量保证措施
加强混凝土浇筑工艺、速度控制、泵送压力、配合比设计、振捣时间及回填注浆等措施，确
保混凝土质量。

3.6.5 注浆
套衬混凝土浇筑完2d后，对套衬背后进行注浆回填。

保证套衬背后脱空充填密实。

注浆压
力控制在0.2MPa。

当注浆压力达到设计终压并稳定5min以上，吸浆量很少或不吸浆时即可
结束该孔注浆。

注浆结束后将注浆管及溢浆管切除，打磨平整，表面涂刷环氧树脂防锈蚀处理。

每个天窗结束前，用土工布擦二衬表面，将衬砌表面浆液擦掉。

3.6.6 拆模
拆模在混凝土强度达到100%后开始，拆模后，及时涂刷养护液，并将外露钢筋头切割至与
混凝土表面平齐，切断钢筋头表面涂刷环氧树脂防锈蚀处理。

3.6.7 施工注意事项
（1）混凝土浇筑速度不宜过快，每小时浇筑高度控制在2m以内；
（2）分层摊铺厚度不能超过0.5m；
（3）混凝土浇筑过程安排专人对模板进行检查，有异常及时加固处理。

（4）混凝土浇筑前，底部及水沟要采用彩条布满铺。

（5）施工前人工将接触线、承力索采用塑料软管包裹覆盖（壁厚满足要求）、绝缘子采用
土工布包裹，严禁用铁丝绑扎土工布。

施工过程中要禁止刮伤、碰断接触网、绝缘子。

3.7 裂缝注浆处理
无套衬段裂缝处理采用沿缝凿槽，压浆封堵后用环氧砂浆嵌补。

注浆前检查注浆系统，以保
证机具工作正常，管路畅通；对所采用的浆液原料均应按规定进行质检，储存及使用，严禁
使用不合格产品、变质产品。

注浆后立即拆管清洗；注浆时地面铺设彩条布，防止浆液污染
轨道设备；压浆完成后，确认环氧树脂完全固化即可去掉或敲掉外露的灌浆嘴，清理混凝土
基面。

沿缝采用环氧砂浆压实嵌缝，待其固结后沿缝涂环氧树脂一遍。

当裂缝有渗漏水现象时，在裂缝居中位置打一个穿透衬砌的排水孔集中排水。

4 结束语
综上所述，二衬裂缝在隧道的施工质量缺陷里时常出现，裂缝不仅影响隧道衬砌的观感质量，还给工程的质量留下了隐患，给线路的正常运营带来安全隐患。

因此，本文通过长大隧道软
弱围岩变形段落裂缝施工实例，详细对软弱围岩变形段落二衬裂缝的施工技术要点及注意事
项进行了探讨，积累了实践经验，可供类似工程施工借鉴和参考。

参考文献
1.《云桂隧参》成都：中铁中铁二院集团有限公司，2010
2.《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》北京：中国铁道出版社，2011
3. 《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）
4. 《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB50278-2011）
5. 《红石岩隧道二衬裂缝段处理方案图》。