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：
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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：
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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：
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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：
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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。
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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》