公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)及二次襯砌施工要點分析

劉 健

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)及二次襯砌施工要點分析

劉 健

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

介紹了隧道襯砌的五種結(jié)構(gòu)類型，以復(fù)合式襯砌為例，分析了二次襯砌施工的要點，并從襯砌臺車施工、鋼筋制作焊接、混合料拌制、運輸、拆模、養(yǎng)生等方面作了闡述，以保證隧道的安全性。

隧道，襯砌，施工

0 引言

我國自進(jìn)入21世紀(jì)以來，公路隧道建設(shè)取得了日新月異的成就。據(jù)統(tǒng)計，截止2013年年底，我國公路隧道總數(shù)共計11 359座，隧道總長度為9 606 km。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，無論是公路隧道建設(shè)規(guī)模,還是建設(shè)速度,都位居世界第一，且呈現(xiàn)出逐年快速增長的趨勢，年均增長率在20%以上。特別是隨著一大批重大工程的相繼建成，如秦嶺終南山隧道、上海崇明隧橋、廈門翔安海底隧道等，均表明我國的特大型公路隧道建設(shè)水平已接近國際先進(jìn)水平，部分已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

在隧道結(jié)構(gòu)中，隧道襯砌的作用在于承受圍巖和地下水壓力和支護(hù)結(jié)構(gòu)自重，有效防止圍巖向隧道內(nèi)變形和風(fēng)化，保證隧道的穩(wěn)定性和運營的安全性。在一些工程中，隧道襯砌還具有承受化學(xué)侵蝕和凍害影響等的功能。因此，確保襯砌施工中的質(zhì)量關(guān)，是保證隧道使用年限長久的關(guān)鍵。

在公路隧道施工中，二次襯砌是一種作為安全儲備的重要的工程措施。二次襯砌是使用混凝土等材料修建的內(nèi)層襯砌，應(yīng)做到內(nèi)實外美，顏色均勻，表面圓順，無銹跡和麻面。二次襯砌對隧道的內(nèi)壁能夠起到有效的加固支護(hù)，保證隧道在運營使用中的穩(wěn)定、安全、美觀。

1 隧道襯砌結(jié)構(gòu)類型

在隧道工程中，按設(shè)計和施工要求，合理選擇適用的襯砌結(jié)構(gòu)，確保隧道使用年限的長久。在隧道施工中，常用的襯砌結(jié)構(gòu)主要有五種類型，分別為噴錨襯砌、整體襯砌、復(fù)合襯砌、裝配式襯砌和連拱式襯砌。常見的襯砌類型及使用范圍分別如表1所示。

表1 常見的襯砌類型及使用范圍

1)噴錨襯砌。

噴射混凝土是利用空壓機(jī)將混凝土混合料直接噴射到隧道圍巖表面上，確保巖面實現(xiàn)有效封閉，具有的加固和填充效果顯著。該法的特點在于充分發(fā)揮圍巖自身的承載性能，通過顯著提升其整體性來避免圍巖應(yīng)力的集中，防止出現(xiàn)變形、掉塊和坍塌等現(xiàn)象。

錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀體鋼筋，與巖體融為一體，起到加固圍巖、維護(hù)圍巖穩(wěn)定的目的。利用錨桿的懸吊作用、組合拱作用、減跨作用、擠壓加固作用，將圍巖中的節(jié)理、裂隙竄成一體，提高圍巖的整體性，改善圍巖的力學(xué)性能，從而發(fā)揮圍巖的自承能力。錨桿支護(hù)不僅對硬質(zhì)圍巖，而且對軟質(zhì)圍巖也能起到良好的支護(hù)效果。

2)整體式襯砌。

這是一種比較傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。該法的特點在于不考慮圍巖自身的承載性能，對于地層、圍巖等的變形主要通過襯砌結(jié)構(gòu)來承擔(dān)，確保襯砌結(jié)構(gòu)具有顯著的剛度來支撐圍巖，承受其壓力。

整體式襯砌采用就地整體模筑混凝土襯砌，可設(shè)計為等截面或變截面，通過在隧道內(nèi)架立模板、拱架，然后澆筑混凝土而成。該法適用于不同的地質(zhì)條件，在我國隧道工程中廣泛使用。

3)復(fù)合式襯砌。

主要由初期支護(hù)、二次襯砌和中間防水層等結(jié)構(gòu)組成。該法適合多種地質(zhì)條件，技術(shù)較為成熟，是我國目前公路隧道最好的襯砌結(jié)構(gòu)形式。

在初期支護(hù)中，選擇使用噴錨支護(hù)是一種有效、及時的支護(hù)方式。該法具有的柔性特征，使得其在一定程度上具有隨圍巖變形而變形的特點，這對發(fā)揮圍巖自身的承載性能具有重要意義。在二次襯砌中，一般選擇使用剛度較大、整體性好和外觀平順的鋼筋混凝土襯砌。為確保隧道的穩(wěn)定、安全和美觀，在二次襯砌施工中，襯砌截面應(yīng)符合連接圓順、等厚的要求，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。

在隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工中，為確保隧道運營的安全和長久，應(yīng)預(yù)留一定的圍巖變形來釋放集中的部分應(yīng)力，以將襯砌所承受的變形壓力降至最低。預(yù)留變形量的大小應(yīng)根據(jù)圍巖地質(zhì)條件，采用工程類比法確定。

4)裝配式襯砌。

目前基本限于使用盾構(gòu)法施工的城市地下鐵道中應(yīng)用。該法是先將襯砌批量生產(chǎn)，再運入坑道拼裝成型。其特點在于組裝成型后即可承受荷載，不需要進(jìn)行養(yǎng)生，能夠有效縮短工期，克服了整體式混凝土襯砌在灌注后不能立即承受圍巖壓力，必須經(jīng)過一個養(yǎng)生的時期，施工進(jìn)度受影響的缺點。但該法需要坑道內(nèi)具有足夠的拼裝空間，制備構(gòu)件尺寸上要求一定的精度，接縫多容易導(dǎo)致防水困難。

5)連拱式襯砌。

該法的特點在于將兩隧道間相鄰的邊墻連成一個整體，一般是使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來代替兩隧道之間的巖體，是一種雙洞拱墻相連的結(jié)構(gòu)形式。

在公路隧道中，復(fù)合式襯砌是最常用的襯砌結(jié)構(gòu)，二次襯砌是對圍巖施加的二次剛性支護(hù)。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，高速公路隧道工程對二次襯砌質(zhì)量提出更高的要求，特別是防水等級必須達(dá)到一級防水。二次襯砌不僅必須滿足結(jié)構(gòu)安全使用，美觀的要求，還不允許滲水，表面無濕漬，且必須具有強(qiáng)度高、耐久性好等性能。

2 隧道的二次襯砌施工要點

隧道二次襯砌的施工質(zhì)量控制十分重要，是確保隧道安全運行的重要結(jié)構(gòu)，在高速公路建設(shè)中占據(jù)舉足輕重的位置。在本文中，以使用整體式液壓襯砌臺車以及混凝土泵送入模澆筑法施工為例，進(jìn)行二次襯砌施工的介紹。

在施工前，先對初期支護(hù)質(zhì)量和凈空斷面檢測，只有在初期支護(hù)質(zhì)量符合設(shè)計和規(guī)范要求，當(dāng)圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定，隧道周邊變形速率明顯趨于減緩，初期支護(hù)表面裂隙不再繼續(xù)發(fā)展，且斷面凈空能保證二襯厚度的情況下才能進(jìn)行二襯施工。

2.1 襯砌臺車

在隧道主洞二次襯砌施工中，選擇采用整體式全斷面鋼模液壓襯砌臺車進(jìn)行施工。應(yīng)根據(jù)路線半徑合理確定襯砌臺車長度，一般為8 m～12 m。為防止臺車變形，其面板鋼板的厚度應(yīng)不小于1 cm，使用自制鋼模和木模作為臺車的擋頭模。臺車拱部提升液壓應(yīng)具有鎖定和定性支撐裝置，這避免出現(xiàn)拱部混凝土澆筑時的下沉現(xiàn)象。為確保施工質(zhì)量和安全，應(yīng)確保門框架與面板間的撐鋼數(shù)量和其剛性。為防止門框架出現(xiàn)的向內(nèi)變形，應(yīng)做好門框架的傾斜支撐，必要時設(shè)置縱梁間的橫向支撐。

2.2 鋼筋制作及焊接

在洞外按設(shè)計要求進(jìn)行鋼筋加工。選擇一塊較平整場地作為鋼筋加工棚進(jìn)行鋼筋冷拉作業(yè)。在鋼筋加工棚內(nèi)，按照鋼筋的設(shè)計規(guī)格和要求放出大樣，然后進(jìn)行下料施工。將加工成型的鋼筋運進(jìn)洞內(nèi)按設(shè)計要求進(jìn)行綁扎，并進(jìn)行焊接作業(yè)。使用閃光對焊或搭接焊進(jìn)行螺紋鋼筋的焊接，按要求進(jìn)行一些輔助設(shè)施的焊接可在平臺上進(jìn)行。

2.3 混合料拌制

混合料拌制采用拌合樓集中拌制的方式。為確保混凝土質(zhì)量，確保原材料質(zhì)量符合配合比要求，進(jìn)料裝置必須具有全自動計重功能，以便實時監(jiān)控進(jìn)料狀況。在拌合過程中，應(yīng)指定專人進(jìn)行原材料進(jìn)料質(zhì)量控制，確保進(jìn)料偏差符合設(shè)計要求。

在原材料拌合前，應(yīng)實時監(jiān)控粗細(xì)骨料含水量變化情況，以便對混合料配合比及時進(jìn)行調(diào)整。為保證混凝土入模溫度符合設(shè)計要求，可通過在原料堆放場搭設(shè)遮陽棚、使用低溫水進(jìn)行攪拌等措施使得拌合物溫度有效降低。

進(jìn)行攪拌作業(yè)時，先按設(shè)計要求將一定量的細(xì)骨料、水泥、礦物料和添加劑投入后進(jìn)行攪拌。待攪拌均勻后，再加入適量的水進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｗ詈蠹尤胍欢康拇止橇蠑嚢杈鶆蚣纯伞嚢柽^程中的關(guān)鍵在于攪拌時間控制。在施工中每一階段要求的攪拌時間不得少于30 s，總攪拌時間控制在2 min～3 min為宜。

2.4 混合料運輸與澆筑

制備好的混合料采用運輸罐車運送至施工現(xiàn)場的方式，運送至施工現(xiàn)場的混合料應(yīng)具有良好的施工和易性。為確保施工質(zhì)量，應(yīng)避免混合料在運輸途中出現(xiàn)離析和漏漿。否則，在混合料入模前，應(yīng)啟動罐車重新進(jìn)行拌和。

混合料采用泵送入模的方式進(jìn)行澆筑。在澆筑前，為有效減少脫模時的黏粘，應(yīng)在鋼模外表面均勻涂抹一層脫模劑。在澆筑順序上，按照“先下后上，左右同步”的原則，先從兩側(cè)的最下排工作窗口同步進(jìn)行，待澆筑平齊至工作窗口時，關(guān)閉最下排窗口，再進(jìn)行兩側(cè)的第二排的灌注，依次類推，直至拱頂輸料管處關(guān)閉閥門進(jìn)行封頂。

澆筑作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)盡量縮短施工間隔時間。當(dāng)施工間隔時間在2 h及以上的，則需要按照澆筑中斷，必須進(jìn)行工作縫處理。

采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗作業(yè)，按“快插慢拔”的原則進(jìn)行，每次(插拔一次算一次)的振搗時間控制在10 s～30 s為宜。在施工中，振搗棒應(yīng)等距插入，以避免出現(xiàn)漏搗和過搗。為確保襯砌結(jié)構(gòu)的整體性，前后兩次振搗的作用范圍應(yīng)具有一定的重疊，以確保振搗效果。混凝土分層澆筑時，為確保振搗的密實性，要求澆筑層厚不得超過棒長的1.25倍，且振搗棒插入下層的深度不得少于5 cm。在振搗過程中，嚴(yán)禁振搗棒碰觸鋼筋和模板。

2.5 拆模

二次襯砌施工是在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后進(jìn)行的，要進(jìn)行拆模作業(yè)，則要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到8 MPa以上時方可進(jìn)行。若初期支護(hù)尚未穩(wěn)定就進(jìn)行二次襯砌施工的，要進(jìn)行拆模作業(yè)，則要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度100%以上方可進(jìn)行。在特殊情況下，拆模時間也可以根據(jù)試驗及監(jiān)測結(jié)果合理確定。混凝土拆模后，應(yīng)防止施工中的其他作業(yè)碰撞襯砌表面。

2.6 養(yǎng)生

拆模后應(yīng)立即進(jìn)行混凝土的不間斷養(yǎng)生。在養(yǎng)護(hù)期間，要求其內(nèi)部溫度控制在60 ℃～65 ℃為宜。做好養(yǎng)護(hù)期間溫度監(jiān)測和控制，要求混凝土內(nèi)部與表面、表面與環(huán)境之間的溫度差均應(yīng)控制在20 ℃左右，要求養(yǎng)護(hù)用水與混凝土表面的溫度差控制在15 ℃以內(nèi)。

3 結(jié)語

在公路隧道工程中，只有做好隧洞的襯砌工作,才能保證工程質(zhì)量。在我國，復(fù)合式襯砌是最常用的襯砌結(jié)構(gòu)。在施工中，做好二次襯砌施工質(zhì)量控制十分重要，在公路建設(shè)中占舉足輕重的位置。在隧道二次襯砌施工過程中，嚴(yán)格落實施工工藝和流程，堅持做好過程控制，實現(xiàn)對隧道二襯施工質(zhì)量的有效控制，取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王修偉.淺談隧道二次襯砌施工質(zhì)量控制措施[J].科技視界，2014(1)：86.

[2] 李建生.淺談隧道快速襯砌模板臺車施工技術(shù)[J].攀枝花學(xué)院學(xué)報(綜合版)，2013(1)：98-99.

[3] 陳建勛,李建安.公路隧道二次襯砌厚度的優(yōu)化[J].交通運輸工程學(xué)報，2006(3)：263.

Analysis on highway tunnel lining structure and secondary lining construction key points

Liu Jian

(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupLimitedCompany,Jinzhong030600,China)

This paper introduced five kinds of tunnel lining structure types, taking the complex lining for example, analyzed the main points of secondary lining construction, and from lining shutter construction, steel welding, mixture mixing, transport, form stripping, health maintenance and other aspects made elaboration, to ensure the safety of tunnel.

tunnel, lining, construction

2015-08-20

劉 健(1983- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0162-02

U455.91

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