公路隧道裝配式襯砌的應用及發展

沈 昊，許 昱

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089；2.中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088)

1 裝配式襯砌施工技術的優勢

1.1 施工工序簡單，施工效率高

襯砌施工是公路隧道施工中重要的一項工程，是隧道洞身周邊的永久性支護結構。傳統襯砌施工要歷經多道工序，包括：現場綁扎鋼筋、鋪設防水板、安裝止水帶、澆筑混凝土、進行養護等，使公路隧道施工進度受到嚴重制約。裝配式襯砌技術的應用，有效簡化了施工工序，只需將事先預制的襯砌管片吊裝成環，直接進行承載，這樣就使得隧道施工的進度明顯加快，施工效率得到顯著提升。

1.2 設計多樣化，機械化水平高

(1)隧道裝配式襯砌以模塊為基本設計單位，通過組合各類模塊，形成不一樣的建筑外形，采用可裝配的內隔墻對大開間進行靈活分割，創造出不同的空間布局，使設計可以更加多樣化。

(2)裝配式襯砌技術的部件尺寸參數成套的統一起來，減少建筑部件的規格與類型，形成標準化的部件，使部件的通用性和互換性得以提升。

(3)傳統的公路隧道襯砌施工以現場濕作業為主，裝配式襯砌的主要部件由工廠預制后運輸到施工現場，施工人員利用專業設備吊裝，由裝配工將運輸到的各個部件進行連接，免除了傳統施工現場濕作業及其他工序。施工所需的工種少，節省了人員分配，施工過程主要為機械化操作，施工機械化水平較高。

1.3 提升施工質量，保障施工安全

在裝配式襯砌技術還未廣泛應用于隧道支護施工之前，普遍采用傳統工序進行隧道支護施工。傳統施工手段存在的問題較多，主要包括：振搗不到位、注漿密實度不足、養護不及時、拆模過早等，因此容易出現二襯空洞、開裂，甚至造成隧道塌方，引發嚴重的安全事故。裝配式襯砌技術應用于隧道支護施工，由工廠預制二襯管片，嚴格保障二襯施工質量，有效避免了傳統施工可能導致的質量問題，切實保障了施工的安全性。

1.4 可有效提升隧道的營運、救援效率

隧道營運的核心內容依舊是安全，但一些不可避免的因素會影響隧道營運安全。由于交通事故、自然災害、隧道自身質量問題等引起的隧道塌方是應急搶險的難點。隧道裝配式襯砌技術機械化施工水平高，襯砌管片的質量好，經過拼裝即可承載，一旦發生隧道內的安全事故，該項技術可發揮巨大作用，為工作人員在隧道搶險中爭取寶貴時間，有效避免嚴重的生命、財產損失，確保隧道能夠盡快修復并恢復恢復營運。

2 隧道裝配式襯砌施工的工序流程和重點

2.1 襯砌管片的設計、制作及吊裝

分塊標準化是隧道襯砌管片設計的重心，需要先研究公路隧道斷面，詳細掌握后，制定管片分塊標準，由此實現襯砌拼裝結構的通用性。工廠預制襯砌管片時，需注意控制管片精度(形狀、尺寸、預留埋設等)，確保管片符合工程要求，能被順利安裝至工程中；襯砌管片運輸至施工現場后實施吊裝作業，裝配工需整理管片，將不同型號的管片拼裝到位，如未按照要求拼裝或拼裝出現差錯，會影響到襯砌結構的耐久性、強度及防水、排水性能。因此拼裝工作時要格外注意。

2.2 襯砌管片的背后填充、注漿

襯砌管片的背后填充注漿是施工核心環節，此環節開展時需注意選用合適的注漿材料及注漿工藝。要做到確認初期支護與襯砌管片之間的空隙，根據施工要求選擇最為合適的注漿材料，同時以管片間空隙和注漿材料為基礎，設計注漿工藝。在開展注漿時要做到：跑漿少、注漿密實，避免空殼現象的產生。

2.3 連接襯砌管片

按照要求科學、嚴禁地進行襯砌管片連接，可確保襯砌管片良好的防水效果。襯砌管片的連接工藝主要有：銷接結構、鉸接結構、楔接結構、榫接結構和螺栓連接結構。施工人員需根據襯砌管片的連接要求及連接結構形式特點，因地制宜的選擇最為合適的連接方式。

2.4 襯砌管片的防水

襯砌管片的連接孔道、注漿孔、管片接縫及管片自身的細微裂縫是裝配式襯砌結構的主要出水點，因此可知，襯砌結構的防水任務繁重，是隧道施工的重要工作之一。管片接縫防水是襯砌結構防水的核心內容，為了防止管片接縫處漏水，施工人員會將密封材料填充進管片接頭密封槽中，以滿足防水要求，如水膨脹性材料，就是常用的一種密封材料。

3 國內對于公路隧道裝配式襯砌的研究進展

3.1 襯砌接縫連接的研究

襯砌管片間的接縫是影響襯砌結構的一大因素，襯砌結構的承載能力會影響到整個公路隧道的承載能力。昝愛琴在研究中對比了不同襯砌接頭結構形式的受力性能與施工特征，決定選取彎螺栓連接方式，襯砌環設13個環縫連接螺栓，沿圓均勻布置，用2個螺栓連接相鄰的管片塊，一共使用16個縱縫連接螺栓。

3.2 管片壁后填充的研究

依施工標準要求，襯砌與二襯管片間最少需預留10 cm空隙，當完成管片拼裝作業后，需及時在壁后吹填豆礫石，同時灌注水泥漿進行壁后填充。豆礫石需使用皮帶機運送，再裝入豆礫石泵中，利用壓縮空氣填充至管片后，此道工序可以有效避免管片沉降及側向錯動現象。

3.3 襯砌管片防水的研究

隧道襯砌管片防水當前的主要研究方向。目前而言，襯砌管片防水措施主要是沿著管片四周設置一道密封的防水彈性密封墊，在預留的嵌縫槽里進行嵌縫密封。同時將襯砌管片的螺栓預緊，螺栓就會擠壓管片的防水膠條，保證防水膠條滿足防水要求，從而實現隧道襯砌管片的防水目的。

3.4 現場施工模式的研究

隧道襯砌施工是一項復雜的，高難度的工程，由于隧道的斷面較大，施工人員一般不會采用同步開挖襯砌的施工方式，這樣會增加施工難度。會先進行開挖初支作業，完成該環節后再開展二次襯砌拼裝。在設備進入施工現場前需在洞口做圈梁，作為初環管片安裝定位基準，設備出洞后進行混凝土的現澆施工。

3.5 管片拼裝整機的研究

公路隧道裝配式襯砌施工時，管片襯砌的結構強度、耐久性以及防水、排水效果，都受到拼裝設備的影響。當前，國內對于管片拼裝整機的研究集中在研發一種適用性廣、工作高效、拼裝精度高的裝配式襯砌拼裝設備，并取得了一定成果。管片拼裝整機的主要組成部件為：牽引車、管片拼裝機、管片吊運系統、空壓機組件、水系統、后配套拖車、液壓泵站、注漿系統、電氣系統和注豆粒石系統。

4 結 語

綜上所述，隨著科學技術水平的快速發展，我國公路隧道施工技術有了明顯提升，隧道工程取得了舉世矚目的成績。但總體來講，傳統的隧道施工技術還在某些地區延用，這些技術落后、低效，會影響隧道施工的進度及整體質量，甚至可能引發安全事故，造成生命財產損失。