國家高山滑雪中心裝配式鋼制波紋管隧道施工技術*

金大春

(北京城建集團有限責任公司建筑工程總承包部，北京 100088)

鋼制波紋管作為一種新材料及新結構在國外應用已有近100年歷史，我國從1965年開始借鑒使用，到2001年開始大范圍使用，使用時間雖短，但其有安裝速度快、質量小、耐久性好、適應地基變形能力強的特點，具有工序少、施工簡單、綠色環保、降低成本、縮短工期等優點，尤其適合復雜山地條件下高寒凍土地區，具有廣闊的發展前景，可廣泛應用于公路、鐵路、市政、礦山等多個領域。

1 工程概況

1.1 項目概況

為保證高山滑雪項目奧運賽時的正常運行組織和賽后運營要求，修建高山滑雪中心技術道路，作為壓雪車和工程維護車輛通行的通道，同時在賽后部分技術道路可作為大眾雪道開放運營。為滿足技術道路相關功能要求，在技術道路J8線K0+092—K0+148和J7線K0+004—K0+042處各設置1座隧道下穿高山滑雪道，作為高山滑雪技術道路的連接通道。現以J7鋼制波紋管隧道為例，探討施工過程中的關鍵技術。隧道投影長度38m，縱坡12%；鋼制波紋管為馬蹄形，跨徑10.468m，矢高7.29m。隧道橫斷面如圖1所示。

圖1 隧道橫斷面(單位：cm)

1.2 地質概況

場地巖漿活動強烈，侵入巖和噴出巖均十分發育，地質構造整體發育一般，未見明顯的斷裂構造。根據勘探地層揭露，并按地層巖性及工程特性劃分為3個大層，分別為：耕織土①層，分布厚度0.30～0.50m，灰黑色、稍密、稍濕、含植物根莖等；第四紀崩坡積碎土⑤層，厚度3～6m，主要為花崗巖受風化、節理裂隙切割的碎塊、塊石，粒徑一般為0.5～3m；燕山晚期中風化花崗巖⑥層，廣泛分布，巖體較破碎～較完整，巖芯多呈柱狀。隧道分布于山脊，無地下水賦存。

2 工程難點分析

1)地質條件 擬建場地基巖上覆蓋有厚度差異很大且不均勻的碎石類土，自然山體斜坡較穩定，隧道場地類別為Ⅱ類，冬季最低氣溫可達-30℃， 屬高寒凍融地區。根據地質勘察資料分析，場地對建筑抗震一般。

2)運輸條件 場地無施工道路，需施工臨時便道，因山體坡度大，臨時便道坡度較大，一般運輸車輛難以通行，需采用六驅車進行材料運輸。

3)工期 受制于現場施工條件，為保證2019年完工且具備高山滑雪世界杯測試賽條件，有效工期僅4個月，工期緊。

3 施工方案比選

考慮現場施工條件，如采用鋼筋混凝土結構，材料運輸量大，運輸困難，工期、質量難以保證，成本較高。鋼制波紋管具有較大的橫向補償位移能力，對徹底解決隧道因融沉而導致的破壞較有效。經過綜合比選，該隧道結構采用裝配式鋼制波紋管結構形式，優點如下。

1)結構受力合理，荷載分布均勻，具有一定的抗變形能力，特別適用于礦山采空區及混凝土澆筑困難的深溝深壑，可避免地基變形造成的不均勻沉降對隧道的破壞，確保隧道安全。

2)采用標準化設計，工廠規模化生產，生產周期短，效率高，有利于降低成本，提高質量。

3)工期短、造價低、安裝方便、有利于環保、耐久性好，對基礎要求較低[4]。

4)施工不受季節及環境影響。

5)后期養護工作量小，養護成本低。

6)減少混凝土用量、施工現場濕作業及勞動力。

4 施工技術

4.1 鋼制波紋管制作

隧道采用馬蹄形鋼制波紋管，如圖2所示，既滿足受力要求，又滿足建筑界限要求。馬蹄形鋼制波紋管采用Q345熱軋鋼板制作，鋼板屈服強度應≥345MPa，抗拉強度應≥490MPa。鋼管壁厚為7.75mm，波高140mm，波距381mm，表面為熱浸鍍鋅,鍍鋅量≥600g/m2，平均厚度≥84μm。鋼制波紋管采用分片波紋板搭接而成，每延米圓周7片板，如圖3所示，利用高強螺栓連接緊固，密封膠密封。

圖2 鋼制波紋管大樣

圖3 鋼制波紋管展開示意

分片波紋板采用工廠化加工，單片加工完成后，在廠內進行預拼裝以檢查和校核橢圓各項技術參數及拼接部位嚴密性，檢查合格后對分片波紋管進行編號，后期現場按廠內編號順序進行安裝。

4.2 基槽開挖

因涵洞縱向坡度為12%，為避免建成后的涵洞縱向滑移，基坑縱向開挖采用凹凸型。

隧道基礎地質條件為強風化花崗巖，基坑開挖先采用挖掘機配合破碎炮挖至凹凸抗滑槽頂面，然后再開挖凹凸槽，為避免對基底的擾動并保證形成完整的凹凸抗滑移槽，基槽采用機械配合人工開挖。

4.3 抗滑移措施設置

因隧道縱坡坡度為12%，故設置抗滑移措施。在拱底楔形部位C30混凝土增強區范圍內及端墻管結構周邊，焊接間距100cm×100cm、伸入基礎50cm的φ25鋼筋。鋼筋與鋼制波紋管焊接時，嚴格控制施工質量，防止損傷鋼管，焊接后嚴格按鋼管防腐要求進行補充涂刷。

同時，注意焊接鋼筋應避開鋼管接縫及其防水材料，焊接鋼筋穿透部分防水卷材應用丙烯酸聚合物水泥防水涂料(厚1.5mm，內置2道專用加筋布LEAC防水涂料I型)涂抹。

4.4 鋼制波紋管安裝

波紋板拼接時，先拼裝第1圈B板片，以此為起點向下游延伸，直至下游。在現場豎向平躺B板片安裝，板片搭接后，采用撬杠輔助對正連接孔，螺栓套上墊圈由內向外插入孔位，對面套上墊圈及螺母，利用套筒扳手預緊螺母。依次拼裝板片成環。第1圈B板片安裝完成后，再安裝A板片，采用起重機吊起，根據現場邊點定位及穩定。吊起定位完成后，再逐片安裝剩余A板片，依此順序完成全部板片安裝，如圖4所示[5]。

圖4 波紋管拼裝示意

1)鋼制波紋管結構安裝前，檢查結構底部基礎平整度、標高，確定結構中心線、中間點。

2)組裝波紋管結構時，在隧道內放置1個可移動的組裝工作平臺，便于組裝作業。

3)螺栓組裝時，采用松螺栓組裝法。即各螺孔插入螺栓，套上螺母后，稍初擰，待全部塊件組裝完畢后，再逐個擰緊螺母。使用機動扳手時，擰扳時間應持續2～3s。波紋管連接大樣如圖5所示。

圖5 波紋管連接大樣

4)氣割波紋管時，需確保被氣割的邊緣無氧化物和毛刺。鍍鋅保護層遭破壞之處，涂刷乳化瀝青等防腐涂料。

5)整個結構安裝或拼裝完成后，使用千斤頂校正整道結構，使其中心在所規定的中心線上。

6)鋼制波紋管結構高強螺栓緊固前，在板縫連接處利用耐候密封膠密封。

隧道完工后，檢查驗收項目及允許偏差如表1所示[6]。

表1 隧道檢查項目及允許偏差

4.5 防水施工

波紋管拱體敷設就位、拼裝完成后及回填前進行密封防腐處理的現場作業。在結構板重疊搭接、圓管端部接合及緊固件連接的螺栓孔空隙處利用耐候膠填封，可通過專用膠槍注涂，固化后以提高圓結構整體密封性。

外壁最大腰部以上拱體(結構體)在結構板重疊搭接、圓管端部接合及緊固件連接的螺栓孔空隙處進行二次防水處理，宜采用高分子P類防水卷材(全厚度≥1.7mm，主材厚度1.2mm)。鋪設范圍至搭接縫處最外邊緣≥30cm，防水卷材搭接≥30cm。同時，為防止回填過程中回填料對防水卷材的損傷，防水卷材外設置5cm厚細石砂漿保護層。

拱底C30增強區外側全包防水卷材，宜采用高分子P類防水卷材，性能指標同上。外包防水層外豎向設置黏土磚保護，水平方向設置5cm厚細石混凝土保護層。

4.6 隧道回填

1)鋼制波紋管結構回填 在管兩側對稱、均衡回填。楔形部位回填采用C30混凝土，增強回填區回填高度為3.4m，采用模筑法施工，模板支撐采用鋼木組合體系，面板采用12mm厚多層板，背楞采用方木，支撐采用φ48鋼管。澆筑混凝土時分7次澆筑，每層澆筑厚度約為50cm，采用振動棒振搗。要嚴格控制分層厚度，并兩側對稱澆筑。

填土分層攤鋪，逐層壓實，每層壓實厚度≤25cm，壓實度與該處路基壓實度一致。在鋼制波紋管結構頂及兩側3/4管徑寬度范圍內的填土，應著重夯實。除可使用小型振動夯夯實外，其他位置可采用與一般路基相同的壓實機具，但荷載應≤140kN。在填土過程中，特別是跨度較大結構，要隨時觀測鋼制波紋管隧道殼體變形是否超過容許值，以便及時改變填土方式。在鋼制波紋管隧道頂填土未達到設計標高時，禁止一切機動車輛通行。當管頂已填足最小厚度，但仍不允許重型夯錘在其上作業，以免損壞鋼制波紋管及鄰近填土。除鋼制波紋管結構兩側特殊回填區外，其余部分回填料應采用砂礫回填至1/2管徑高度處，管頂回填可采用一般路基用土。在距鋼制波紋管結構30cm范圍內，不得填筑邊長>8cm石塊、混凝土塊、凍土塊、高塑性黏土塊或其他有害物質。結構兩側回填應對稱施工，分層回填，每層厚度為25cm。

2)設置減載板 距拱頂50cm設置20cm厚、兩側寬度超過結構跨徑各3m的C30鋼筋混凝土減載板。減載板內設置2層間距10cm×10cm HRB400φ16鋼筋網。減載板沿隧道縱向設置1道沉降縫，并在縫內填充密實橡膠板或遇水膨脹橡膠條。

3)壓實 結構近處利用機械夯實，管底下方楔形部位利用粗砂水密法或振動棒振實。結構兩側回填應采用振動壓路機壓實，壓實度≥96%。結構上方回填厚度<60cm時，采用手扶振動壓路機壓實或采用<6t的靜碾壓路機壓實，壓實度≥96%；當隧道頂填土>60cm后，方可采用≤14t重型壓路機施工，每層厚度25cm，壓實度≥96%。

5 隧道監測

在隧道中間及兩端設置3個監測斷面，每個斷面布置4個監測點，共布置12個監測點。監測點布置如圖6所示。通過對隧道矢高、跨徑連續監測可知，矢高、跨徑變形符合設計要求。

圖6 斷面監測點布置

6 結語

2022年北京冬奧會高山滑雪工程J7，J8技術道路隧道下穿高山雪道，采用裝配式鋼制波紋管隧道結構形式，波紋管隧道采用工廠化預制生產，現場分片安裝施工，提高了隧道施工精度，減少了施工現場濕作業，降低了勞動強度、減少了現場工作量，有效保證了工程質量和施工安全，加快了施工進度。