大跨徑連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工技術在南峰及北峰隧道中的應用

王偉 張朋崗

中國水利水電第五工程局有限公司，中國·四川 成都 610500

1 引言

公路工程與市政工程的短隧道常選用連拱隧道的結構形式，從節約用地、避免洞臉高邊坡、進出口減少擾民征拆的目的出發意義重大。中導洞開挖支護后進行中隔墻襯砌，支撐加固等強后進行主洞先行洞開挖，但連拱隧道的中隔墻襯砌的反弧曲面易發生麻面、氣泡、水波紋等質量外觀缺陷。采用傳統的模板表面打磨、改進脫模劑、模板開排氣孔、減小分層厚度澆筑加強振搗等施工方式進行作業，效率偏低、質量控制難度高，效果仍不理想。因此，通過在傳統中隔墻襯砌的反弧曲面段防止外觀缺陷的施工工藝的基礎上進行優化和創新，主要通過在中隔墻混凝土反弧曲面段易產生外觀缺陷部位將鋼模表面打磨光滑、粘貼混凝土高分子透水布的工藝技術，控制分層厚度加強振搗，有效地解決了中隔墻襯砌混凝土拆模后反弧曲面段的麻面、氣泡、水波紋等質量外觀缺陷。

2 概述

中國浙江省舟山市526 國道改建工程地處岱山島，路線主線共有2 座隧道，均為連拱隧道，分別為北峰隧道工程及南峰隧道工程，南峰隧道樁號為K18+634～K18+925，暗洞177m，明洞110m；北峰隧道樁號為K13+964～K14+300，暗洞284m，明洞52m，隧道左右幅主洞共用1 個中隔墻，連拱隧道采取先施工中導洞，開挖支護后再進行中隔墻襯砌[1]，最后完成隧道主洞先行洞開挖支護及二次襯砌施工的方法。其中中導洞分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級三種圍巖，對應結構尺寸（寬×高）分別為：6.2m×5.55m、6.3m×6.25m、6.4m×6.3m的城門洞型，對應開挖斷面積分別為29.66m2、35.12m2、35.92m2，施工工期為7 個月。

連拱隧道中導洞的中隔墻襯砌的混凝土結構尺寸根據圍巖級別不同分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級三種，采用C45P8 防水混凝土結構形式如圖1～圖3所示。

圖1 V 級圍巖中隔墻

圖2 Ⅳ級圍巖中隔墻

圖3 Ⅲ級圍巖中隔墻

3 隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工方法確定

3.1 處理反弧曲面混凝土外觀質量缺陷的工藝方法比較

3.1.1 “模板表面打磨＋改進脫模劑＋模板開排氣孔預防中隔墻襯砌”的施工方法

襯砌臺車的鋼模板每次使用前，采用角磨機進行表面打磨，將殘留的混凝土殘渣打磨掉，使鋼模板表面光滑，噴涂上均勻分布的改良后的脫模劑，使附著在反弧曲面上的氣泡較均勻的分布，并在模板反弧段上開鑿排氣孔，排氣孔直徑小于10mm，間距大于400mm，為排出的氣泡提供排氣通道，使混凝土外觀質量提升。

優點：以上傳統預防混凝土外觀缺陷的方法施工方便、靈活，結合減小及控制分層厚度澆筑，并加強振搗，可適當提升混凝土的外觀質量。

缺點：①以上方法提升混凝土外觀質量的效果仍然有限，每次需要人力物力加強打磨模板，特別反弧曲面鋼模板表面，造成單一工序耗時較長；

②在鋼模上開孔，對模板強度有所影響，易發導致襯砌完成后的結構尺寸偏差偏大、變形過大；

③在鋼模上開的小孔易造成孔周圍漏漿、麻面、明顯色差等問題。

3.1.2 “襯砌臺車反弧曲面鋼模板表面打磨光滑＋粘貼混凝土高分子透水布＋分層厚度加強振搗”的施工方法

襯砌臺車鋼模板反弧曲面粘貼高分子透水布，利用其透水吸附及排除氣體、過多的水分的特性避免混凝土表面因氣泡集中、水波紋及過振、混凝土和易性差等問題造成的混凝土表面出現的麻面、氣泡集中、水波紋等重量外問題[2]。

優點：施工方便、快捷靈活、適用性強、便于操作、節約混凝土外觀處理材料及人工勞動力成本，具有較快的施工速度。

缺點：①每倉混凝土需要投入透水布材料，增大了材料成本；

②如果透水布層被水泥漿充填，將無法順利排出氣泡及混凝土表面多余自由水分，需要打磨模板并粘貼一層新的透水布。

3.2 襯砌方案的選定

通過在傳統預防反弧曲面混凝土外觀質量缺陷的施工工藝的基礎上進行優化和創新，主要通過在中隔墻混凝土反弧曲面段易產生外觀缺陷部位將鋼模板表面打磨光滑、粘貼混凝土高分子透水布的工藝技術，并控制分層厚度加強振搗，有效地解決了中隔墻襯砌混凝土拆模后反弧曲面段的麻面、氣泡、水波紋等質量外觀缺陷的問題。

4 大跨徑連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工工藝

4.1 施工工藝原理

中隔墻襯砌混凝土的反弧曲面段距地板0.5～1.2m 高度范圍內，因振搗混凝土時排氣困難，導致中隔墻襯砌反弧曲面段極難避免水波紋、麻面、氣泡集中等混凝土外觀缺陷的問題。連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工工藝方法，主要在中隔墻襯砌臺車的反弧曲面段鋼模板打磨光滑后，再人工噴膠粘貼高分子透水布，利用高分子透水布的透水性避免混凝土表面水波紋及過振、混凝土和易性等問題造成的混凝土表面出現的麻面問題，通過透水布吸收部分混凝土結構表面游離的自由水分，改變結構物混凝土表面水膠比，提高表面混凝土強度及耐久性。混凝土采用調整的最優混凝土配合比、控制混凝土塌落度及和易性，分層卸平料厚度為0.3m，及時振搗排除混凝土內的氣體，即可較理想的滿足拆模后的中隔墻混凝土外觀的要求，達到免修飾的目的。

4.2 施工工藝流程

本工法施工工藝流程詳見圖4。

圖4 反弧曲面免修飾混凝土連拱隧道中隔墻襯砌快速施工工藝流程圖

5 連拱隧道中隔墻襯砌免修飾方法

5.1 清理中導洞基底、墊層施工

中隔墻的底部的標高應低于結構底標高100mm，并將基底清理、壓實整平。底清理完畢經驗收合格后，開始澆筑C10 素混凝土墊層，確保其強度達到90%以上或等強10d以上施做中隔墻混凝土，并保證模板臺車就位及移動的安全、平衡穩定。

5.2 測量定位放線

通過測量放出臺車軌道及中隔墻的軸線進行軌道安裝及鋼筋定位安裝，再進行模板安裝及校核。

5.3 鋼筋制安

鋼筋統一在集中鋼筋加工場下料加工，采用成套數控加工設備確保鋼筋加工的質量及高效性。半成品運至中隔墻倉面，受限空間作業，現場人工及小機具輔助進行安裝，鋼筋的機械連接、綁扎、焊接接頭的安裝必須符合現行規范和驗收要求。

環向受力筋與縱向分布筋每節節點應進行綁扎或焊接，已完成中隔墻襯砌的上一倉的縱向水平分布筋應預留出堵頭模板30cm 以上，并采用泡沫膠封閉防止漏漿，且預留縱向水平分布筋要與下一倉縱向水平筋焊接，增強中隔墻整體性。

5.4 預埋鋼板

中導洞中隔墻頂部兩端及底部兩側墻各部位均設計有預埋鋼板，使左右側主洞初期支護鋼支撐連接板與中隔墻上下兩側預埋板有效連接。

5.5 臺車安裝

中隔墻襯砌鋼模臺車長度為9m，鋼模臺車利用獨立行走結構，沿鋪設固定的P24 軌道進退，采用夾軌器鎖定防止滑移，鋼模板表面為10mm 厚高強度鋼板，根據中隔墻結構輪廓制作成型，豎向采用2cm 厚鋼板為外背楞，間距150cm，縱向采用10#槽鋼作為內背楞，間距35cm，鋼模臺車應具有足夠的剛度、強度、穩定性，避免混凝土跑模、爆模、變形過大引起混凝土結構尺寸偏差等問題。入料及振搗窗口分上下兩層，窗口長×寬為45×45cm，梅花形交錯布置，窗口為可啟閉式。鋼模板表面采用角磨機打磨光滑，特別模板鋼板之間的焊接拼縫存在毫米級別的輕微錯臺，采用高強度J506 焊條將拼縫焊接牢固，并用手持式角磨機打磨錯臺部位至平整、順滑，同時用環氧膠泥AB 膠將其余鋼板拼縫的縫隙填充至密實，等強后打磨光滑，使拆模后該部位混凝土外觀整體平整光滑，消除絕大部分中隔墻拼縫錯臺問題，初步提升混凝土外觀質量的目的[3]。

5.6 高分子透水布粘貼

5.6.1 透水布參數

透水布性能指標表如表1所示。

表1 透水布性能指標表

5.6.2 透水布粘貼范圍參數及原理

中隔墻襯砌混凝土的反弧曲面段離地0.5～1.2m 高度范圍內因振搗混凝土時排氣困難，導致中隔墻襯砌反弧曲面段極難避免水波紋、麻面、氣泡集中等混凝土外觀缺陷的問題。“連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工工法”主要在中隔墻襯砌臺車的反弧曲面段鋼模板打磨光滑后，再人工噴膠粘貼一層高分子透水布，利用高分子透水布的透水吸附排除氣體的特性避免混凝土表面因水波紋及過振、混凝土等問題造成的混凝土表面出現的麻面的問題，通過透水布吸收部分混凝土結構表面游離的自由水分，在堵頭模板部位順利排出，改善結構物混凝土表面水膠比及均勻性，提高表面混凝土強度，且混凝土透水布的保水作用，為混凝土養護提供了一個良好的條件，減少了細微裂縫的產生。高分子透水布噴膠范圍為反弧曲面段離地0.5～1.2m 高度，將高分子透水布平整地粘貼在襯砌臺車鋼模內側，左右側對稱布置。襯砌臺車其余部位鋼模板均勻涂刷脫模劑，混凝土采用調整的最優混凝土配合比、控制混凝土塌落度及和易性，分層卸平料厚度為0.2～0.3m，及時振搗排除混凝土內的氣體，即可較理想的滿足中隔墻混凝土外觀的要求，達到免修飾的目的。具體見圖5。

圖5 鋼模臺車及高分子透水布示意圖

5.6.3 透水布粘貼施工方法

①透水布粘貼施工前先將模板表面打磨除銹、打磨混凝土殘渣、漿皮，并將灰塵、油污清洗干凈，使模板表面清潔，無雜物，并確保模板干燥，從而人工使透水布噴膠均勻地噴涂到距地面0.5～1.2m 高度范圍的反弧曲面，并能夠充分使透水布粘結在臺車鋼模板反弧曲面部位[4]。

②按照距地面0.5～1.2m 高度范圍的模板尺寸裁剪透水布，模板邊緣預留不少于5cm，粘貼在襯砌臺車末端堵頭鋼楞上，以加強透水布整體的粘結力及強度。

③將噴膠均勻地噴在模板表面及四周，噴膠不易過厚，避免膠水滲透透水布，影響透水布排水效果。模板拼縫處噴膠量應適當加大，確保粘貼牢固。

④粘貼透水布時，透水布氈面與模板密貼，先固定好透水布起始位置，然后由一端向另一端人工鋪展開壓實，避免出現褶皺，確保透水布密貼在模板表面，如有皺褶，須將透水布掀起，重新粘貼平整密實。

⑤盡量不采用模板布搭接，避免產生人為造成混凝土表面外觀輕微起伏不平；特殊情況如需兩塊透水布搭接，需先將兩塊透水布重疊5cm，再在重疊中間位置切開，去掉割下的部分。在搭接位置，噴膠用量應略為增加，以確保拼縫平整相接，且不漏漿。

⑥透水布粘貼完畢，重新檢查是否平整，是否存在皺褶和氣泡，如存在上述問題，需及時處理。

⑦混凝土澆筑振搗。

中隔墻采用C45P8 防水混凝土，混凝土在拌合站集中廠拌，水平運輸采用12m3混凝土運輸罐車運至現場，并采用HBT60 混凝土輸送泵泵送入倉，以插入式振搗器為主，注意振搗半徑與振搗器匹配，嚴禁漏振、過振，并采用臺車上布置的10 個附著式振搗器輔助振搗，保證插入式振搗棒無法振搗的部位混凝土密實，方式為間隙式點振，時間為每次6～8s。中隔墻混凝土襯砌，受混凝土輸送泵的泵送距離的限制，中隔墻混凝土澆筑方向宜從隧道內至外進行，每9m 一個循環。施工縫是中隔墻受力的薄弱面，每次接縫必須鑿毛，且倉與倉之間的水平筋須焊接連接成整體，預留出堵頭模板長度以30cm 為宜。

澆筑前對支架、模板、鋼筋保護層墊塊和預埋件進行檢查，并將模板內的雜物、積水和鋼筋上的污垢清理干凈；模板的縫隙填塞嚴密，均勻涂刷脫模劑。

澆筑時檢查混凝土的和易性和入倉坍落度，混凝土分層澆筑厚度為30cm，并用插入式振動器振搗密實。

澆筑混凝土過程中，應經常檢查模板、鋼筋及預埋部件的位置和保護層的尺寸，確保其位置正確，不發生變形移位。并注意模板、支架等支撐情況，設專人檢查，如有變形，移位或沉陷立即校正并加固處理后，方可繼續澆筑。

5.7 模板拆除及養護

中隔墻模板應在混凝土強度達到2.5MPa 以上進行拆模，且保證其表面及棱角不因拆除模板而受損壞；同時先拆除堵頭模板觀察混凝土色澤變化，以灰黑色轉變為灰白色為宜，后利用液壓及絲杠使鋼模板與混凝土脫離。混凝土澆筑完成后，及時灑水養護，保持混凝土表面濕潤，養護時間不小于7 天。

5.8 中隔墻頂部處理

中隔墻頂部三角區密實度在澆筑過程中，因操作原因和混凝土工作性能會使頂部出現空隙，中隔墻頂部飽滿度是控制重點[4]。

澆注封頂砼時，要加大泵送壓力，且入料管要盡可能地伸到中導洞的頂部，盡可能地將混凝土面提升至中導洞的拱頂，一方面對兩側肩部進行良好的封堵，另一方面節省注漿量。同時，采用環式卡扣將“人字型螺旋式頂推入倉及封堵裝置”及頂拱入料口快速封堵裝置，如圖6及圖7所示，從而避免在推桿塞過程中出現混凝土回流的情況發生。在前期中導洞施工時拱頂處錨桿頭應外露30cm 以上，并與中隔墻頂部鋼筋焊接在一起，以增加中隔墻與頂部圍巖的結合力，上下形成受力整體[5]。

圖6 人字型螺旋式頂推入倉及封堵裝置圖

圖7 螺旋頂塞快速封堵裝置圖

頂部空腔采用中隔墻兩側預埋的注漿管進行回填灌漿處理密實，根據現場施工及圍巖實際情況，注漿孔設置間距不應大于5m，灌漿管采用水泥漿完全封堵。中隔墻頂部注漿方法如圖8所示。

圖8 中隔墻頂部注漿填充示意圖

在中隔墻墻頂回填完成，漿液強度及中隔墻混凝土強度達到設計強度后方可開挖主洞。

6 結語

通過對連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面消除質量外觀缺陷的免修飾施工技術的研究，創新優化傳統工藝，采用高分子透水布在中隔墻襯砌反弧曲面的應用，成功克服了在中隔墻襯砌施工的反弧曲面易發氣泡、麻面、水波紋等外觀質量缺陷的施工難題，達到了混凝土襯砌表面免修飾的目的，對中隔墻襯砌的實體外觀質量得到提升，節約了處理中隔墻襯砌消缺的工程成本，較大地提高了中隔墻的襯砌施工效率，減少了勞動力及消缺材料物資的成本投入，降低了施工風險。該技術在連拱隧道中隔墻襯砌施工中成功的應用，為該類公路隧道工程施工積累了經驗，取得了較好的經濟效益和社會效益。