基于礦山法隧道復合式襯砌技術(shù)應(yīng)用探討

李國福

(赤峰誠聯(lián)市政工程有限責任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

0 引言

隧道工程施工是極為煩瑣和復雜的，施工過程通常會遇到諸多的困難[1]。而隧道復合式襯砌質(zhì)量倍受關(guān)注，其“內(nèi)實外美”的基本質(zhì)量要求被高度重視。目前國內(nèi)學者針對隧道復合式襯砌施工進行了一些研究：張金偉等[2]通過數(shù)值模擬分析試驗與現(xiàn)場應(yīng)用開展了礦山法二次襯砌結(jié)構(gòu)初步研究；阮清林[3]分析隧道施工誤差、二次襯砌混凝土厚度等方面的問題并提出一些解決對策；伍程[4]利用有限元數(shù)值方法分析研究隧道初期支護與二次襯砌受力情況；張凱等[5]詳細闡述二次襯砌耐久性問題；王建宇[6]對比分析了噴膜防水與掛板式防水效果的優(yōu)劣；高祁[7]總結(jié)歸納了隧道滲漏水處理方法；蔣嬋君等[8]分析隧道襯砌質(zhì)量監(jiān)控作用。

在工程建設(shè)中，由于隧道受條件限制和施工技術(shù)參差不齊的影響，隧道復合式襯砌質(zhì)量出現(xiàn)了一些不容忽視的問題，如襯砌開裂、壁后空洞、滲漏水、強度不合格等。如何確保隧道襯砌施工質(zhì)量，已是工程界必須認真對待的問題。鑒于此，該文結(jié)合仁化(湘粵界)至博羅高速公路筆架山隧道復合式襯砌施工背景，對復合式襯砌施工技術(shù)展開研究，從復合式襯砌特點、設(shè)計施工技術(shù)要點、施工過程質(zhì)量管控和質(zhì)量問題應(yīng)對措施等幾個方面進行分析闡述，并取得了一定的管理經(jīng)驗。

1 工程背景

1.1 工程概況

仁化(湘粵界)至博羅高速公路筆架山隧道起訖樁號K273+445～K277+245，始于始興縣城南鎮(zhèn)膽源村，止于始興縣深渡水鄉(xiāng)，為上下行分離式雙向六車道高速公路隧道。隧道呈曲線形展布，圓曲線R=2 000 m，隧道全長3 800 m，最大埋深約473 m，屬深埋特長隧道。隧道采用礦山法爆破開挖+復合式襯砌結(jié)構(gòu)，分別從隧道進出口相向施作。

該工程隧道復合式襯砌典型斷面如圖1所示。

1.2 工程、水文地質(zhì)情況

該隧道地下水以基巖風化帶內(nèi)的裂隙水為主，富水性不均。隧址區(qū)水質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

2 隧道復合式襯砌的特點

復合式襯砌分內(nèi)、外兩層先后施作。其中，在隧道開挖后，先施作外層襯砌(初期支護)；待隧道周邊圍巖變形基本穩(wěn)定后再施作內(nèi)層襯砌(二次襯砌)。兩層襯砌之間需增設(shè)防水層。

1)先后施作兩次襯砌，對隧道襯砌整體受力有利。圍巖在初期支護情況下釋放大部分變形，進而能使二次襯砌減小受力。

2)二次襯砌對初期支護產(chǎn)生徑向抵抗力，從而使初期支護的受力條件得到進一步改善。

3)二次襯砌有利于隧道防水和通風，并保護初期支護結(jié)構(gòu)。

4)復合式襯砌的缺點為施工較復雜，工程造價高。

3 隧道復合式襯砌設(shè)計要點

1)根據(jù)水文地質(zhì)、圍巖級別、隧道埋深和施工條件等情況，確定隧道復合式襯砌設(shè)計參數(shù)。

2)自穩(wěn)性差、初期變形大的地層應(yīng)采用鋼拱架。

3)系統(tǒng)錨桿應(yīng)沿隧道外圍梅花形打設(shè)，其方向應(yīng)垂直巖層。圍巖自穩(wěn)性較好時可取消系統(tǒng)錨桿設(shè)計。

4)二次襯砌采用等厚度模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

5)襯砌應(yīng)有足夠的強度和穩(wěn)定性，保證隧道運營期安全。

6)明洞拱圈和路塹式明洞邊墻，半路塹式明洞內(nèi)墻參照隧道整體式襯砌設(shè)計。

7)氣溫變化較大的區(qū)段應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)置變形縫。

8)初期支護預留變形量應(yīng)根據(jù)圍巖級別、隧道深度、隧道斷面、施工工法和支護方式等設(shè)計預留量大小。

隧道初期支護預留變形位移量參考值見表1。

表1 隧道初期支護預留變形位移量參考值 cm

根據(jù)地質(zhì)勘察報告和該隧道使用要求，采用隧道襯砌理論計算方法，確定該工程隧道襯砌參數(shù)、襯砌材料和施工方法等。該工程隧道復合式襯砌及支護參數(shù)如表2所示。

表2 隧道復合式襯砌及支護參數(shù)表 cm

4 隧道復合式襯砌施工技術(shù)要點

結(jié)合工程地質(zhì)情況和設(shè)計要求，該工程先施作明洞仰拱及填充和毗鄰洞內(nèi)二次襯砌，再返回明洞處施作拱墻襯砌，以確保隧道安全。洞內(nèi)襯砌按照先拱后墻法施工。

4.1 施工流程

該工程隧道復合式襯砌施工流程如圖2所示。

4.2 初期支護

該工程采用大管棚進洞+超前支護+系統(tǒng)錨桿+鋼拱架+噴射混凝土等措施進行初期支護。

1)鋼拱架結(jié)合隧道襯砌類型及預留沉降量洞外分段加工，洞內(nèi)拼裝而成。

2)為增強鋼拱架的整體穩(wěn)定性，將鋼拱架與系統(tǒng)錨桿和鋼筋網(wǎng)片焊接牢固。

3)鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙不能大于3 cm，并與錨桿或拱架連接牢固。

4)噴射混凝土施作前應(yīng)仔細檢查噴射面，如有松動巖體應(yīng)及時處理。

5)噴射混凝土采用濕噴工藝自下而上分層、分段進行。

6)超挖位置視超挖量大小，在超挖處增設(shè)鋼筋網(wǎng)片，采用噴射混凝土填充，不得填充異物。

4.3 二次襯砌

該工程根據(jù)不同圍巖級別采用不同厚度的C30鋼筋混凝土進行二次模筑襯砌。

1)二次襯砌緊跟初期支護之后進行，并先施作仰拱，再進行仰拱回填，最后模筑邊墻及拱部混凝土。

2)在隧道周邊圍巖位移變形速率明顯減緩且已基本穩(wěn)定后開始施作二次襯砌。

3)二次襯砌采用整體式襯砌臺車模筑。臺車設(shè)計需經(jīng)結(jié)構(gòu)受力計算，并滿足剛度、強度及穩(wěn)定性要求。

整體式襯砌模板臺車如圖3所示。

4)仰拱襯砌必須緊跟初期支護，在初期支護落底后及時施作。

5)因仰拱及仰拱填充具有封閉基底、穩(wěn)固拱腳、早閉合的作用，故必須盡早施作。仰拱填充不能與仰拱混凝土同時澆筑。

6)預留洞室等結(jié)構(gòu)物襯砌采用簡易襯砌臺架、組合鋼模立模。

7)臺車就位前，應(yīng)認真檢查防水板、排水盲管、二襯鋼筋、預埋件等位置。

中埋式止水帶定位如圖4所示。

8)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，應(yīng)適當增加二次襯砌的外放值，以免侵限。

5 隧道復合式襯砌質(zhì)量管控

1)噴射混凝土表面應(yīng)做到大面平整、濕潤光澤。

2)在隧道掌子面初噴完成后，應(yīng)立即進行鋼拱架安裝，并加強鎖腳固定措施。拱架安裝后應(yīng)盡快進行噴射混凝土施作，以使鋼拱架與噴射混凝土盡早共同受力。

3)嚴格控制隧底填充混凝土的頂面標高，預留排水盲管、防水板、預埋件的鋪設(shè)空間，絕不可冒頂。

4)隧道復合式襯砌不得侵限。為能充分保證施工后隧道凈空，臺車定位時適當加高、加寬處理，但不應(yīng)超過預留變形量富裕值。

5)在隧道圍巖破碎帶或淺埋段，應(yīng)盡早進行二次襯砌，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。

6)襯砌施工縫應(yīng)與設(shè)計的沉降縫、伸縮縫結(jié)合布置。

7)二次襯砌鋼筋焊接時必須對防水板采取有效保護措施。

8)混凝土澆筑前應(yīng)再次檢查二襯模板臺車、鋼筋、預埋件、預留孔洞、止水帶、止水條預埋情況。

9)二次襯砌拆模時間要準確把握，不宜過早，既要保證襯砌結(jié)構(gòu)安全及外觀質(zhì)量，又要滿足加快臺車周轉(zhuǎn)使用要求。

10)復合式襯砌作業(yè)區(qū)的通風、供水、供電、排水及洞內(nèi)照明必須滿足正常施工需要。

11)二次襯砌壁后空隙應(yīng)在襯砌混凝土達到強度后通過鉆孔注漿回填處理。

該工程隧道二次襯砌成型外觀質(zhì)量如圖5所示。

6 隧道復合式襯砌質(zhì)量問題應(yīng)對措施

隧道復合式襯砌是重要的支護措施，是隧道結(jié)構(gòu)“內(nèi)實外美”的直接體現(xiàn)者。復合式襯砌質(zhì)量的好壞對隧道的長期穩(wěn)定性、運營功能的發(fā)揮有著重要的作用。

隧道復合式襯砌施工部分質(zhì)量問題與預防措施如表3所示。

表3 復合式襯砌部分質(zhì)量問題與防治措施

7 結(jié)語

結(jié)合仁化(湘粵界)至博羅高速公路筆架山隧道復合式襯砌工程特點，對礦山法隧道復合式襯砌施工技術(shù)展開研究，通過設(shè)計施工技術(shù)要點、施工過程管控探討，并對部分質(zhì)量問題提出預防控制措施，確保了該工程復合式襯砌成型質(zhì)量，降低了施工成本。通過該工程礦山法隧道復合式襯砌施工案例分析總結(jié)了以下幾點建議，供今后類似工程參考借鑒：

1)隧道復合式襯砌參數(shù)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面尺寸、施工工法等方面綜合考慮制定。

2)隧道襯砌除考慮施工誤差和變形位移量外，還應(yīng)預留富余量作為必要時補強之用。

3)要嚴格把控復合式襯砌各道工序質(zhì)量，尤其是二次襯砌混凝土施工質(zhì)量，混凝土壓頂時應(yīng)恰到好處，既不能有脫空也不能損壞臺車。