碎屑巖低山區淺埋隧道二次襯砌施工工藝探究

李奉杰

(中鐵二十三局集團第三工程有限公司, 四川成都 611100)

0 引言

在隧道建設工程支護體系中,二次襯砌作為一個整體形成臨空面,具有非常重要的作用,能有效應對隧道塌方、冒頂、突水、巖爆等常見問題,不同工程對隧道二次襯砌的要求也不相同,需要對二次襯砌的材料、質量、尺寸、形式進行多方面研究。王金波[1]從高速鐵路隧道二次襯砌的常見質量問題進行歸類總結,提出針對性的技術、管理方案;劉大雙等[2]基于荷載結構法原理,對膨脹性巖體在不同支護參數下的安全性進行了探討,進而優化了二次襯砌的施工參數;宋超業等[3]針對跨度為50 m的巨跨洞室穩定性進行研究,依據荷載-結構法設計二次襯砌,包括襯砌厚度、經濟性和可操作性;馬棟等[4]對多層網架整體吊裝工藝流程、技術難點進行了分析,提高了吊裝施工效率;王海濱[5]對鐵路隧道二次襯砌裂紋種類、位置和長度進行了分析,總結原因后提出防范措施。

目前對于隧道二次襯砌的工程研究集中在受力分析、質量問題和安全性等方面,而對隧道二次襯砌施工工藝介紹較少,本文將介紹老土地隧道二次襯砌施工工藝,為類似軟硬互層淺埋隧道提供借鑒。

1 工程概況

老土地隧道進口位于四川省劍閣縣碑埡鄉大堰河,出口位于劍閣縣圈龍鄉老土地,為雙向分離式隧道,左線樁號為ZK69+430～ZK70+598,進口明暗分界里程ZK69+446,單洞長1 168 m;右線樁號為K69+417～K70+580,進口明暗分界里程K69+433,單洞長1 163 m。老土地隧道海拔在555～753 m之間,相對高差198 m,屬軟硬相間碎屑巖低山區。隧址區地形整體較為陡峻,局部較平緩,山體坡度 10°～45°。隧道左、右線最大埋深分別為188 m、190 m,為典型的淺埋隧道,其橫斷面如圖1所示,橫斷面面積約103.2 m2,凈空面積約78.1 m2。

圖1 老土地隧道橫斷面示意(單位:cm)

2 施工工藝

老土地隧道為軟硬互層的淺埋隧道,若支護不及時,存在掌子面塌方的風險。因此,在施工工藝上應注意4點:

(1)初期支護和二次襯砌的施作應及時。掌子面開挖后鋪設鋼筋網、立鋼拱架、噴射混凝土作為初期支護,防水板鋪設后進行二次襯砌整體澆注。

(2)提高支護強度。初期支護采用厚度26 cm的C25混凝土,二次襯砌采用厚度50 cm的C35混凝土。

(3)仰拱緊跟開挖面。為使隧道受力更加均勻,不出現應力集中現象,仰拱應在掌子面開挖后及時施作,與二次襯砌構成隧道整體,增加結構穩定性。

(4)縮短支護進尺。考慮到隧址區巖性為軟硬相間碎屑巖,存在開挖后掌子面整體性差、易坍塌的風險,故應縮短二次襯砌施工進尺,以3～4 m為宜。

2.1 工藝流程

二次襯砌施工前,各項檢測試驗應驗收合格。襯砌臺車應驗收合格,初支厚度、拱架檢測、初支錨桿的拉拔試驗、監控量測數據均合格。如圖2所示,二次襯砌施工包括監控量測確定二襯施作、施工準備、臺車移位、臺車定位、止水帶施工、隱蔽檢查、澆筑混凝土、拆模和養護9個步驟。其中,施工準備應對防水板及盲溝檢查、中線水平放樣和軌道安裝。臺車就位可采用激光準直儀,對高程、中線和邊模進行定位,確保臺車一次性到位。止水帶施工前應對初期支護表面進行光滑處理,鏟除表面碎屑并均勻涂刷脫模劑。混凝土拌和、運輸、澆筑入模、搗固、拆模、養護及強度試驗是保障混凝土一次成型的系統過程,應對襯砌鋼筋和二次襯砌提出檢測方法和驗收標準,并對常見的質量問題提出處理措施。

圖2 二次襯砌施工工藝流程

2.2 防排水施工

老土地隧道斷面暗洞防排水布置如圖3所示,包括中心水溝、路緣水溝、橫向排水管、縱向排水管和環向排水管。排水管之間及水溝的排水連接如下所述:環向排水管置于初期支護和二次襯砌之間(圖4),在路緣水溝處與橫向、縱向排水管相連(圖5),通過坡度為1.5%的橫向排水溝排向中心水溝,通過中心水溝排出隧道,形成完整的排水系統。其中,環向排水管采用φ50HDPE單壁打孔波紋管,縱向排水管采用φ116 /100HDPE雙壁打孔波紋管,橫向排水管采用φ116/100HDPE單壁打孔波紋管。中心水溝尺寸為90 cm×60 cm,路緣水溝尺寸為30 cm×31 cm。

圖3 隧道斷面暗洞防排水布置

圖4 環向排水管布置

圖5 環向、縱向及橫向排水管連接

隧道環向施工縫和變形縫內的中埋橡膠止水帶安裝前后如圖6、圖7所示,安裝工藝:

圖6 中埋橡膠止水帶安裝前示意

圖7 中埋橡膠止水帶安裝后示意

(1)沿環向間隔0.5 m在擋頭板上鉆一個φ12 mm鋼筋孔,將加工成型的φ10 mm鋼筋卡由待模筑混凝土一側向另一側穿入內側卡緊止水帶的一半,另一半止水帶平貼在擋頭板上。

(2)待模筑混凝土凝固后拆除擋頭板,將止水帶靠中心鋼筋拉直,然后彎曲φ10 mm鋼筋卡套上止水帶,繼續模筑下一環混凝土。

(3)主洞環向施工縫拱墻處每12 m設置一道,仰拱處每6 m設置一道,仰拱處每間隔一道施工縫與拱墻設置在相同位置。

2.3 二次襯砌鋼筋綁扎

二次襯砌鋼筋在隧道環向采用φ22 mm鋼筋,縱向間距20 cm,在隧道縱向采用φ14 mm鋼筋,環向間距25 cm,采用φ8 mm箍筋,鋼筋保護層厚度為5 cm。鋼筋的搭接應順直、綁扎應牢固,其中,鋼筋綁扎檢查項目包括主筋間距、兩層鋼筋間距、箍筋間距、綁扎搭接長度、鋼筋加工,具體如表1所示。

表1 二次襯砌鋼筋綁扎檢查

2.4 模板安裝

老土地隧道采用模板臺車進行模筑混凝土的澆筑,提高了施工效率和模板的利用率。如圖8所示,模板臺車借助鋼軌移動,臺車模板包括模板面板和模板肋板,在垂直方向通過液壓千斤頂和垂直支撐桿件支撐模板,在側面通過側向支撐桿件和絲桿千斤頂支撐模板。同時,在臺車內部設置水平移動小車提高施工效率,中心標志方便進行對中。

圖8 模板臺車示意

2.5 臺車就位

臺車就位前應檢查臺車是否行走自如,機電系統及液壓系統是否完好無缺陷,采用全站儀根據隧中線對臺車中線進行校準,根據襯砌斷面線對臺車外輪廓進行測量。測量校準之后,進行臺車就位。臺車就位后現場如圖9所示。

圖9 模板臺車就位現場

2.6 二次襯砌混凝土施工

2.6.1 澆筑

二次襯砌混凝土采用泵送入模,澆筑混凝土前,首先確定混凝土坍落度為160～200 mm。正式泵送混凝土前應先泵送水泥砂漿潤滑管道,泵送應連續無間斷,防止混凝土凝結堵塞管道。混凝土澆筑應對稱進行,從拱腳至拱頂,保證混凝土充滿模具各個角落。

2.6.2 振搗

采用附著式振搗器進行集中控制、組批啟振,專職搗固人手采用插入式振動器搗固,以保證混凝土密實,澆注過程中嚴禁用振動棒拖拉混凝土。

2.6.3 養護與拆模

用水車將水拉入養護區內,人工噴灑,灑水時要調整開關閘閥,控制噴水壓力和水量,確保二次襯砌混凝土表面全部噴灑到位。當二次襯砌混凝土強度達到5 MPa時,可進行拆模施工。為防止二次襯砌混凝土開裂,可采取措施:①合理確定分段澆筑長度和速度;②加強養護,混凝土溫度變化速度不宜大于5 ℃/h。

3 結論與建議

本文對老土地隧道二次襯砌施工流程及工藝進行了介紹,得出在碎屑巖低山區淺埋隧道進行二次襯砌施工時,需要對施工工藝及關鍵質量點進行把控:

(1)為有效控制襯砌變形,應檢查初期支護噴射厚度達到26 cm,二次襯砌澆注厚度達到50 cm,強度達到5 MPa后方可拆模。

(2)排水布置包括中心水溝、路緣水溝、橫向排水管、縱向排水管和環向排水管,主洞環向施工縫拱墻處每12 m設置一道,仰拱處每6 m設置一道。

(3)二次襯砌鋼筋在隧道環向采用φ22 mm鋼筋,縱向間距20 cm,在隧道縱向采用φ14 mm鋼筋,環向間距25 cm,采用φ8 mm箍筋,鋼筋保護層厚度為5 cm。

(4)混凝土養護應對溫度進行嚴格控制,混凝土溫度變化速度不宜大于5 ℃/h。