碎屑岩低山区浅埋隧道二次衬砌施工工艺探究

李奉杰

(中铁二十三局集团第三工程有限公司, 四川成都 611100)

0 引言

在隧道建设工程支护体系中,二次衬砌作为一个整体形成临空面,具有非常重要的作用,能有效应对隧道塌方、冒顶、突水、岩爆等常见问题,不同工程对隧道二次衬砌的要求也不相同,需要对二次衬砌的材料、质量、尺寸、形式进行多方面研究。王金波[1]从高速铁路隧道二次衬砌的常见质量问题进行归类总结,提出针对性的技术、管理方案;刘大双等[2]基于荷载结构法原理,对膨胀性岩体在不同支护参数下的安全性进行了探讨,进而优化了二次衬砌的施工参数;宋超业等[3]针对跨度为50 m的巨跨洞室稳定性进行研究,依据荷载-结构法设计二次衬砌,包括衬砌厚度、经济性和可操作性;马栋等[4]对多层网架整体吊装工艺流程、技术难点进行了分析,提高了吊装施工效率;王海滨[5]对铁路隧道二次衬砌裂纹种类、位置和长度进行了分析,总结原因后提出防范措施。

目前对于隧道二次衬砌的工程研究集中在受力分析、质量问题和安全性等方面,而对隧道二次衬砌施工工艺介绍较少,本文将介绍老土地隧道二次衬砌施工工艺,为类似软硬互层浅埋隧道提供借鉴。

1 工程概况

老土地隧道进口位于四川省剑阁县碑垭乡大堰河,出口位于剑阁县圈龙乡老土地,为双向分离式隧道,左线桩号为ZK69+430～ZK70+598,进口明暗分界里程ZK69+446,单洞长1 168 m;右线桩号为K69+417～K70+580,进口明暗分界里程K69+433,单洞长1 163 m。老土地隧道海拔在555～753 m之间,相对高差198 m,属软硬相间碎屑岩低山区。隧址区地形整体较为陡峻,局部较平缓,山体坡度 10°～45°。隧道左、右线最大埋深分别为188 m、190 m,为典型的浅埋隧道,其横断面如图1所示,横断面面积约103.2 m2,净空面积约78.1 m2。

图1 老土地隧道横断面示意(单位:cm)

2 施工工艺

老土地隧道为软硬互层的浅埋隧道,若支护不及时,存在掌子面塌方的风险。因此,在施工工艺上应注意4点:

(1)初期支护和二次衬砌的施作应及时。掌子面开挖后铺设钢筋网、立钢拱架、喷射混凝土作为初期支护,防水板铺设后进行二次衬砌整体浇注。

(2)提高支护强度。初期支护采用厚度26 cm的C25混凝土,二次衬砌采用厚度50 cm的C35混凝土。

(3)仰拱紧跟开挖面。为使隧道受力更加均匀,不出现应力集中现象,仰拱应在掌子面开挖后及时施作,与二次衬砌构成隧道整体,增加结构稳定性。

(4)缩短支护进尺。考虑到隧址区岩性为软硬相间碎屑岩,存在开挖后掌子面整体性差、易坍塌的风险,故应缩短二次衬砌施工进尺,以3～4 m为宜。

2.1 工艺流程

二次衬砌施工前,各项检测试验应验收合格。衬砌台车应验收合格,初支厚度、拱架检测、初支锚杆的拉拔试验、监控量测数据均合格。如图2所示,二次衬砌施工包括监控量测确定二衬施作、施工准备、台车移位、台车定位、止水带施工、隐蔽检查、浇筑混凝土、拆模和养护9个步骤。其中,施工准备应对防水板及盲沟检查、中线水平放样和轨道安装。台车就位可采用激光准直仪,对高程、中线和边模进行定位,确保台车一次性到位。止水带施工前应对初期支护表面进行光滑处理,铲除表面碎屑并均匀涂刷脱模剂。混凝土拌和、运输、浇筑入模、捣固、拆模、养护及强度试验是保障混凝土一次成型的系统过程,应对衬砌钢筋和二次衬砌提出检测方法和验收标准,并对常见的质量问题提出处理措施。

图2 二次衬砌施工工艺流程

2.2 防排水施工

老土地隧道断面暗洞防排水布置如图3所示,包括中心水沟、路缘水沟、横向排水管、纵向排水管和环向排水管。排水管之间及水沟的排水连接如下所述:环向排水管置于初期支护和二次衬砌之间(图4),在路缘水沟处与横向、纵向排水管相连(图5),通过坡度为1.5%的横向排水沟排向中心水沟,通过中心水沟排出隧道,形成完整的排水系统。其中,环向排水管采用φ50HDPE单壁打孔波纹管,纵向排水管采用φ116 /100HDPE双壁打孔波纹管,横向排水管采用φ116/100HDPE单壁打孔波纹管。中心水沟尺寸为90 cm×60 cm,路缘水沟尺寸为30 cm×31 cm。

图3 隧道断面暗洞防排水布置

图4 环向排水管布置

图5 环向、纵向及横向排水管连接

隧道环向施工缝和变形缝内的中埋橡胶止水带安装前后如图6、图7所示,安装工艺:

图6 中埋橡胶止水带安装前示意

图7 中埋橡胶止水带安装后示意

(1)沿环向间隔0.5 m在挡头板上钻一个φ12 mm钢筋孔,将加工成型的φ10 mm钢筋卡由待模筑混凝土一侧向另一侧穿入内侧卡紧止水带的一半,另一半止水带平贴在挡头板上。

(2)待模筑混凝土凝固后拆除挡头板,将止水带靠中心钢筋拉直,然后弯曲φ10 mm钢筋卡套上止水带,继续模筑下一环混凝土。

(3)主洞环向施工缝拱墙处每12 m设置一道,仰拱处每6 m设置一道,仰拱处每间隔一道施工缝与拱墙设置在相同位置。

2.3 二次衬砌钢筋绑扎

二次衬砌钢筋在隧道环向采用φ22 mm钢筋,纵向间距20 cm,在隧道纵向采用φ14 mm钢筋,环向间距25 cm,采用φ8 mm箍筋,钢筋保护层厚度为5 cm。钢筋的搭接应顺直、绑扎应牢固,其中,钢筋绑扎检查项目包括主筋间距、两层钢筋间距、箍筋间距、绑扎搭接长度、钢筋加工,具体如表1所示。

表1 二次衬砌钢筋绑扎检查

2.4 模板安装

老土地隧道采用模板台车进行模筑混凝土的浇筑,提高了施工效率和模板的利用率。如图8所示,模板台车借助钢轨移动,台车模板包括模板面板和模板肋板,在垂直方向通过液压千斤顶和垂直支撑杆件支撑模板,在侧面通过侧向支撑杆件和丝杆千斤顶支撑模板。同时,在台车内部设置水平移动小车提高施工效率,中心标志方便进行对中。

图8 模板台车示意

2.5 台车就位

台车就位前应检查台车是否行走自如,机电系统及液压系统是否完好无缺陷,采用全站仪根据隧中线对台车中线进行校准,根据衬砌断面线对台车外轮廓进行测量。测量校准之后,进行台车就位。台车就位后现场如图9所示。

图9 模板台车就位现场

2.6 二次衬砌混凝土施工

2.6.1 浇筑

二次衬砌混凝土采用泵送入模,浇筑混凝土前,首先确定混凝土坍落度为160～200 mm。正式泵送混凝土前应先泵送水泥砂浆润滑管道,泵送应连续无间断,防止混凝土凝结堵塞管道。混凝土浇筑应对称进行,从拱脚至拱顶,保证混凝土充满模具各个角落。

2.6.2 振捣

采用附着式振捣器进行集中控制、组批启振,专职捣固人手采用插入式振动器捣固,以保证混凝土密实,浇注过程中严禁用振动棒拖拉混凝土。

2.6.3 养护与拆模

用水车将水拉入养护区内,人工喷洒,洒水时要调整开关闸阀,控制喷水压力和水量,确保二次衬砌混凝土表面全部喷洒到位。当二次衬砌混凝土强度达到5 MPa时,可进行拆模施工。为防止二次衬砌混凝土开裂,可采取措施:①合理确定分段浇筑长度和速度;②加强养护,混凝土温度变化速度不宜大于5 ℃/h。

3 结论与建议

本文对老土地隧道二次衬砌施工流程及工艺进行了介绍,得出在碎屑岩低山区浅埋隧道进行二次衬砌施工时,需要对施工工艺及关键质量点进行把控:

(1)为有效控制衬砌变形,应检查初期支护喷射厚度达到26 cm,二次衬砌浇注厚度达到50 cm,强度达到5 MPa后方可拆模。

(2)排水布置包括中心水沟、路缘水沟、横向排水管、纵向排水管和环向排水管,主洞环向施工缝拱墙处每12 m设置一道,仰拱处每6 m设置一道。

(3)二次衬砌钢筋在隧道环向采用φ22 mm钢筋,纵向间距20 cm,在隧道纵向采用φ14 mm钢筋,环向间距25 cm,采用φ8 mm箍筋,钢筋保护层厚度为5 cm。

(4)混凝土养护应对温度进行严格控制,混凝土温度变化速度不宜大于5 ℃/h。