隧道復合襯砌“工序延展循環”工法淺述

摘要：隧道施工一般依據新奧法原理，在實際施工過程中，由于隧道內施工環境較差，空氣污濁，現場技術人員及旁站監理工作不到位，極易造成隱蔽工程質量缺陷，本文介紹的復合襯砌采用“工序延展循環”施工工法（四段一區施工工法）。并將監控量測技術、數據處理和信息反饋技術應用于施工，動態修正施工方法和復合式襯砌。使隱蔽工程每個施工歷程處于直接檢測控制狀態。

關鍵詞：隧道 復合襯砌 “工序延展循環” 工法

1 工程概況

國高網長深線青州至臨沭高速公路穆陵關隧道為一座上、下行分離的六車道高速公路隧道。隧道左線長750m，右線長775m，隧道設計時速120km/h，凈寬15.76m，凈高8.78m。

隧址位于構造剝蝕低山地貌區，穿越齊長城遺址穆陵關。該隧道所處地層巖性主要為元古界花崗巖（γη1）：強-中風化花崗巖出露于隧址區進口附近人工開挖處，左隧道南洞口見強風化花崗巖出露，洞身段局部見強風化花崗巖出露，隧道在K75+910～K75+950穿過斷層破碎帶，區域穩定性較差。隧道最大埋深約52m，左右洞間距約22m。

穆陵關隧道在地質構造上屬于魯中南斷塊上升區之沂沭斷裂帶活動區，地質構造復雜多樣，巖漿活動強烈，新構造運動表現明顯，其特點是斷裂構造發育，斷裂的規模與方向不同，相互交切，把該隆起區分割為許多大小不等，形狀各異的地質塊體。本路段范圍內抗震設防烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.20g，地震動反映譜特征值為0.35～0.40s。隧址區氣候屬半干旱區，地下水類型主要為第四系松散巖類空隙潛水，基巖風化帶網狀裂隙水和基巖構造裂隙水。區內地表水系不發育，地下水對隧道施工影響較小。

2 工法背景及特點

改革開放以來，我國將交通運輸列為國民經濟發展的戰略重點之一，并得到快速發展，尤其包括高速公路、長大橋梁和公路隧道等公路基礎設施的發展更是舉世矚目。在學習國際先進技術和我國鐵路隧道建設經驗的基礎上，中國公路隧道在標準規范、計算理論、結構分析、模型試驗、材料科學、施工工藝、施工設備、施工控制、檢測技術、大型專用機械等方面綜合技術不斷進步，逐步形成了有中國特色的成套技術。但從總體上說，我國公路隧道建設技術還適應不了我國隧道發展的要求，與國外先進水平相比，還存在很大的差距。在實際施工過程中，由于隧道內施工環境較差，空氣污濁，現場技術人員及旁站監理工作不到位，施工隊伍存在蠻干、偷工減料等情況，致使部分隧道存在超欠挖嚴重，鋼拱架安裝不符合設計規范，襯砌和仰拱鋼筋數量不夠，錨桿長度、數量不足，錨桿注漿不飽滿，噴射混凝土背后空洞及鋼筋網、格柵或鋼拱架間摻加片石和異物，回彈物重新用作噴射混凝土材料，防水板、無紡布鋪墊不嚴，防水板焊接不嚴密，初期支護及襯砌厚度不夠等現象，從而導致隧道坍塌、滲漏水嚴重、襯砌開裂、界限受限等事故和病害。

施工監控量測是新奧法施工中在二次襯砌施工前的一項必須完成的工作環節，它作為調整和修改支護設計和確定二次襯砌施做時間的重要依據，有著非常重要的作用，從現場施工情況來看，施工單位對這個問題往往重視不足，大大低于對隧道中線和高程控制的力度和水平，這就對隧道工程的耐久性構成威脅。

鑒于以上隧道施工問題的存在，山東省青州至臨沭高速公路項目管理辦公室（簡稱青臨項目辦）在穆陵關隧道施工中提出了隧道施工復合襯砌“工序延展循環”施工工法（四段一區工法，即初期支護檢測合格段、土工布檢測合格段、防水板檢測合格段、鋼筋綁扎檢測合格段、二襯混凝土施工區），如下圖所示。

同時對隧道凈空、噴射混凝土厚度、襯砌混凝土厚度、噴射混凝土和襯砌混凝土背后空洞情況、錨桿長度、注漿飽滿度實施第三方檢測，洞口、鋼筋加工廠安裝監控設施，做到地下隱蔽工程始終處于“陽光”下直接檢測控制。復合襯砌“工序延展循環”施工工法具有以下特點：

①將監控量測技術、數據處理和信息反饋技術應用于施工，動態修正施工方法和復合式襯砌。

②穆陵關隧道復合襯砌為C30鋼筋混凝土結構，采用陽光施工工法（四個標準段一個施工區）施工，后續工序前始終保證有一驗收合格工序，克服了以往施工中初期支護、無紡布、防水板、二襯鋼筋均重疊驗收一段就進行二襯混凝土施工，導致質量難以控制的缺陷。

③邊墻與拱部采用一套組合模板臺車，具有費用低、效率高、混凝土外觀質量好的優點。

3 適用范圍

3.1 本工法適用于新奧法指導施工的大跨度圍巖地下通道及洞室。

3.2 本工法適用于各種埋深，Ⅳ～Ⅵ級圍巖的大跨隧道和類似跨度與圍巖的鐵路隧道、公路隧道、城市地鐵、地下停車場等各種洞室。

4 工藝原理

4.1 以巖體力學理論為基礎，監控量測為依據，采用新奧法原理，針對圍巖軟弱的特點，經監控數據反饋，合理確定復合襯砌施工時間及各工序之間的關系。

4.2 利用監控位移反分析法及初支鋼筋軸力、圍巖應力、二襯鋼筋軸力、二襯接觸壓應力的量測結果指導施工。

5 機具設備

施工機具設備配備見表1。

二次襯砌施工機械配備表 表1

6 勞動組織

勞動組織詳細情況見表2。

7 二次襯砌施工

7.1 施工監控量測

為確保二次襯砌施工質量，在二襯施工前對隧道各項指標進行監控量測。

圍巖穩定性應變基準：各測試項目顯示位移速度明顯減緩并已基本穩定；各項位移已達到預計位移量的80～90％（預計位移量可通過回歸分析得到）；水平位移收斂速度小于0.10～0.2mm/d；拱頂下沉位移速度為0.1mm/天時可以認為圍巖已基本穩定。對Ⅳ、Ⅴ級圍巖，應根據量測結果確定二次襯砌施作的適當時間，施作過早可能使二次襯砌承受過大的荷載。

7.2 二次襯砌施工

隧道二次襯砌前的各項工序均為隱蔽性工程，為使隱蔽工程始終處于直接檢測狀態下施工，確保隧道施工質量時刻處于監控之中，建設、監理人員建立復合襯砌“工序延展循環”施工工法施工管理制度，（初期支護檢測合格段、土工布檢測合格段、防水板檢測合格段、鋼筋綁扎檢測合格段、二襯混凝土施工區），每道工序質量得到有效控制，打造隧道施工的亮點工程。

隧道暗洞均采用復合式襯砌，明洞采用明洞襯砌結構。襯砌結構按相應圍巖級別確定。隧道均采用內輪廓完全相同的曲墻式襯砌，襯砌采用9m長液壓襯砌臺車配合輸送泵進行施工，混凝土由洞外混凝土拌合站集中生產，混凝土罐車組織運輸，泵送入模。

7.2.1 初期支護檢測

初期支護施工完畢首先檢查噴射混凝土層厚度，欠厚及凹凸不平部位進行補噴找平，滲水比較嚴重部位安裝Ω型彈簧排水管引水至縱向排水管，割掉外露的錨桿頭和鋼筋頭、鐵絲等，安裝環向φ50彈簧軟式透水管及PVC縱向排水管，初期支護檢測合格后準備鋪設防水層。

初期支護檢測合格段初期支護厚度檢測

7.2.2 土工布施工

為防止防水板被凸起噴層擠破并利于濾水，在防水板和混凝土噴層之間設置400g/m2土工布濾水層對防水板起保護作用，土工布掛設從拱頂中心向兩邊拱腳、邊墻對稱固定，從上至下將土工布和襯墊用射釘槍一并固定在噴射混凝土面上，射釘間距1.0m梅花形布置，固定釘距邊緣5cm。下部半包縱向排水管，固定牢固。

7.2.3 防水板掛設

在隧道噴射混凝土面上測畫出隧道中線及防水板的搭接線。防水板鋪設在鋪設臺架上進行，防水板從隧道中線向兩側鋪設，用自動爬行手動熱焊器將防水板熔焊在襯墊上，同時將防水板焊成整體，緊貼初期支護，并適當留有余地，防止灌注混凝土時擠裂拉壞防水板。防水板之間互相搭接10cm，搭接原則是：邊墻壓拱部，下游壓上游。在二襯混凝土進行時，在邊墻腳位置留足夠長的防水板以利搭接。防水板的鋪設要緊貼初期支護，并適當留有余地，不可拉得太緊，防止灌注混凝土時擠裂拉壞防水板。焊縫完成后進行質量檢查，采用充氣法對焊縫質量進行檢查，有空隙應進行補焊，直到完全合格。混凝土震搗時，振動器不可碰到防水板。

地下工程滲水幾乎是工程界的通病，設計時一般會設多道防線，但防水效果往往取決于施工的方法，技術水平，而不僅在于選材，認真抓好工序的每一個環節，會比多設一道防線效果好。滲水是隧道運營中難以解決的問題，排水盲管不便于維護，本隧道在橫向排水管與縱向排水管接頭處預留洞室，增加三通接頭，利于以后疏通橫向排水管。

防水板檢測合格段 三通檢查孔照片

7.2.4 鋼筋加工與綁扎

鋼筋按要求在洞外鋼筋加工場地內加工，運料車運輸到現場，在臺車上人工安裝綁扎。根據測量控制點先扎外層環向定位鋼筋，用縱向筋將定位鋼筋連接后，以縱向筋作為其他環向筋安扎依據，扎完外層后再用相同方法安扎內層鋼筋，并及時將內外層鋼筋用蹬筋連接，電弧焊點焊，以加強整體剛度。鋼筋安設完成后，按中線標高進行輪廓尺寸檢查，合格后于內層鋼筋掛設5cm厚砂漿墊塊，以確保混凝土灌注后鋼筋保護層厚度。鋼筋綁扎時，嚴禁損傷防水板，鋼筋焊接時，用防火板對防水板進行遮攔，以防燒傷防水板。

7.2.5 混凝土施工

正洞襯砌段落模板臺車采用模板接頭加硬橡膠間隙帶，防止二襯混凝土澆注段施工接頭處漏漿?；炷凉嘧⑼ㄟ^灌注窗口，自下而上，從已灌段接頭處向未灌方向，水平分層對稱澆灌，邊澆邊搗，層厚不超過40cm，相鄰兩層澆注時間不超過1.5小時，確保上下層混凝土在初凝前結合好，不形成施工冷縫，混凝土垂直自由下落高度控制不超過2m，搗固采用附著式振搗器配合插入式振搗器，安排專人負責，保證混凝土襯砌內實外美。減少二襯混凝土表面的氣泡，采取堵頭板分層設排水孔排出泌漿水的措施，混凝土在振搗過程中，產生泌漿水，容易粘在模板上形成混凝土表面的氣泡。在堵頭板上沿豎向每20～30cm設可以封閉的孔（φ10～14的螺釘孔即可），澆注時根據混凝土的層面，依序打開孔排水，排完水及時封孔。

二次襯砌施工工藝流程如下圖：

工藝方法：

復檢鋼筋：臺車就位前按照用儀器測放的隧道中線及標高對已安扎好的鋼筋再次進行結構尺寸檢查，看鋼筋位置是否正確，保護層能否滿足要求，環向主筋內外面是否已安設混凝土保護層墊塊，只有符合要求后才能進行臺車就位。

臺車就位：根據放線位置，移動臺車就位。臺車就位后，按要求檢查臺車位置、尺寸、方向、標高、坡度、穩定性，符合要求后，并安設好擋頭模板，接頭止水帶，再進行合格檢驗和經監理工程師簽證，方可灌注二襯混凝土。

混凝土灌注：灌注邊拱混凝土時，應由下向上對稱灌注，兩側同時或交替進行，邊墻部位混凝土應采取埋管式澆注，由液壓泵直接頂壓入模，擠壓頂升式澆注。拱部先采取退出式澆注，最后用壓入式封頂?；炷劣貌迦胧秸駬v器搗固，安排專人負責，保證混凝土內部密實，外部光滑。要配足備用搗固機具，防止因搗固機具發生故障，造成漏搗或搗固不實?；炷凉嘧⒈仨氝B續進行，因故不能連續灌注，間歇時間超過混凝土初凝時間時，必須按規定進行接茬處理。

拆模養護：當邊墻、拱部混凝土強度達到5MPa時，方可拆模，拆模時間不可過早。拆模后及時進行灑水養護，養護時間不少于七天。

襯砌厚度、密實度及外觀檢測方法:襯砌外觀要目測平順光滑，無蜂窩麻面。斷面尺寸及中線、高程用鋼尺配合經緯儀、水平儀量測，內輪廓必須符合設計要求。襯砌厚度檢查采用雷達檢測。密實度檢查可采用混凝土回彈儀，其強度檢查采用同期制作混凝土試件，做抗壓強度試驗。

二次襯砌施工區 二次襯砌厚度檢測

8 質量控制

本工法除執行施工設計圖紙等文件的有關技術要求，執行《公路隧道施工及驗收規范》、《鋼筋混凝土工程施工及驗收規范》（TBJ204-83）外，尚應注意以下質量標準：

錨桿要求：外露錨桿均以切除，保證錨桿端頭低于初期支護輪廓線，防止錨桿頂壞防水板。

土工布、防水板：平整度、松弛度滿足要求，以免澆注混凝土時拉裂、拉壞防水板。

鋼筋工程：按照圖紙設計綁扎，為便于二襯混凝土振搗適當加大外側鋼筋保厚度。

初噴混凝土達到設計厚度，外表面顏色一致、平順、無局部突起、無蜂窩、麻面現象，強度合格。

二次襯砌嚴格按照五個工作面法施工，四個檢測合格段一個二襯施工區。

9 結束語

二次襯砌施工中由于使用了定型模板臺車，既保證了混凝土的外觀質量，解決了各工序的干擾問題，又加快了襯砌速度。

二次襯砌采用復合襯砌“工序延展循環”施工工法，節約了混凝土澆注前各項指標檢測時間，加快了施工進度。

隧道復合襯砌“工序延展循環”施工法解決了隱蔽工程施工質量難于控制的瓶頸，使工程質量得到有效控制。

參考文獻：

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文