公路隧道襯砌結構及二次襯砌施工要點分析

劉 健

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

公路隧道襯砌結構及二次襯砌施工要點分析

劉 健

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

介紹了隧道襯砌的五種結構類型，以復合式襯砌為例，分析了二次襯砌施工的要點，并從襯砌臺車施工、鋼筋制作焊接、混合料拌制、運輸、拆模、養生等方面作了闡述，以保證隧道的安全性。

隧道，襯砌，施工

0 引言

我國自進入21世紀以來，公路隧道建設取得了日新月異的成就。據統計，截止2013年年底，我國公路隧道總數共計11 359座，隧道總長度為9 606 km。隨著我國基礎設施建設向中西部地區轉移，無論是公路隧道建設規模,還是建設速度,都位居世界第一，且呈現出逐年快速增長的趨勢，年均增長率在20%以上。特別是隨著一大批重大工程的相繼建成，如秦嶺終南山隧道、上海崇明隧橋、廈門翔安海底隧道等，均表明我國的特大型公路隧道建設水平已接近國際先進水平，部分已達到國際領先水平。

在隧道結構中，隧道襯砌的作用在于承受圍巖和地下水壓力和支護結構自重，有效防止圍巖向隧道內變形和風化，保證隧道的穩定性和運營的安全性。在一些工程中，隧道襯砌還具有承受化學侵蝕和凍害影響等的功能。因此，確保襯砌施工中的質量關，是保證隧道使用年限長久的關鍵。

在公路隧道施工中，二次襯砌是一種作為安全儲備的重要的工程措施。二次襯砌是使用混凝土等材料修建的內層襯砌，應做到內實外美，顏色均勻，表面圓順，無銹跡和麻面。二次襯砌對隧道的內壁能夠起到有效的加固支護，保證隧道在運營使用中的穩定、安全、美觀。

1 隧道襯砌結構類型

在隧道工程中，按設計和施工要求，合理選擇適用的襯砌結構，確保隧道使用年限的長久。在隧道施工中，常用的襯砌結構主要有五種類型，分別為噴錨襯砌、整體襯砌、復合襯砌、裝配式襯砌和連拱式襯砌。常見的襯砌類型及使用范圍分別如表1所示。

表1 常見的襯砌類型及使用范圍

1)噴錨襯砌。

噴射混凝土是利用空壓機將混凝土混合料直接噴射到隧道圍巖表面上，確保巖面實現有效封閉，具有的加固和填充效果顯著。該法的特點在于充分發揮圍巖自身的承載性能，通過顯著提升其整體性來避免圍巖應力的集中，防止出現變形、掉塊和坍塌等現象。

錨桿是一種錨固在巖體內部的桿狀體鋼筋，與巖體融為一體，起到加固圍巖、維護圍巖穩定的目的。利用錨桿的懸吊作用、組合拱作用、減跨作用、擠壓加固作用，將圍巖中的節理、裂隙竄成一體，提高圍巖的整體性，改善圍巖的力學性能，從而發揮圍巖的自承能力。錨桿支護不僅對硬質圍巖，而且對軟質圍巖也能起到良好的支護效果。

2)整體式襯砌。

這是一種比較傳統的支護結構形式。該法的特點在于不考慮圍巖自身的承載性能，對于地層、圍巖等的變形主要通過襯砌結構來承擔，確保襯砌結構具有顯著的剛度來支撐圍巖，承受其壓力。

整體式襯砌采用就地整體模筑混凝土襯砌，可設計為等截面或變截面，通過在隧道內架立模板、拱架，然后澆筑混凝土而成。該法適用于不同的地質條件，在我國隧道工程中廣泛使用。

3)復合式襯砌。

主要由初期支護、二次襯砌和中間防水層等結構組成。該法適合多種地質條件，技術較為成熟，是我國目前公路隧道最好的襯砌結構形式。

在初期支護中，選擇使用噴錨支護是一種有效、及時的支護方式。該法具有的柔性特征，使得其在一定程度上具有隨圍巖變形而變形的特點，這對發揮圍巖自身的承載性能具有重要意義。在二次襯砌中，一般選擇使用剛度較大、整體性好和外觀平順的鋼筋混凝土襯砌。為確保隧道的穩定、安全和美觀，在二次襯砌施工中，襯砌截面應符合連接圓順、等厚的要求，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。

在隧道襯砌結構施工中，為確保隧道運營的安全和長久，應預留一定的圍巖變形來釋放集中的部分應力，以將襯砌所承受的變形壓力降至最低。預留變形量的大小應根據圍巖地質條件，采用工程類比法確定。

4)裝配式襯砌。

目前基本限于使用盾構法施工的城市地下鐵道中應用。該法是先將襯砌批量生產，再運入坑道拼裝成型。其特點在于組裝成型后即可承受荷載，不需要進行養生，能夠有效縮短工期，克服了整體式混凝土襯砌在灌注后不能立即承受圍巖壓力，必須經過一個養生的時期，施工進度受影響的缺點。但該法需要坑道內具有足夠的拼裝空間，制備構件尺寸上要求一定的精度，接縫多容易導致防水困難。

5)連拱式襯砌。

該法的特點在于將兩隧道間相鄰的邊墻連成一個整體，一般是使用鋼筋混凝土結構來代替兩隧道之間的巖體，是一種雙洞拱墻相連的結構形式。

在公路隧道中，復合式襯砌是最常用的襯砌結構，二次襯砌是對圍巖施加的二次剛性支護。隨著我國經濟持續穩定的發展，高速公路隧道工程對二次襯砌質量提出更高的要求，特別是防水等級必須達到一級防水。二次襯砌不僅必須滿足結構安全使用，美觀的要求，還不允許滲水，表面無濕漬，且必須具有強度高、耐久性好等性能。

2 隧道的二次襯砌施工要點

隧道二次襯砌的施工質量控制十分重要，是確保隧道安全運行的重要結構，在高速公路建設中占據舉足輕重的位置。在本文中，以使用整體式液壓襯砌臺車以及混凝土泵送入模澆筑法施工為例，進行二次襯砌施工的介紹。

在施工前，先對初期支護質量和凈空斷面檢測，只有在初期支護質量符合設計和規范要求，當圍巖和初期支護變形基本穩定，隧道周邊變形速率明顯趨于減緩，初期支護表面裂隙不再繼續發展，且斷面凈空能保證二襯厚度的情況下才能進行二襯施工。

2.1 襯砌臺車

在隧道主洞二次襯砌施工中，選擇采用整體式全斷面鋼模液壓襯砌臺車進行施工。應根據路線半徑合理確定襯砌臺車長度，一般為8 m～12 m。為防止臺車變形，其面板鋼板的厚度應不小于1 cm，使用自制鋼模和木模作為臺車的擋頭模。臺車拱部提升液壓應具有鎖定和定性支撐裝置，這避免出現拱部混凝土澆筑時的下沉現象。為確保施工質量和安全，應確保門框架與面板間的撐鋼數量和其剛性。為防止門框架出現的向內變形，應做好門框架的傾斜支撐，必要時設置縱梁間的橫向支撐。

2.2 鋼筋制作及焊接

在洞外按設計要求進行鋼筋加工。選擇一塊較平整場地作為鋼筋加工棚進行鋼筋冷拉作業。在鋼筋加工棚內，按照鋼筋的設計規格和要求放出大樣，然后進行下料施工。將加工成型的鋼筋運進洞內按設計要求進行綁扎，并進行焊接作業。使用閃光對焊或搭接焊進行螺紋鋼筋的焊接，按要求進行一些輔助設施的焊接可在平臺上進行。

2.3 混合料拌制

混合料拌制采用拌合樓集中拌制的方式。為確保混凝土質量，確保原材料質量符合配合比要求，進料裝置必須具有全自動計重功能，以便實時監控進料狀況。在拌合過程中，應指定專人進行原材料進料質量控制，確保進料偏差符合設計要求。

在原材料拌合前，應實時監控粗細骨料含水量變化情況，以便對混合料配合比及時進行調整。為保證混凝土入模溫度符合設計要求，可通過在原料堆放場搭設遮陽棚、使用低溫水進行攪拌等措施使得拌合物溫度有效降低。

進行攪拌作業時，先按設計要求將一定量的細骨料、水泥、礦物料和添加劑投入后進行攪拌。待攪拌均勻后，再加入適量的水進行充分攪拌均勻。最后加入一定量的粗骨料攪拌均勻即可。攪拌過程中的關鍵在于攪拌時間控制。在施工中每一階段要求的攪拌時間不得少于30 s，總攪拌時間控制在2 min～3 min為宜。

2.4 混合料運輸與澆筑

制備好的混合料采用運輸罐車運送至施工現場的方式，運送至施工現場的混合料應具有良好的施工和易性。為確保施工質量，應避免混合料在運輸途中出現離析和漏漿。否則，在混合料入模前，應啟動罐車重新進行拌和。

混合料采用泵送入模的方式進行澆筑。在澆筑前，為有效減少脫模時的黏粘，應在鋼模外表面均勻涂抹一層脫模劑。在澆筑順序上，按照“先下后上，左右同步”的原則，先從兩側的最下排工作窗口同步進行，待澆筑平齊至工作窗口時，關閉最下排窗口，再進行兩側的第二排的灌注，依次類推，直至拱頂輸料管處關閉閥門進行封頂。

澆筑作業應連續進行，應盡量縮短施工間隔時間。當施工間隔時間在2 h及以上的，則需要按照澆筑中斷，必須進行工作縫處理。

采用插入式振搗棒進行振搗作業，按“快插慢拔”的原則進行，每次(插拔一次算一次)的振搗時間控制在10 s～30 s為宜。在施工中，振搗棒應等距插入，以避免出現漏搗和過搗。為確保襯砌結構的整體性，前后兩次振搗的作用范圍應具有一定的重疊，以確保振搗效果。混凝土分層澆筑時，為確保振搗的密實性，要求澆筑層厚不得超過棒長的1.25倍，且振搗棒插入下層的深度不得少于5 cm。在振搗過程中，嚴禁振搗棒碰觸鋼筋和模板。

2.5 拆模

二次襯砌施工是在初期支護變形穩定后進行的，要進行拆模作業，則要求混凝土強度達到8 MPa以上時方可進行。若初期支護尚未穩定就進行二次襯砌施工的，要進行拆模作業，則要求混凝土強度達到設計強度100%以上方可進行。在特殊情況下，拆模時間也可以根據試驗及監測結果合理確定。混凝土拆模后，應防止施工中的其他作業碰撞襯砌表面。

2.6 養生

拆模后應立即進行混凝土的不間斷養生。在養護期間，要求其內部溫度控制在60 ℃～65 ℃為宜。做好養護期間溫度監測和控制，要求混凝土內部與表面、表面與環境之間的溫度差均應控制在20 ℃左右，要求養護用水與混凝土表面的溫度差控制在15 ℃以內。

3 結語

在公路隧道工程中，只有做好隧洞的襯砌工作,才能保證工程質量。在我國，復合式襯砌是最常用的襯砌結構。在施工中，做好二次襯砌施工質量控制十分重要，在公路建設中占舉足輕重的位置。在隧道二次襯砌施工過程中，嚴格落實施工工藝和流程，堅持做好過程控制，實現對隧道二襯施工質量的有效控制，取得良好的社會效益和經濟效益。

[1] 王修偉.淺談隧道二次襯砌施工質量控制措施[J].科技視界，2014(1)：86.

[2] 李建生.淺談隧道快速襯砌模板臺車施工技術[J].攀枝花學院學報(綜合版)，2013(1)：98-99.

[3] 陳建勛,李建安.公路隧道二次襯砌厚度的優化[J].交通運輸工程學報，2006(3)：263.

Analysis on highway tunnel lining structure and secondary lining construction key points

Liu Jian

(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupLimitedCompany,Jinzhong030600,China)

This paper introduced five kinds of tunnel lining structure types, taking the complex lining for example, analyzed the main points of secondary lining construction, and from lining shutter construction, steel welding, mixture mixing, transport, form stripping, health maintenance and other aspects made elaboration, to ensure the safety of tunnel.

tunnel, lining, construction

2015-08-20

劉 健(1983- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0162-02

U455.91

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