公路隧道裝配式襯砌研究進展及工程應用

顏波

摘 要：文章依托河惠莞高速公路半嶂隧道工程，探索在公路隧道中實施裝配式襯砌，通過分析計算，合理劃分襯砌分塊，對比不同接頭的受力情況，并展開試驗段研究，在保證隧道施工安全與質量、提高機械化水平和工廠預制化等方面取得良好效果。

關鍵詞：裝配式襯砌 工廠化 接頭型式

1.傳統(tǒng)二次襯砌施工的缺點

傳統(tǒng)的隧道二襯施工采用現場人工綁扎鋼筋和二襯臺車現澆混凝土的方式進行，由于受二襯臺車缺乏設計制作標準、現場施工養(yǎng)護環(huán)境差等因素影響，二襯施工多存在拱頂空洞與不密實帶、預留預埋不規(guī)范、強度與外觀差等質量問題，且傳統(tǒng)二襯施工工序繁多，對熟練工人要求高，往往會造成施工速度慢、襯砌無法及時承載、材料和人工成本高昂等問題。

2.裝配式襯砌施工的優(yōu)點

2.1提高施工質量，保證施工安全

傳統(tǒng)的隧道二襯施工，往往存在注漿不密實、振搗不到位、養(yǎng)護不及時和拆模過早等現象，導致二襯出現空洞、開裂，嚴重者甚至造成隧道塌方，嚴重影響隧道工程質量和安全。而采用裝配式襯砌結構，二襯管片采用工廠化集中預制、運輸和安裝，可以嚴格保證二襯的施工質量，從而提高隧道的整體施工質量和安全。

2.2簡化施工工序，加快施工進度

傳統(tǒng)隧道二次襯砌施工需經現場綁扎鋼筋、防水板鋪設、止水帶安裝、混凝土澆筑和養(yǎng)護等多道工序，嚴重制約隧道施工進度。而采用預制裝配式襯砌結構，將提前預制好的襯砌管片吊裝成環(huán)，不需要養(yǎng)生，即可承載，因此省去了諸多工序，可顯著提高隧道施工進度。

2.3提高施工機械化，促進施工工廠化

預制裝配式襯砌采用工廠集中批量生產，養(yǎng)護期滿運至現場進行機械拼裝，可大大減少現場施工作業(yè)人員數量，降低對熟練工人的依賴程度，提高機械化施工水平，符合施工工廠化的技術發(fā)展趨勢。

2.4提高營運隧道搶險效率，減少人員生命財產損失

隧道營運期由于自然災害或交通事故等引起的隧道塌方往往是應急搶險的難點，而裝配式襯砌由于其襯砌管片質量可靠、機械化施工效率高、一經拼裝立即承載等優(yōu)點使得在搶險救援中可搶占更多先機，減少生命財產損失，盡早恢復隧道安全暢通運營，因此裝配式襯砌技術在營運期隧道的應急搶險中具有廣闊的應用前景。

3.裝配式襯砌研究重點

3.1襯砌管片的設計、制作與吊裝

襯砌管片的設計，主要體現在分塊的標準化上，根據不同隧道斷面制定相應的管片分塊標準，從而實現拼裝結構的通用性和可復制性；襯砌管片的制作主要在于確保管片的制作精度，包括形狀、尺寸、預留預埋等，以便管片能準確順利地按照設計進行拼裝；而裝配式襯砌施工質量的另一個關鍵在于吊裝工藝，如何把不同型號的管片準確拼裝到位，關系到襯砌結構的強度、耐久性和防排水效果。

3.2背后填充注漿

管片背后填充注漿的關鍵在于選取合適的注漿材料與注漿工藝，首先要確定初期支護與管片間空隙，進而選定合適的注漿材料，根據管片間空隙和注漿材料設計相應的注漿工藝、邊界封堵，從而確保注漿時少跑漿和注漿密實，不出現空殼現象。

3.3襯砌管片連接

管片的連接方式是否合理直接關系到襯砌管片的防水效果。管片連接結構形式主要有螺栓連接結構、鉸接結構、銷接結構、楔接結構和榫接結構等形式，可根據管片的連接要求和各種連接結構形式的特點進行合理選擇。

3.4襯砌管片防水

裝配式襯砌結構的出水點主要有管片自身細微裂縫、管片接縫、注漿孔和管片連接孔道等，因此襯砌結構防水任務繁重，應綜合考慮管片自身縫隙防水和管片背后注漿以及防水層等方法進行綜合處置。管片接縫防水是襯砌結構防水的重中之重，通常采用的方法是在管片接頭密封槽中粘密封材料，一般以水膨脹性材料為主。

結合以上特點，裝配式襯砌具有施工效率高，襯砌質量好，承載及時和施工環(huán)境友好等優(yōu)點，并且裝配式襯砌自身的各種接頭天然的增加了隧道柔性。同時，裝配式襯砌可以更好的適應施工機械化及預制工廠化的要求，應用前景非常可觀。因此，很有必要結合新的施工理念對公路隧道裝配式襯砌進行一定的研究，解決目前工程建設中的速度、質量、效益的問題。

4.裝配式襯砌研究進展

4.1襯砌力學性能研究

管片的接縫是襯砌結構的強度短板，其承載能力直接影響著隧道整體的承載能力。通過數值模擬方法研究不同分塊及接頭型式下襯砌的力學性能，包括襯砌內力、結構縱向剛度、圍巖差異變形適應能力。

在精細化模型研究基礎上，優(yōu)選出3種接頭設計型式（見圖1～圖3），開展室內接縫抗彎試驗，對模型進行驗證，最終確定接縫接頭型式。

通過研究對比不同襯砌接頭結構形式的受力性能及施工特點，選定了采用彎螺栓連接方式進行襯砌接縫連接，襯砌環(huán)設13個環(huán)縫連接螺栓，沿圓均勻布置，相鄰管片塊及管片與底座環(huán)向用2個螺栓連接，共16個縱縫連接螺栓。

4.2管片壁后填充

初襯與二襯管片之間預留10cm的空隙，在管片拼裝成環(huán)后及時進行壁后吹填豆礫石并灌注水泥漿進行壁后充填。豆礫石經皮帶機運送至豆礫石泵，由壓縮空氣填充至管片背后。因管片與初襯斷面間隙較大，在管片背后及時充填豆礫石，可有效避免管片沉降及側向錯動現象，如圖4所示為豆礫石填充工作原理圖。

4.3襯砌管片防水

襯砌管片外弧側面，沿管片四周設置一道封閉的防水彈性密封墊；襯砌管片內弧側，在預留的嵌縫槽內進行嵌縫密封。管片防水膠條的擠壓力由管片螺栓提供，管片螺栓預緊后，可保證管片防水膠條滿足隧道防水要求。

4.4現場施工模式

由于公路隧道斷面較大，直接采用同步開挖襯砌的施工方式難度較大，故選取TJ16合同段半嶂隧道YK142+900～YK143+200的300m試驗段，開挖初支完成后再進行二次襯砌拼裝。設備始發(fā)時需在洞口做圈梁，作為初環(huán)管片安裝定位基準。設備出洞后，最后一段需進行混凝土現澆。

4.5管片拼裝整機

管片襯砌結構強度、耐久性和防排水效果的優(yōu)劣關鍵在于拼裝設備，現階段本研究項目的重點在于研發(fā)一種適用性廣、拼裝精度高和工作高效的裝配式襯砌拼裝設備。

管片拼裝整機主要由牽引車、管片拼裝機、管片吊運系統(tǒng)、空壓機組件、水系統(tǒng)、后配套拖車、液壓泵站、注漿系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、注豆粒石系統(tǒng)組成。

5.結束語

綜上所述，近些年我國公路隧道在大發(fā)展期間暴露出了很多技術和質量問題，發(fā)展公路隧道裝配式襯砌結構、提高襯砌預制化程度，對于公路隧道提高機械化程度、提升工程品質和施工安全性等極具現實的研究意義，有著非常廣闊的研究前景。

參考文獻：

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