隧道二次襯砌混凝土施工技術(shù)要點分析

楊 龍 飛

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，山西 太原 030012)

1 隧道二次襯砌的作用

相比于初襯結(jié)構(gòu)，隧道二襯對工程質(zhì)量影響更大，其作用因圍巖級別不同而存在差異。對于一級穩(wěn)定圍巖，由于其結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，施工過程中初襯結(jié)構(gòu)與圍巖變形系數(shù)較小，此時二襯則以隧道防水、安全儲備以及美化外觀為主要作用，基本不用承受圍巖壓力；對于二級硬質(zhì)圍巖，雖然初襯結(jié)構(gòu)與圍巖變形系數(shù)同樣較小，并且也無需承受較大圍巖壓力，但在具體施工中出于錨桿鋼筋銹蝕的考慮，容易導(dǎo)致初襯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，因此該類圍巖中隧道二襯以提升支護(hù)襯砌的安全性為主要目的。

2 隧道二次襯砌混凝土施工要點

2.1 施工方法

根據(jù)工程實際與經(jīng)典支護(hù)理論，隧道二襯施工是以初襯支護(hù)為基礎(chǔ)，施工技術(shù)表現(xiàn)復(fù)雜。對于二襯混凝土施工，由于其前提是初襯結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定，因此混凝土澆筑通常采用順作法(即由下至上、先墻后拱)連續(xù)灌注。

2.2 施工時間

作為隧道二襯混凝土施工的重要參數(shù)，施工時間的確定對工程整體質(zhì)量影響重大。通常情況下，二襯混凝土施工應(yīng)在錨噴支護(hù)(初襯)與圍巖變形基本穩(wěn)定后實施，而噴錨支護(hù)與圍巖穩(wěn)定的判定需滿足3個條件：1)圍巖變形速率減緩趨勢明顯；2)拱腳附近水平收斂量應(yīng)小于0.2 mm/d；3)已產(chǎn)生位移至少達(dá)到80%總位移量。其中，位移速率與位移量是以械式收斂計實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，同時基于安全性考慮，拱頂下沉速度與水平位移應(yīng)為不少于7 d的實測平均值，而利用回歸分析法則可計算出總位移量。

2.3 混凝土施工

1)仰拱混凝土。基于混凝土流動性與密實度的保證，隧道仰拱施工宜使用坍落度為120 mm～140 mm的混凝土，并且采用插入式振搗器振搗，其過程應(yīng)防止對背貼式止水帶和防水層造成破壞。作為非承重結(jié)構(gòu)，仰拱混凝土澆筑完成在強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時便可拆模，覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)時間不得少于14 d(有防水要求)。

2)拱墻混凝土。拱墻混凝土坍落度宜為140 mm～160 mm之間，采用粒徑為5 mm～20 mm級配良好的碎石作為粗集料，中砂為細(xì)集料。拱墻混凝土施工應(yīng)由下至上分層(分層厚度不大于400 mm)對稱澆筑，采用平板式與插入式振搗器組合的方式實施振搗，同時為保證混凝土接縫質(zhì)量和便于排氣，澆筑作業(yè)應(yīng)從施工段開始。混凝土澆筑過程中應(yīng)控制好放料、停料及振搗時機(jī)，尤其以混凝土泵滿后剎尖停泵時機(jī)為重點控制，不得強(qiáng)行泵送，以防將模板臺車壓垮。

3)拱頂混凝土。拱頂混凝土的施工，混凝土通過泵送軟管(泵送壓力不宜大于0.5 MPa)由模板臺車的進(jìn)料窗口由低至高逐級注入，當(dāng)混凝土澆筑面接近頂部時，實施封頂處理，同時在堵頭上端安裝兩個φ50 mm的排氣管(采用膠管或塑料管等輕質(zhì)管，以防沉入混凝土中)，以確保倉內(nèi)空氣可以順利排除。混凝土澆筑過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)排氣管中有水(實為混凝土表層稀漿或離析水)流出時，即已表明灌注飽滿，此時立即停止泵送作業(yè)并撤出泵送軟管與排氣管，最后堵死圓孔即可。混凝土封頂過程中，為便于空氣排除，提升灌注密實度，應(yīng)盡量從內(nèi)向端模方向?qū)嵤┕嘧ⅰ?/p>

2.4 回填壓漿

一般情況下，隧道二襯結(jié)構(gòu)背后回填注漿應(yīng)在二襯混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后進(jìn)行，注漿材料采用1∶1水泥凈漿，注漿壓力在0.05 MPa～0.1 MPa之間，終壓宜為0.2 MPa。縱向注漿管宜采用管徑為20 mm～42 mm的PE管(聚乙烯管)，縱向間距結(jié)合施工縫位置按3 m～5 m控制，在防水板敷設(shè)完成后膠粘于拱頂模筑襯砌外緣、防水板內(nèi)側(cè)，兩端分別連接于事先預(yù)設(shè)的鍍鋅鋼管(管徑根據(jù)注漿管管徑確定)注漿口。同時為便于連接，鍍鋅鋼管注漿口相對襯砌內(nèi)緣應(yīng)外露30 mm～50 mm。注漿完成后對于局部空洞部位應(yīng)采用無損檢測手段(如探地雷達(dá))檢測出來后進(jìn)行個別鉆孔壓漿。

3 隧道二次襯砌混凝土施工注意事項

3.1 混凝土收縮

混凝土收縮分為干收縮與自收縮兩種形式，其主要病害是使隧道二襯結(jié)構(gòu)因開裂而出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。干收縮是指混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，處于干燥或高溫環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)因內(nèi)部毛細(xì)孔和混膠孔吸附水的喪失而引起的體積收縮現(xiàn)象；而自收縮則是在恒溫絕濕條件下，混凝土因膠凝材料(如水泥、粉煤灰等)水化作用所造成的自身收縮現(xiàn)象，二者均會不同程度的引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。研究表明：當(dāng)混凝土中W/C(水灰比)<0.35時，干收縮與自收縮程度基本相同；而當(dāng)W/C>0.5時，混凝土以干收縮為主，自收縮則可忽略不計。故此，對于隧道二襯結(jié)構(gòu)裂縫的防治，施工過程中應(yīng)以混凝土干收縮(所占比例較大)為重點控制。

混凝土干收縮為不可逆收縮，其對結(jié)構(gòu)開裂影響嚴(yán)重。在混凝土環(huán)境濕度降低情況下，毛細(xì)管水因蒸發(fā)作用而使臨界半徑減小，管道負(fù)壓增大，從而造成混凝土因管壁壓應(yīng)力產(chǎn)生而發(fā)生收縮。由于隧道二襯施工大多采用大流動性泵送混凝土，澆筑完成后早期含水量較大且失水較快，而此時混凝土強(qiáng)度極低，如若養(yǎng)護(hù)不及時，極易因毛細(xì)管負(fù)壓迅速增加而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，這也是隧道二襯結(jié)構(gòu)通常在拆模后出現(xiàn)裂縫的原因所在，因此，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施對于隧道二襯結(jié)構(gòu)裂縫的控制極為重要。

此外，混凝土干收縮程度還與其配合比密切相關(guān)，水泥用量大、水灰比較高、砂率較大時，均可加大混凝土收縮量，當(dāng)然，混凝土徐變也會隨之變化并對其變形性能產(chǎn)生影響，從某種程度而言，混凝土徐變的增加對其收縮危害具有一定的緩解作用。但需注意的是，混凝土收縮與徐變的影響因素并非完全一致，當(dāng)混凝土水泥用量增加時，收縮增加而徐變減小，這將使混凝土開裂機(jī)率極大的提升。

3.2 混凝土溫裂

溫度對混凝土的影響主要表現(xiàn)為環(huán)境溫度與混凝土內(nèi)部水化熱引起的溫升兩個方面。具體為：

1)環(huán)境溫度。對于地下結(jié)構(gòu)而言，由于氣候?qū)ζ溆绊戄^小，因此通常可以忽略環(huán)境溫度的影響，但是對于短隧道和中長隧道洞口來說，環(huán)境溫度對二襯結(jié)構(gòu)混凝土影響較大，尤其是夏季高溫與冬季寒冷季節(jié)，混凝土熱脹冷縮現(xiàn)象明顯，極易造成二襯結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂病害；

2)水化熱溫升。隨著大流動性泵送混凝土在隧道二襯結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用和混凝土強(qiáng)度等級的提升，加之人為主觀“強(qiáng)度等級越高越安全,就高不就低”思想的影響，均使混凝土中水泥用量不斷增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)因水化熱提高、散熱集中而出現(xiàn)溫度裂縫。對于水泥標(biāo)準(zhǔn)的控制，國家在GB 175—2007通用硅酸鹽水泥中給予了規(guī)定，并對水泥強(qiáng)度要求更嚴(yán)(提高了等級)，而國內(nèi)水泥市場供大于求,部分生產(chǎn)廠家為提升市場競爭力，采用高強(qiáng)度等級作為低強(qiáng)度等級出售，使水泥細(xì)度與早期水化熱提高。近年來，隧道二襯與建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)混凝土開裂現(xiàn)象逐年增加，水化熱以及溫度變化已成為影響混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要因素之一。

4 結(jié)語

基于隧道二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與抗?jié)B性能的提升，對于混凝土裂縫的防治，本文建議性提出以下3點措施：

1)當(dāng)襯砌厚度大于500 mm時，應(yīng)按大體積結(jié)構(gòu)考慮，綜合分析水化熱對混凝土結(jié)構(gòu)的影響；2)除不利受力影響外，泵送大流動性混凝土的施工工藝、配合比、結(jié)構(gòu)溫度與收縮為造成隧道二襯裂縫與滲水病害的主要因素，對此在施工過程中應(yīng)引起重視；3)對于隧道二襯裂縫及滲漏病害的治理，對結(jié)構(gòu)承載力影響較小的裂縫可采用壓漿法處理，滲水則可根據(jù)具體部位進(jìn)行堵排(堵水建議采用化學(xué)壓漿法)結(jié)合治理的方法。