試論隧道工程二次襯砌施工工藝

張河勇

（三明市高德勘察設(shè)計(jì)有限公司， 福建 三明 365000）

1 工程概況與設(shè)計(jì)原則

1.1 工程概況

本隧道工程的訖樁號(hào)為：K12+480 至K13+375，全長(zhǎng)896 米，為單洞雙向行車隧道，在洞口段上覆蓋砂巖殘積粘性土，中層為風(fēng)化砂巖。

1.2 設(shè)計(jì)原則

隧道工程二次襯砌施工結(jié)合實(shí)際路段，綜合分析地形指標(biāo)，以工程造價(jià)和環(huán)境保護(hù)為前提，分析隧道進(jìn)出口地質(zhì)和施工條件、隧道長(zhǎng)度和排水等多方面因素，設(shè)計(jì)原則為：

1.分析隧道路段周邊地形、地質(zhì)、水文和生態(tài)情況等綜合條件，按照隧道規(guī)模和自身結(jié)構(gòu)等制定施工方案，盡量將隧道軸線設(shè)置在地質(zhì)環(huán)境好的地下，洞口處地質(zhì)環(huán)境好，有利于施工順利進(jìn)行。

2.在施工工程中重視隧道工程二次襯砌設(shè)計(jì)中的環(huán)境保護(hù)，堅(jiān)持以生態(tài)平衡為前提，盡量減少施工對(duì)自然環(huán)境的破壞，將隧道和自然環(huán)境融為一體。

3.整個(gè)設(shè)計(jì)過程遵循全壽命周期成本的工作理念，使用先進(jìn)技術(shù)，將動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)計(jì)引入到隧道工程中，加入綜合分析，以期提升整個(gè)工程持久性，保證后期維護(hù)工作的有效進(jìn)行。

2 隧道工程二次襯砌施工工藝研究

2.1 主要施工方法

隧道中二次襯砌施工，總體上使用光面爆破，外墻處使用預(yù)裂爆破，最大程度保持周邊巖體完整性，減少挖掘量，提升初級(jí)支護(hù)承載能力。該工程的隧道使用V 級(jí)圍巖地段形式，預(yù)留中心土的形式施工，將Ⅴ、Ⅳ級(jí)圍巖路段當(dāng)做二次襯砌的重要承力結(jié)構(gòu)，緊隨核心土開挖掌子面。結(jié)合受力需求，隧道縱向在地質(zhì)變化和襯砌時(shí)變化的位置，設(shè)置沉降縫和邊墻的施工標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 明暗洞施工

明洞處二次襯砌施工使用的是60 厘米厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，填土高度不能小于2 米，填土橫坡在20%的時(shí)候，最大填土厚度到5 米。明洞最低承載力為300KPa，待設(shè)計(jì)強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)后，再回填，令壓實(shí)度高于90%。然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，如回填土荷載、自重荷載和坡頂滾石沖擊荷載等，使用漿砌片石回填邊墻時(shí)計(jì)算地基彈性抗力。明洞施工過程中還要明確設(shè)計(jì)圖紙，在邊墻處漿砌片時(shí)回填上保證密實(shí)，使用回填土也要有對(duì)稱性，不允許超過回填設(shè)計(jì)厚度和橫坡度，充分保證施工條件和實(shí)際施工吻合，如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)值相差較大，就要及時(shí)反應(yīng)出相對(duì)策略，作出科學(xué)的處理。

隧道中二次襯砌施工則是按照新奧法原理開始設(shè)計(jì)，使用復(fù)合式手段，即先使用噴、網(wǎng)和錨等手段，二次襯砌則根據(jù)圍巖級(jí)別的不同種類，使用鋼筋混凝土或者素混凝土一同襯砌。如果使用復(fù)合襯砌參數(shù)，則結(jié)合圍巖級(jí)別、工程地質(zhì)水文條件和隧道埋設(shè)深度等進(jìn)行對(duì)比對(duì)照，對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行模擬分析和整理，掌握圍巖和結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)展和變形的過程，進(jìn)而調(diào)整施工參數(shù)。最后使用計(jì)算軟件，核算初期支護(hù)、二次襯砌等涉及強(qiáng)度，并精準(zhǔn)測(cè)量圍巖數(shù)據(jù)。

按照隧道深埋和荷載力的不同，此工程設(shè)計(jì)三種形式的復(fù)合式襯砌方案，如表1：

表 1 復(fù)合襯砌支護(hù)參數(shù)表

施工地段中的隧道洞口處，加強(qiáng)段Ⅴ級(jí)圍巖地段處，因?yàn)閹r體風(fēng)化嚴(yán)重，穩(wěn)定時(shí)間較短，洞口處挖掘跨度大，二次襯砌施工需要承擔(dān)的荷載度也大，因此使用承載性強(qiáng)的C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并在Ⅴ級(jí)圍巖處的二次襯砌緊跟掌子面。Ⅳ和Ⅲ級(jí)圍巖層，因?yàn)榉€(wěn)定性強(qiáng)，可以在一定程度上產(chǎn)生穩(wěn)定的承載拱，所以按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際承擔(dān)力度使用適合的混凝土材料。施工過程中一定要注意前期施工中支護(hù)的變形和穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，科學(xué)制定二次襯砌的施工時(shí)間，盡量提升隧道建筑的整體承載能力。

2.3 輔助施工

本隧道施工過程中使用的輔助施工措施有下面幾點(diǎn)：

1.超前長(zhǎng)管棚位于Ⅴ級(jí)淺埋圍巖洞口，材料為節(jié)長(zhǎng)三米和六米的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距為45 厘米，使用絲扣連接，然后在距離鋼管尾端4.5 米處鉆壓漿孔。鋼管安置在襯砌拱部，令鋼管的位置不能偏離標(biāo)準(zhǔn)20 厘米，隧道縱向在同一斷面中接頭數(shù)量不能超過50%，兩個(gè)相鄰的鋼管的接頭也要錯(cuò)開1 米左右。思考到鉆進(jìn)中的下垂性，將鉆孔方向沿著鋼管中位置向上偏1 度，令成洞面穩(wěn)定，在二次襯砌施工中加入長(zhǎng)和厚分別為2 米和60 厘米的混凝土套拱。利用測(cè)量?jī)x器測(cè)定鉆孔位置和方向，并在鉆進(jìn)時(shí)使用測(cè)斜儀器測(cè)定鋼管的傾斜程度，及時(shí)糾正歪斜的鋼管，保證開挖和支護(hù)的正常進(jìn)行。

2.超前注漿小導(dǎo)管，經(jīng)常被運(yùn)用于V 級(jí)圍巖，小導(dǎo)管使用3.5 米長(zhǎng)的熱軋無縫鋼管，距鋼管尾部1 米處鉆壓漿孔。環(huán)向間距40 厘米，將外插角控制在12 度左右，從鋼架處穿過，每排導(dǎo)管縱向處至少互接1 米。

3.超前錨桿，被運(yùn)用于Ⅳ級(jí)圍巖地段，保證圍堰的穩(wěn)定性與安全性，超前錨桿使用3.5 米長(zhǎng)的藥卷錨桿，環(huán)相間距為40 厘米。縱向搭接長(zhǎng)為1 米。實(shí)際施工是錨桿方向隨巖體結(jié)構(gòu)確定。

4.加固注漿，此過程分為小導(dǎo)管、長(zhǎng)管棚和周邊加固注漿等，運(yùn)用于Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖地段，利用注漿手段，提升圍堰自身的承載能力，增強(qiáng)巖體中結(jié)構(gòu)的彈性抗力，優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)管棚和小導(dǎo)管注漿都是根據(jù)洞口長(zhǎng)管棚和洞內(nèi)小導(dǎo)管進(jìn)行的敷設(shè)鋼管，周邊架構(gòu)注漿則使用D25 中空注漿系統(tǒng)。

注漿技術(shù)使用的是單液注漿方法，不但簡(jiǎn)化施工技術(shù)，還能減少造價(jià)，提升建筑結(jié)構(gòu)的固定性，所以注漿前要先進(jìn)行單液注漿試驗(yàn)，原料以水泥為主，按照質(zhì)量比灌入一定比例的水玻璃，如單液注漿，起到鞏固圍巖的目標(biāo)。在隧道中的注漿參數(shù)為：水泥漿水灰比為1:1；玻璃水濃度為35%；注漿壓力為0.6MPa 左右。

2.4 二次襯砌施工質(zhì)量控制

一方面，準(zhǔn)備工作的質(zhì)量控制。施工前的準(zhǔn)備工作很重要，二襯澆筑前，做好相關(guān)設(shè)備的運(yùn)維，如輸送管道中的清潔和振動(dòng)棒的檢修等。準(zhǔn)備材料，如碎石、水泥和沙子。二次襯砌中混凝土使用量變化很大，這和初次襯砌有關(guān)系。如圍巖處開展的二次襯砌，一臺(tái)12 米長(zhǎng)的襯砌臺(tái)車澆筑混凝土一次可澆筑110m3左右，但是二次襯砌澆筑混凝土的量很多，攪拌站就要多準(zhǔn)備一些原材料，為實(shí)際用量的3 倍左右。

另一方面，施工中，做好結(jié)構(gòu)防排水的控制，二次襯砌中的邊墻和拱部等主要區(qū)域的混凝土抗?jié)B等級(jí)不能小于P8，斜切斷和明暗洞處的拱墻的抗?jié)B等級(jí)不能小于P12。隧道拱墻環(huán)處向施工縫中埋設(shè)橡膠式止水帶，并在明洞路段處設(shè)置一條變形縫，寬度為2 厘米，在此填充聚苯板，并添加鋼邊橡膠，加設(shè)止水帶。

3 結(jié)論

隨著交通建設(shè)的發(fā)展，隧道工程越來越多，隧道施工的影響因素更多，如果有一個(gè)環(huán)節(jié)不能精準(zhǔn)把握，會(huì)出現(xiàn)較大損失。二次襯砌作為隧道的主要承載結(jié)構(gòu)層，二次襯砌施工質(zhì)量在整個(gè)隧道施工中尤為重要，應(yīng)引起廣大隧道建設(shè)者們的高度重視。