鐵路隧道仰拱施工質(zhì)量控制研究

潘鵬萬，胡希斌，逯 江

（貴南高鐵貴州段都勻指揮部，貴州 黔南 558000）

1 工程概述

貴南高鐵貴州段項(xiàng)目隧道總長占到設(shè)計(jì)線路長度的64.4%，線路位于貴州省喀斯特地帶，地質(zhì)復(fù)雜，先后多次穿越地質(zhì)斷層、可溶巖和非可溶巖接觸帶，巖溶發(fā)育、水系發(fā)達(dá)，部分隧道臨近既有線或多次跨越既有線，隧道巖體特征主要以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主。隧道二襯混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共有11種類型，其中Ⅲ級圍巖二襯類型4種、Ⅳ級圍巖二襯類型4種、Ⅴ級圍巖二襯類型3種，襯砌類型為Ⅲca、Ⅲcb、Ⅳa、Ⅳb、Ⅳhb、Ⅳc、Ⅴa、Ⅴb及Ⅴc，設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)鋼筋；襯砌類型為Ⅲa、Ⅲb，設(shè)計(jì)只有拱部護(hù)面鋼筋。

2 隧道仰拱產(chǎn)出病害的原因

春軍偉等[1]分析了隧道仰拱產(chǎn)生的病害原因，歸結(jié)為基底軟化、地下水作用、仰拱結(jié)構(gòu)缺陷等因素，且認(rèn)為產(chǎn)生基底軟化主要由圍巖因素和開挖擾動、浸泡、虛渣清理等人為因素造成。除此之外，還存在以下因素：（1）仰拱開挖過程中，隧道底部、邊墻與仰拱結(jié)合部超挖嚴(yán)重，超挖后未采取與仰拱同強(qiáng)度等級的混凝土進(jìn)行回填，使基面未形成設(shè)計(jì)理論計(jì)算弧形面，改變了隧道仰拱受力。（2）隧道仰拱底部在多個界面，即圍巖-仰拱初支、仰拱初支-仰拱模注混凝土、仰拱模注混凝土-仰拱填充、仰拱填充-道床板，因工藝需求，個別隧道還存在二次填充基面。因隧道排水系統(tǒng)不暢，使每個界面中形成了地下水裂隙過水通道，并存在水壓力上頂仰拱或道床，引起病害。（3）可溶巖段落的隱伏性巖溶未探測明確，在施工階段未預(yù)留相應(yīng)的過水通道或泄水洞，致使工后巖溶水壓力較大，頂升隧道仰拱。（4）開挖過程已經(jīng)揭示的溶洞或股狀裂隙水，未預(yù)留充足的過水通道。（5）圍巖巖層走向緩傾，基地巖層接近水平且?guī)r層軟弱。（6）初期支護(hù)拱架加工精度差，在仰拱段落閉合誤差大，鋼拱架未形成有效閉合。

3 隧道仰拱構(gòu)造設(shè)計(jì)措施

（1）隧道仰拱排水構(gòu)造設(shè)計(jì)。在隧道仰拱襯砌背后采用1.5mm厚EVA防水板+400g/m2無紡布；環(huán)向施工縫采用聚氨酯遇水膨脹止水條（15mm×50mm）+中埋式橡膠止水帶（350mm×8mm）的復(fù)合防水措施，縱環(huán)向施工縫采用中埋式橡膠止水帶（350mm×8mm）+聚氨酯遇水膨脹止水條（50mm×10mm）的復(fù)合止水措施[2]；縱向設(shè)置Φ80打孔波紋管（外裹無紡布）隧道左右兩側(cè)拉通，直接彎入邊墻側(cè)溝；縱向管按低于矮邊墻42cm的位置設(shè)置，且預(yù)留的管口應(yīng)高于側(cè)溝底20cm。隧道邊墻泄水管（孔）由兩部分組成：I期工程為仰拱及矮邊墻施作前預(yù)留Φ110PVC管，管口高于側(cè)溝底25cm，坡度為10%，縱向間距為2m，Ⅱ期工程為仰拱及矮邊墻施作完畢，采用沖擊鉆頭疏通結(jié)晶物并鉆孔至入圍巖0.5m。巖溶段及地下水發(fā)育段，在仰拱底部增設(shè)置Φ50環(huán)向打孔波紋管，并直接彎入側(cè)溝，縱向間距5m，預(yù)留的管口高于側(cè)溝底35cm；澆筑仰拱混凝土前采用寬50cm彩條布固定位置并遮蓋。環(huán)向施工縫于無紡布和防水板之間增設(shè)一道1.5m寬的凸殼型排水板。隧底泄壓系統(tǒng)：巖溶發(fā)育及地下水發(fā)育段，中心溝側(cè)壁預(yù)留Φ110PVC豎向管（端頭設(shè)過濾網(wǎng)），將仰拱底部有壓水引排至中心溝內(nèi)，縱向間距為5m，左右交錯布置，預(yù)留的管口高于中心溝底62cm。必要時道床側(cè)溝底部可鉆設(shè)泄壓孔排水。

（2）緩傾巖層段落仰拱構(gòu)造設(shè)計(jì)。針對軟巖緩傾巖層地段，應(yīng)對隧底支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，隧底結(jié)構(gòu)仰拱曲率由常規(guī)的1/14調(diào)整至1/8，仰拱厚度由50cm調(diào)整為70cm[3]。

（3）隱伏性巖溶段落探測設(shè)計(jì)。探測采用“風(fēng)槍探孔+物探+驗(yàn)證鉆探”的探測模式：開挖后暗洞段每5m一個探測斷面，每個斷面布置10孔。其中，隧底3孔，洞周拱墻部分7孔，探測深度為5m。澆筑仰拱后，每隔1000m開展一次物探。物探方法采用“地質(zhì)雷達(dá)法+地震映像法拉通探測”方案，地質(zhì)雷達(dá)法及地震映像法沿隧道方向在隧底各布置3條測線。物探后，對代表性物探異常點(diǎn)布置驗(yàn)證鉆探，進(jìn)一步查明異常體的深度、范圍、性質(zhì)。

4 仰拱開挖質(zhì)量控制措施

（1）爆破法開挖時，嚴(yán)格控制炮眼間距和裝藥量，避免裝藥量過大造成仰拱巖層破壞。仰拱開挖應(yīng)“順幫打眼”，盡可能保證仰拱的開挖面弧度，避免造成兩側(cè)超挖，尤其是薄層緩傾軟巖及Ⅱ、Ⅲ級圍巖段落[4]。

（2）若已造成超挖，應(yīng)采用同級混凝土回填成設(shè)計(jì)輪廓線并達(dá)到終凝強(qiáng)度以后再施工初期支護(hù)和二次襯砌，確保仰拱受力符合規(guī)范與設(shè)計(jì)要求。當(dāng)出現(xiàn)局部欠挖時，采用銑挖式鑿巖機(jī)挖除欠挖部分。

（3）隧道下部存在多個基面，如圍巖-仰拱初支、仰拱初支-仰拱模注、仰拱模注-填充、填充-道床板，個別過梁隧道還存在二次填充基面，應(yīng)注意各個基面上的虛渣及出水點(diǎn)的處理，避免在縱坡上形成水力通道，而引起運(yùn)營期間的底板上拱及薄弱點(diǎn)冒水病害。

（4）仰拱基地應(yīng)采用人工對虛渣、雜物、積水進(jìn)行清理。清基后，可溶巖地段應(yīng)對隧底進(jìn)行釬探，并留存記錄。

（5）風(fēng)槍鉆機(jī)后端設(shè)置蹬腿墊板，提高鉆機(jī)的穩(wěn)定性，保障鉆眼的角度、精度[5]。

5 仰拱初期支護(hù)施工質(zhì)量控制措施

（1）提高鋼拱架加工精度。在鋼拱架加工時，對整環(huán)鋼拱架進(jìn)行整體預(yù)拼裝，并進(jìn)行同環(huán)標(biāo)記后再出廠。

（2）拱架運(yùn)輸、安裝過程按整環(huán)拱架分批進(jìn)行。上臺階、下臺階及仰拱必須采用預(yù)拼驗(yàn)收的同環(huán)拱架。

（3）每臺階拱架安裝控制拱架的垂直度，設(shè)置相應(yīng)的垂直度控制卡具和模具。仰拱段落的拱架必須閉合，嚴(yán)禁在仰拱中部設(shè)置拱架節(jié)點(diǎn)。

（4）噴射混凝土采用濕噴工藝，作業(yè)時變換噴嘴角度與距離，將鋼架后面噴射密實(shí)。在噴射混凝土強(qiáng)度未達(dá)到5MPa時嚴(yán)禁人員通行，達(dá)到強(qiáng)度的50%且不破壞混凝土?xí)r，方可進(jìn)行下一步工序[6]。

6 仰拱防排水施工質(zhì)量控制措施

（1）在每模前方，擋頭板外側(cè)設(shè)置臨時集水坑排水，綁扎鋼筋和澆筑仰拱砼之前基面不得因水帶入雜物而造成二次污染。

（2）土工布鋪設(shè)前清除初期支護(hù)外露的錨桿頭和鋼筋頭等鐵件，在清除部位用水泥砂漿抹平覆蓋，以防刺破防水板。

（3）嚴(yán)格控制熱熔墊圈間距，鋪設(shè)土工布時，熱熔墊圈拱部間隔0.5m、邊墻間隔0.8m呈梅花形布設(shè)；采用射釘槍固定后，人工排查，針對部分釘帽突出情況，采用錘子敲進(jìn)墊圈內(nèi)，防止固定防水板時擊穿防水板。

（4）縱向盲管布設(shè)采用防水板反包，防水板外側(cè)采用Φ8圓鋼加工成C型固定，并在盲管處設(shè)置無砂混凝土塊。

（5）對于布設(shè)環(huán)向盲管處，熱熔墊圈鋪設(shè)在盲管兩側(cè)加密，保證盲管處不存在脫空；縱向排水管采用1根Φ80透水盲管直接彎曲135°引出矮邊墻，透水盲管兩側(cè)各采用2根135°的鋼筋固定并與襯砌鋼筋連接牢固，確保盲管不反坡，排水通暢。

（6）控制防水板搭接長度和方式，防水板搭接采用下壓上、低壓高的方式搭接，搭接長度不小于15cm；防水板長接縫采用專用塑料熱合機(jī)雙縫焊接，單條焊縫的有效焊接寬度不小于1.5cm；防水板的接縫與仰拱的施工縫錯開1.0m以上。

7 仰拱混凝土澆筑施工質(zhì)量措施

（1）仰拱應(yīng)一次性澆筑成型，避免拱底縱向分縫。仰拱與填充層的界面應(yīng)與設(shè)計(jì)一致，增強(qiáng)仰拱的受力。仰拱宜采用自行式全幅模板仰拱棧橋進(jìn)行模筑。

（2）仰拱止水帶偏位、排水盲管倒坡、鋼筋保護(hù)層過大、拱墻二襯的縱向錯臺等是施工中常見的質(zhì)量通病，除施工安裝不到位引起的原因外，經(jīng)常是由全幅仰拱模板上浮而引起的，因而在仰拱模板就位時，應(yīng)尤其注意仰拱模板抗浮措施，防止仰拱砼施工中模板上浮。全弧模板仰拱棧橋加固可采用預(yù)留在仰拱上的鋼筋和初支上焊接鋼筋，以此防止模板上浮，同時在仰拱棧橋縱向設(shè)置斜撐，防止仰拱模板因混凝土澆筑過快引起模板上浮。

（3）仰拱混凝土和填充混凝土采用分次澆筑。仰拱混凝土澆筑采用串桶澆筑仰拱底部，澆筑完成后關(guān)閉窗口，用溜槽澆筑邊墻，仰拱澆筑完成后，待下一板仰拱鋼筋綁扎完成，移動全弧模板后澆筑。

（4）仰拱填充澆筑時，配備4名振搗工，對填充混凝土進(jìn)行振搗，保證混凝土質(zhì)量；在填充與邊墻處預(yù)留15cm不澆筑，形成排水溝，保證洞內(nèi)整潔。

（5）仰拱進(jìn)行取芯強(qiáng)度自檢時，留下的孔洞要及時以同標(biāo)號的微膨脹砼進(jìn)行回填，避免雜物進(jìn)入孔內(nèi)。嚴(yán)禁在仰拱填充混凝土上面過早通行重載車輛。

（6）在填充初凝后灑水養(yǎng)護(hù)，在仰拱填充強(qiáng)度達(dá)到5MPa時行人可以行走，待填充達(dá)到10MPa且不破壞混凝土?xí)r才整體移動棧橋，進(jìn)行下循環(huán)施工。為確定混凝土強(qiáng)度，現(xiàn)場每2～3周做一次同條件試件，用于確定混凝土強(qiáng)度。

8 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)從設(shè)計(jì)構(gòu)造、施工過程、工裝配置方面加強(qiáng)隧道仰拱質(zhì)量的控制，特別是在采用自行式全幅模板仰拱棧橋進(jìn)行模筑后，確保結(jié)構(gòu)物成型與設(shè)計(jì)一致，受力與理論計(jì)算模型一致，保證可以同時施工一板仰拱、一板填充，這既提高了工作效率，又保證了仰拱填充效果。仰拱成型后應(yīng)及時開展沉降觀測，以便能及時發(fā)現(xiàn)仰拱的變形規(guī)律。觀測點(diǎn)的間距及頻率，除了應(yīng)按照相關(guān)要求執(zhí)行，還需特別關(guān)注臨近中心水溝處點(diǎn)位（可能出現(xiàn)最不利）的變形趨勢，觀測點(diǎn)設(shè)置需考慮從施工期到運(yùn)營期的連續(xù)使用，避開軌道板位置，并低于目前鋪底面5cm（施工期避免壓壞）；觀測期不少于1年（易變形地段應(yīng)觀測至靜態(tài)驗(yàn)收止）。通過觀測數(shù)據(jù)的分析，可從設(shè)計(jì)構(gòu)造、仰拱開挖、初期支護(hù)、防排水及混凝土澆筑等方面進(jìn)一步加強(qiáng)可溶巖、軟弱富水、軟弱緩傾巖層等復(fù)雜圍巖段落仰拱上浮、開裂及冒水等病害控制。