碎屑巖低山區(qū)淺埋隧道二次襯砌施工工藝探究

李奉杰

(中鐵二十三局集團第三工程有限公司, 四川成都 611100)

0 引言

在隧道建設(shè)工程支護體系中,二次襯砌作為一個整體形成臨空面,具有非常重要的作用,能有效應(yīng)對隧道塌方、冒頂、突水、巖爆等常見問題,不同工程對隧道二次襯砌的要求也不相同,需要對二次襯砌的材料、質(zhì)量、尺寸、形式進行多方面研究。王金波[1]從高速鐵路隧道二次襯砌的常見質(zhì)量問題進行歸類總結(jié),提出針對性的技術(shù)、管理方案;劉大雙等[2]基于荷載結(jié)構(gòu)法原理,對膨脹性巖體在不同支護參數(shù)下的安全性進行了探討,進而優(yōu)化了二次襯砌的施工參數(shù);宋超業(yè)等[3]針對跨度為50 m的巨跨洞室穩(wěn)定性進行研究,依據(jù)荷載-結(jié)構(gòu)法設(shè)計二次襯砌,包括襯砌厚度、經(jīng)濟性和可操作性;馬棟等[4]對多層網(wǎng)架整體吊裝工藝流程、技術(shù)難點進行了分析,提高了吊裝施工效率;王海濱[5]對鐵路隧道二次襯砌裂紋種類、位置和長度進行了分析,總結(jié)原因后提出防范措施。

目前對于隧道二次襯砌的工程研究集中在受力分析、質(zhì)量問題和安全性等方面,而對隧道二次襯砌施工工藝介紹較少,本文將介紹老土地隧道二次襯砌施工工藝,為類似軟硬互層淺埋隧道提供借鑒。

1 工程概況

老土地隧道進口位于四川省劍閣縣碑埡鄉(xiāng)大堰河,出口位于劍閣縣圈龍鄉(xiāng)老土地,為雙向分離式隧道,左線樁號為ZK69+430～ZK70+598,進口明暗分界里程ZK69+446,單洞長1 168 m;右線樁號為K69+417～K70+580,進口明暗分界里程K69+433,單洞長1 163 m。老土地隧道海拔在555～753 m之間,相對高差198 m,屬軟硬相間碎屑巖低山區(qū)。隧址區(qū)地形整體較為陡峻,局部較平緩,山體坡度 10°～45°。隧道左、右線最大埋深分別為188 m、190 m,為典型的淺埋隧道,其橫斷面如圖1所示,橫斷面面積約103.2 m2,凈空面積約78.1 m2。

圖1 老土地隧道橫斷面示意(單位:cm)

2 施工工藝

老土地隧道為軟硬互層的淺埋隧道,若支護不及時,存在掌子面塌方的風(fēng)險。因此,在施工工藝上應(yīng)注意4點:

(1)初期支護和二次襯砌的施作應(yīng)及時。掌子面開挖后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、立鋼拱架、噴射混凝土作為初期支護,防水板鋪設(shè)后進行二次襯砌整體澆注。

(2)提高支護強度。初期支護采用厚度26 cm的C25混凝土,二次襯砌采用厚度50 cm的C35混凝土。

(3)仰拱緊跟開挖面。為使隧道受力更加均勻,不出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,仰拱應(yīng)在掌子面開挖后及時施作,與二次襯砌構(gòu)成隧道整體,增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

(4)縮短支護進尺。考慮到隧址區(qū)巖性為軟硬相間碎屑巖,存在開挖后掌子面整體性差、易坍塌的風(fēng)險,故應(yīng)縮短二次襯砌施工進尺,以3～4 m為宜。

2.1 工藝流程

二次襯砌施工前,各項檢測試驗應(yīng)驗收合格。襯砌臺車應(yīng)驗收合格,初支厚度、拱架檢測、初支錨桿的拉拔試驗、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)均合格。如圖2所示,二次襯砌施工包括監(jiān)控量測確定二襯施作、施工準(zhǔn)備、臺車移位、臺車定位、止水帶施工、隱蔽檢查、澆筑混凝土、拆模和養(yǎng)護9個步驟。其中,施工準(zhǔn)備應(yīng)對防水板及盲溝檢查、中線水平放樣和軌道安裝。臺車就位可采用激光準(zhǔn)直儀,對高程、中線和邊模進行定位,確保臺車一次性到位。止水帶施工前應(yīng)對初期支護表面進行光滑處理,鏟除表面碎屑并均勻涂刷脫模劑。混凝土拌和、運輸、澆筑入模、搗固、拆模、養(yǎng)護及強度試驗是保障混凝土一次成型的系統(tǒng)過程,應(yīng)對襯砌鋼筋和二次襯砌提出檢測方法和驗收標(biāo)準(zhǔn),并對常見的質(zhì)量問題提出處理措施。

圖2 二次襯砌施工工藝流程

2.2 防排水施工

老土地隧道斷面暗洞防排水布置如圖3所示,包括中心水溝、路緣水溝、橫向排水管、縱向排水管和環(huán)向排水管。排水管之間及水溝的排水連接如下所述:環(huán)向排水管置于初期支護和二次襯砌之間(圖4),在路緣水溝處與橫向、縱向排水管相連(圖5),通過坡度為1.5%的橫向排水溝排向中心水溝,通過中心水溝排出隧道,形成完整的排水系統(tǒng)。其中,環(huán)向排水管采用φ50HDPE單壁打孔波紋管,縱向排水管采用φ116 /100HDPE雙壁打孔波紋管,橫向排水管采用φ116/100HDPE單壁打孔波紋管。中心水溝尺寸為90 cm×60 cm,路緣水溝尺寸為30 cm×31 cm。

圖3 隧道斷面暗洞防排水布置

圖4 環(huán)向排水管布置

圖5 環(huán)向、縱向及橫向排水管連接

隧道環(huán)向施工縫和變形縫內(nèi)的中埋橡膠止水帶安裝前后如圖6、圖7所示,安裝工藝:

圖6 中埋橡膠止水帶安裝前示意

圖7 中埋橡膠止水帶安裝后示意

(1)沿環(huán)向間隔0.5 m在擋頭板上鉆一個φ12 mm鋼筋孔,將加工成型的φ10 mm鋼筋卡由待模筑混凝土一側(cè)向另一側(cè)穿入內(nèi)側(cè)卡緊止水帶的一半,另一半止水帶平貼在擋頭板上。

(2)待模筑混凝土凝固后拆除擋頭板,將止水帶靠中心鋼筋拉直,然后彎曲φ10 mm鋼筋卡套上止水帶,繼續(xù)模筑下一環(huán)混凝土。

(3)主洞環(huán)向施工縫拱墻處每12 m設(shè)置一道,仰拱處每6 m設(shè)置一道,仰拱處每間隔一道施工縫與拱墻設(shè)置在相同位置。

2.3 二次襯砌鋼筋綁扎

二次襯砌鋼筋在隧道環(huán)向采用φ22 mm鋼筋,縱向間距20 cm,在隧道縱向采用φ14 mm鋼筋,環(huán)向間距25 cm,采用φ8 mm箍筋,鋼筋保護層厚度為5 cm。鋼筋的搭接應(yīng)順直、綁扎應(yīng)牢固,其中,鋼筋綁扎檢查項目包括主筋間距、兩層鋼筋間距、箍筋間距、綁扎搭接長度、鋼筋加工,具體如表1所示。

表1 二次襯砌鋼筋綁扎檢查

2.4 模板安裝

老土地隧道采用模板臺車進行模筑混凝土的澆筑,提高了施工效率和模板的利用率。如圖8所示,模板臺車借助鋼軌移動,臺車模板包括模板面板和模板肋板,在垂直方向通過液壓千斤頂和垂直支撐桿件支撐模板,在側(cè)面通過側(cè)向支撐桿件和絲桿千斤頂支撐模板。同時,在臺車內(nèi)部設(shè)置水平移動小車提高施工效率,中心標(biāo)志方便進行對中。

圖8 模板臺車示意

2.5 臺車就位

臺車就位前應(yīng)檢查臺車是否行走自如,機電系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)是否完好無缺陷,采用全站儀根據(jù)隧中線對臺車中線進行校準(zhǔn),根據(jù)襯砌斷面線對臺車外輪廓進行測量。測量校準(zhǔn)之后,進行臺車就位。臺車就位后現(xiàn)場如圖9所示。

圖9 模板臺車就位現(xiàn)場

2.6 二次襯砌混凝土施工

2.6.1 澆筑

二次襯砌混凝土采用泵送入模,澆筑混凝土前,首先確定混凝土坍落度為160～200 mm。正式泵送混凝土前應(yīng)先泵送水泥砂漿潤滑管道,泵送應(yīng)連續(xù)無間斷,防止混凝土凝結(jié)堵塞管道。混凝土澆筑應(yīng)對稱進行,從拱腳至拱頂,保證混凝土充滿模具各個角落。

2.6.2 振搗

采用附著式振搗器進行集中控制、組批啟振,專職搗固人手采用插入式振動器搗固,以保證混凝土密實,澆注過程中嚴(yán)禁用振動棒拖拉混凝土。

2.6.3 養(yǎng)護與拆模

用水車將水拉入養(yǎng)護區(qū)內(nèi),人工噴灑,灑水時要調(diào)整開關(guān)閘閥,控制噴水壓力和水量,確保二次襯砌混凝土表面全部噴灑到位。當(dāng)二次襯砌混凝土強度達(dá)到5 MPa時,可進行拆模施工。為防止二次襯砌混凝土開裂,可采取措施:①合理確定分段澆筑長度和速度;②加強養(yǎng)護,混凝土溫度變化速度不宜大于5 ℃/h。

3 結(jié)論與建議

本文對老土地隧道二次襯砌施工流程及工藝進行了介紹,得出在碎屑巖低山區(qū)淺埋隧道進行二次襯砌施工時,需要對施工工藝及關(guān)鍵質(zhì)量點進行把控:

(1)為有效控制襯砌變形,應(yīng)檢查初期支護噴射厚度達(dá)到26 cm,二次襯砌澆注厚度達(dá)到50 cm,強度達(dá)到5 MPa后方可拆模。

(2)排水布置包括中心水溝、路緣水溝、橫向排水管、縱向排水管和環(huán)向排水管,主洞環(huán)向施工縫拱墻處每12 m設(shè)置一道,仰拱處每6 m設(shè)置一道。

(3)二次襯砌鋼筋在隧道環(huán)向采用φ22 mm鋼筋,縱向間距20 cm,在隧道縱向采用φ14 mm鋼筋,環(huán)向間距25 cm,采用φ8 mm箍筋,鋼筋保護層厚度為5 cm。

(4)混凝土養(yǎng)護應(yīng)對溫度進行嚴(yán)格控制,混凝土溫度變化速度不宜大于5 ℃/h。