隧道复合衬砌“工序延展循环”工法浅述

隧道复合衬砌“工序延展循环”工法浅述

隧道施工一般依据新奥法原理，在实际施工过程中，由于隧道内施工环境较差，空气污浊，现场技术人员及旁站监理工作不到位，极易造成隐蔽工程质量缺陷，本文介绍的复合衬砌采用“工序延展循环”施工工法（四段一区施工工法）。并将监控量测技术、数据处理和信息反馈技术应用于施工，动态修正施工方法和复合式衬砌。使隐蔽工程每个施工历程处于直接检测控制状态。

标签：隧道 复合衬砌 “工序延展循环” 工法

1 工程概况

国高网长深线青州至临沭高速公路穆陵关隧道为一座上、下行分离的六车道高速公路隧道。隧道左线长750m，右线长775m，隧道设计时速120km/h，净宽15.76m，净高8.78m。

隧址位于构造剥蚀低山地貌区，穿越齐长城遗址穆陵关。该隧道所处地层岩性主要为元古界花岗岩（γη1）：强-中风化花岗岩出露于隧址区进口附近人工开挖处，左隧道南洞口见强风化花岗岩出露，洞身段局部见强风化花岗岩出露，隧道在K75+910～K75+950穿过断层破碎带，区域稳定性较差。隧道最大埋深约52m，左右洞间距约22m。

穆陵关隧道在地质构造上属于鲁中南断块上升区之沂沭断裂带活动区，地质构造复杂多样，岩浆活动强烈，新构造运动表现明显，其特点是断裂构造发育，断裂的规模与方向不同，相互交切，把该隆起区分割为许多大小不等，形状各异的地质块体。本路段范围内抗震设防烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.20g，地震动反映谱特征值为0.35～0.40s。隧址区气候属半干旱区，地下水类型主要为第四系松散岩类空隙潜水，基岩风化带网状裂隙水和基岩构造裂隙水。区内地表水系不发育，地下水对隧道施工影响较小。

2 工法背景及特点

改革开放以来，我国将交通运输列为国民经济发展的战略重点之一，并得到快速发展，尤其包括高速公路、长大桥梁和公路隧道等公路基础设施的发展更是举世瞩目。在学习国际先进技术和我国铁路隧道建设经验的基础上，中国公路隧道在标准规范、计算理论、结构分析、模型试验、材料科学、施工工艺、施工设备、施工控制、检测技术、大型专用机械等方面综合技术不断进步，逐步形成了有中国特色的成套技术。但从总体上说，我国公路隧道建设技术还适应不了我国隧道发展的要求，与国外先进水平相比，还存在很大的差距。在实际施工过程中，由于隧道内施工环境较差，空气污浊，现场技术人员及旁站监理工作不到位，施工队伍存在蛮干、偷工减料等情况，致使部分隧道存在超欠挖严重，钢拱架安装不符合设计规范，衬砌和仰拱钢筋数量不够，锚杆长度、数量不足，锚杆注浆不饱满，喷射混凝土背后空洞及钢筋网、格栅或钢拱架间掺加片石和异物，回弹物

重新用作喷射混凝土材料，防水板、无纺布铺垫不严，防水板焊接不严密，初期支护及衬砌厚度不够等现象，从而导致隧道坍塌、渗漏水严重、衬砌开裂、界限受限等事故和病害。

施工监控量测是新奥法施工中在二次衬砌施工前的一项必须完成的工作环节，它作为调整和修改支护设计和确定二次衬砌施做时间的重要依据，有着非常重要的作用，从现场施工情况来看，施工单位对这个问题往往重视不足，大大低于对隧道中线和高程控制的力度和水平，这就对隧道工程的耐久性构成威胁。

鉴于以上隧道施工问题的存在，山东省青州至临沭高速公路项目管理办公室（简称青临项目办）在穆陵关隧道施工中提出了隧道施工复合衬砌“工序延展循环”施工工法（四段一区工法，即初期支护检测合格段、土工布检测合格段、防水板检测合格段、钢筋绑扎检测合格段、二衬混凝土施工区），如下图所示。

同时对隧道净空、喷射混凝土厚度、衬砌混凝土厚度、喷射混凝土和衬砌混凝土背后空洞情况、锚杆长度、注浆饱满度实施第三方检测，洞口、钢筋加工厂安装监控设施，做到地下隐蔽工程始终处于“阳光”下直接检测控制。复合衬砌“工序延展循环”施工工法具有以下特点：

①将监控量测技术、数据处理和信息反馈技术应用于施工，动态修正施工方法和复合式衬砌。

②穆陵关隧道复合衬砌为C30钢筋混凝土结构，采用阳光施工工法（四个标准段一个施工区）施工，后续工序前始终保证有一验收合格工序，克服了以往施工中初期支护、无纺布、防水板、二衬钢筋均重叠验收一段就进行二衬混凝土施工，导致质量难以控制的缺陷。

③边墙与拱部采用一套组合模板台车，具有费用低、效率高、混凝土外观质量好的优点。

3 适用范围

3.1 本工法适用于新奥法指导施工的大跨度围岩地下通道及洞室。

3.2 本工法适用于各种埋深，Ⅳ～Ⅵ级围岩的大跨隧道和类似跨度与围岩的铁路隧道、公路隧道、城市地铁、地下停车场等各种洞室。

4 工艺原理

4.1 以岩体力学理论为基础，监控量测为依据，采用新奥法原理，针对围岩软弱的特点，经监控数据反馈，合理确定复合衬砌施工时间及各工序之间的关系。

4.2 利用监控位移反分析法及初支钢筋轴力、围岩应力、二衬钢筋轴力、二衬接触压应力的量测结果指导施工。

5 机具设备

施工机具设备配备见表1。

二次衬砌施工机械配备表 表1

6 劳动组织

劳动组织详细情况见表2。

7 二次衬砌施工

7.1 施工监控量测

为确保二次衬砌施工质量，在二衬施工前对隧道各项指标进行监控量测。

围岩稳定性应变基准：各测试项目显示位移速度明显减缓并已基本稳定；各项位移已达到预计位移量的80～90％（预计位移量可通过回归分析得到）；水平位移收敛速度小于0.10～0.2mm/d；拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时可以认为围岩已基本稳定。对Ⅳ、Ⅴ级围岩，应根据量测结果确定二次衬砌施作的适当时间，施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载。

7.2 二次衬砌施工

隧道二次衬砌前的各项工序均为隐蔽性工程，为使隐蔽工程始终处于直接检测状态下施工，确保隧道施工质量时刻处于监控之中，建设、监理人员建立复合衬砌“工序延展循环”施工工法施工管理制度，（初期支护检测合格段、土工布检测合格段、防水板检测合格段、钢筋绑扎检测合格段、二衬混凝土施工区），每道工序质量得到有效控制，打造隧道施工的亮点工程。

隧道暗洞均采用复合式衬砌，明洞采用明洞衬砌结构。衬砌结构按相应围岩级别确定。隧道均采用内轮廓完全相同的曲墙式衬砌，衬砌采用9m长液压衬砌台车配合输送泵进行施工，混凝土由洞外混凝土拌合站集中生產，混凝土罐车组织运输，泵送入模。

7.2.1 初期支护检测

初期支护施工完毕首先检查喷射混凝土层厚度，欠厚及凹凸不平部位进行补喷找平，渗水比较严重部位安装Ω型弹簧排水管引水至纵向排水管，割掉外露的锚杆头和钢筋头、铁丝等，安装环向φ50弹簧软式透水管及PVC纵向排水管，初期支护检测合格后准备铺设防水层。

初期支护检测合格段初期支护厚度检测

7.2.2 土工布施工

为防止防水板被凸起喷层挤破并利于滤水，在防水板和混凝土喷层之间设置400g/m2土工布滤水层对防水板起保护作用，土工布挂设从拱顶中心向两边拱脚、边墙对称固定，从上至下将土工布和衬垫用射钉枪一并固定在喷射混凝土面上，射钉间距1.0m梅花形布置，固定钉距边缘5cm。下部半包纵向排水管，固定牢固。

7.2.3 防水板挂设

在隧道喷射混凝土面上测画出隧道中线及防水板的搭接线。防水板铺设在铺设台架上进行，防水板从隧道中线向两侧铺设，用自动爬行手动热焊器将防水板熔焊在衬垫上，同时将防水板焊成整体，紧贴初期支护，并适当留有余地，防止灌注混凝土时挤裂拉坏防水板。防水板之间互相搭接10cm，搭接原则是：边墙压拱部，下游压上游。在二衬混凝土进行时，在边墙脚位置留足够长的防水板以利搭接。防水板的铺设要紧贴初期支护，并适当留有余地，不可拉得太紧，防止灌注混凝土时挤裂拉坏防水板。焊缝完成后进行质量检查，采用充气法对焊缝质量进行检查，有空隙应进行补焊，直到完全合格。混凝土震捣时，振动器不可碰到防水板。

地下工程渗水几乎是工程界的通病，设计时一般会设多道防线，但防水效果往往取决于施工的方法，技术水平，而不仅在于选材，认真抓好工序的每一个环节，会比多设一道防线效果好。渗水是隧道运营中难以解决的问题，排水盲管不便于维护，本隧道在横向排水管与纵向排水管接头处预留洞室，增加三通接头，利于以后疏通横向排水管。

防水板检测合格段 三通检查孔照片

7.2.4 钢筋加工与绑扎

钢筋按要求在洞外钢筋加工场地内加工，运料车运输到现场，在台车上人工安装绑扎。根据测量控制点先扎外层环向定位钢筋，用纵向筋将定位钢筋连接后，以纵向筋作为其他环向筋安扎依据，扎完外层后再用相同方法安扎内层钢筋，并及时将内外层钢筋用蹬筋连接，电弧焊点焊，以加强整体刚度。钢筋安设完成后，按中线标高进行轮廓尺寸检查，合格后于内层钢筋挂设5cm厚砂浆垫块，以确保混凝土灌注后钢筋保护层厚度。钢筋绑扎时，严禁损伤防水板，钢筋焊接时，用防火板对防水板进行遮拦，以防烧伤防水板。

7.2.5 混凝土施工

正洞衬砌段落模板台车采用模板接头加硬橡胶间隙带，防止二衬混凝土浇注段施工接头处漏浆。混凝土灌注通过灌注窗口，自下而上，从已灌段接头处向未灌方向，水平分层对称浇灌，边浇边捣，层厚不超过40cm，相邻两层浇注时间

不超过1.5小时，确保上下层混凝土在初凝前结合好，不形成施工冷缝，混凝土垂直自由下落高度控制不超过2m，捣固采用附着式振捣器配合插入式振捣器，安排专人负责，保证混凝土衬砌内实外美。减少二衬混凝土表面的气泡，采取堵头板分层设排水孔排出泌浆水的措施，混凝土在振捣过程中，产生泌浆水，容易粘在模板上形成混凝土表面的气泡。在堵头板上沿竖向每20～30cm设可以封闭的孔（φ10～14的螺钉孔即可），浇注时根据混凝土的层面，依序打开孔排水，排完水及时封孔。

二次衬砌施工工艺流程如下图：

工艺方法：

复检钢筋：台车就位前按照用仪器测放的隧道中线及标高对已安扎好的钢筋再次进行结构尺寸检查，看钢筋位置是否正确，保护层能否满足要求，环向主筋内外面是否已安设混凝土保护层垫块，只有符合要求后才能进行台车就位。

台车就位：根据放线位置，移动台车就位。台车就位后，按要求检查台车位置、尺寸、方向、标高、坡度、稳定性，符合要求后，并安设好挡头模板，接头止水带，再进行合格检验和经监理工程师签证，方可灌注二襯混凝土。

混凝土灌注：灌注边拱混凝土时，应由下向上对称灌注，两侧同时或交替进行，边墙部位混凝土应采取埋管式浇注，由液压泵直接顶压入模，挤压顶升式浇注。拱部先采取退出式浇注，最后用压入式封顶。混凝土用插入式振捣器捣固，安排专人负责，保证混凝土内部密实，外部光滑。要配足备用捣固机具，防止因捣固机具发生故障，造成漏捣或捣固不实。混凝土灌注必须连续进行，因故不能连续灌注，间歇时间超过混凝土初凝时间时，必须按规定进行接茬处理。

拆模养护：当边墙、拱部混凝土强度达到5MPa时，方可拆模，拆模时间不可过早。拆模后及时进行洒水养护，养护时间不少于七天。

衬砌厚度、密实度及外观检测方法:衬砌外观要目测平顺光滑，无蜂窝麻面。断面尺寸及中线、高程用钢尺配合经纬仪、水平仪量测，内轮廓必须符合设计要求。衬砌厚度检查采用雷达检测。密实度检查可采用混凝土回弹仪，其强度检查采用同期制作混凝土试件，做抗压强度试验。

二次衬砌施工区 二次衬砌厚度检测

8 质量控制

本工法除执行施工设计图纸等文件的有关技术要求，执行《公路隧道施工及验收规范》、《钢筋混凝土工程施工及验收规范》（TBJ204-83）外，尚应注意以下质量标准：

锚杆要求：外露锚杆均以切除，保证锚杆端头低于初期支护轮廓线，防止锚

杆顶坏防水板。

土工布、防水板：平整度、松弛度满足要求，以免浇注混凝土时拉裂、拉坏防水板。

钢筋工程：按照图纸设计绑扎，为便于二衬混凝土振捣适当加大外侧钢筋保厚度。

初喷混凝土达到设计厚度，外表面颜色一致、平顺、无局部突起、无蜂窝、麻面现象，强度合格。

二次衬砌严格按照五个工作面法施工，四个检测合格段一个二衬施工区。

9 结束语

二次衬砌施工中由于使用了定型模板台车，既保证了混凝土的外观质量，解决了各工序的干扰问题，又加快了衬砌速度。

二次衬砌采用复合衬砌“工序延展循环”施工工法，节约了混凝土浇注前各项指标检测时间，加快了施工进度。

隧道复合衬砌“工序延展循环”施工法解决了隐蔽工程施工质量难于控制的瓶颈，使工程质量得到有效控制。

参考文献：

[1]《公路隧道设计规范》JTG D70-2004.人民交通出版社.2004.北京.

[2]《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009 人民交通出版社.2009北京.

[3]长深线青州至临沭（鲁苏界）高速公路第十标段施工图纸.山东省交通规划设计院.2009.济南.

[4]关宝树主编《隧道工程施工要点集》.人民交通出版社.2003年北京.

[5]黄成光主编《公路隧道施工》.人民交通出版社.2001年北京.

[6]鞠建英主编《实用地下工程防水手册》.中国计划出版社.2002北京.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文