善亭隧道二次衬砌施工及质量控制

赵敏慧

摘要：文章以善亭隧道为例论述了隧道施工中二次衬砌施工工艺及质量控制要点，积累了施工中的检测数据并论述了其对施工的指导作用。

关键词：拱墙；二次衬砌；台车设计；门架设计；拱架设计

中图分类号：TD262 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0093-04

1 工程概况及设计要求

1.1 工程概况

善亭隧道位于安徽省黄山市歙县境内，隧道全长3152m，最大埋深约140m，线路所经地区地貌主要为低山丘陵区，地势起伏较大。隧道设计为单洞双线隧道，进口段位于曲线上，出口位于直线上，全隧道单坡、坡度分别为12‰，进口交通较不便，出口有公路通达，交通较为便利。整个隧道按照新奥法设计、施工，初期支护为采用锚、喷、网和格栅拱架，二次衬砌采用耐久性抗腐蚀混凝土，防水等级为一级。

1.2 设计要求

1.2.1 台车设计。由于该善亭隧道二衬施工中断面尺寸变化较大，因而增加了衬砌台车设计和制造的难度，在进行台车设计过程中应满足台车使用方便以缩短循环时间，在不同断面间相互转换时应尽量减少台车的更换部件个数，应保证在多次使用泵送混凝土时台车的刚度和稳定性，同时应尽量降低台车的制造和安装成本。后经计算决定衬砌台车采用Ф125mm输送泵管送模式、全液压立模收模、自动行走形式，其中边模板和小边墙模板为全钢模板、拱顶为可调钢拱和弹性刚模板组合而成的台车。

1.2.2 门架设计。在施工中应满足相应跨段不对称加宽以及台车整体移动的需要，同时应保证台车能满足拱顶压力的要求，门架采用框架整体式门架，其主门架立柱连接梁和副门架立柱连接梁采用大型工字钢，上纵梁为钢架，门架各段间采用高强螺栓相互连接，门架内侧和立柱间采取型钢作为斜撑，共同组成三角不变体，并保证整个支撑系统和模板系统的连接始终处于理想受力范围。

1.2.3 拱架设计。由于施工中隧道内衬砌断面尺寸不断发生变化，弧段尺寸也相应发生变化，因而在相应弧段应进行特殊设计，台车在变换衬砌断面过程中应保证边模随副门向两侧水平升出，并应设置可伸缩调节钢拱来调节上部台架横梁的长度，而上部台架立柱高度则应通过调节顶部钢拱长度来满足其弧度。

1.2.4 防水设计。防水等级按《地下工程防水技术规范》（GB50108）的一级标准设计。隧道衬砌混凝土抗渗等级不小于P10。明洞拱墙采用敷设1mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料（Ⅱ型）+1～2mm厚M10砂浆找平层+防水板+3～5cm厚M10砂浆保护层。防水板厚度1.5mm、幅宽2～4m，土工布重量≥400g/m2；暗洞拱墙初期支护与二次衬砌间铺设防水板加土工布防水，防水板厚度≥1.5mm，幅宽2～4m，土工布重量≥400g/m2；衬砌环向施工缝设置中埋式橡胶止水带、遇水膨胀止水胶（地下水发育时）；底板环向施工缝设置中埋式橡胶止水带；纵向施工缝混凝土接触面设置遇水膨胀止水胶、混凝土界面剂；拱墙变形缝处设置背贴式橡胶止水带、钢边橡胶止水带、镀锌钢板接水盒和聚硫密封胶防水；仰拱沉降缝设置背贴式橡胶止水带、钢边橡胶止水带防水；水沟电缆槽施工缝采用遇水膨胀止水胶防水。

2 施工工艺

2.1 栈桥施工

由于隧道进口处于短路基和隧道连接部位，因而在洞口部位设置端刺，并在有端刺和摩擦板地段填充面施工至内轨下1129mm，以免影响隧道填充及拱墙衬砌施工；施工中为改善洞内施工环境，并对隧道基底有效保护，采取仰拱和铺底超前二次衬砌一次施工成型；仰拱施工采用I32b型钢加工自行式移动栈桥，桥长12m，分左右片设置，每片4根，底部采用δ=16mm的钢板每间距50cm一道进行双面焊接，上部采用Φ22钢筋焊接，间距8cm一道双面焊接。移动栈桥施工如图1所示：

2.2 衬砌施工工艺

2.2.1 仰拱、边墙底及填充混凝土施工。

该隧道仰拱、边墙底及第一次填充施作至内轨顶面下1079mm，拱墙台车底模定做至内轨顶以下1029mm，台车就位时，模板底部缝隙采用Φ50mm钢管和排水软管进行封堵，以防混凝土跑浆流浆和烂根；在拱墙二次衬砌混凝土浇筑且底脚混凝土凝固后先拆拱脚模板，并及时取出墙脚模板上翻将钢筋和软管，后对墙角混凝土修凿整齐。

施工中首先施作仰拱和小边墙底无防布和防水板以及纵向排水盲管和支管，在将小边墙底的无防布和防水板预埋好后则应将纵向排水盲管包裹在无防布内，之后将无防布反卷并使其与防水板和拱墙混凝土密贴，后用三通将纵向排水盲管和支管连接、固定，其端头用水泥袋密封以防在浇筑混凝土时排水支管的摆动导致水泥浆渗入支管内，后对基础表面混凝土进行凿毛处理以提高拱墙混凝土和基础的连接力，同时提高结构的抗渗能力。

仰拱开挖采取分段施工，整体浇筑混凝土；施工中位于软弱围岩段或有钢架地段应在开挖前完成钢架锁脚锚杆，每循环进尺不超过3m，施工中应结合检测数据和支护的稳定状态来调整仰拱距离掌子面间距；仰拱开挖后应及时进行混凝土施工，若存在积水则应在靠近掌子面侧开挖临时集水坑疏导抽排，确保无积水现象；仰拱成型采用浮放模板支架，仰拱超前拱墙二次衬砌，其超前距离保持3倍以上衬砌循环作业长度，若有封底混凝土要求则应在清理完毕并检查符合设计宽度、标高后方可进行。

开挖完成后应在拱墙上挂设无防布和防水板，若存在片状小股滴水地段则应采用片状盲沟，对存在集中股状出水段落则应采用波纹管盲沟，一般环向盲沟间距为20m左右，在干燥地段尚可加长，在渗水较严重地段则应适当加密，最后应将环向盲沟同纵向排水管连接，沿隧道环向每米应预留0.15～0.2m来弥补防水板和无防布的松弛度以保证其不被混凝土胀裂，同时避免重叠现象。

2.2.2 拱墙衬砌施工。

（1）二次衬砌施工要求。在二次衬砌开始施工前应保证隧道周边变形速率明显趋于减缓；隧道累计位移值，已达到极限相对位移值的80%以上；拱脚水平收敛小于0.2mm/d，拱顶下沉收敛速度小于0.15mm/d；初期支护表面裂纹不再继续发展。若围岩变形过大或者不收敛，又难以补强时，可提前施作二次衬砌，但应给予加强处理。

（2）支护变形控制要求。拱墙二次衬砌施作应在围岩和初期支护变形基本稳定后进行，变形基本稳定应符合：隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和；拱脚水平收敛小于0.2mm/d，拱顶下沉收敛速度小于0.15mm/d；或施作二次衬砌前的累积位移值，已达到极限相对位移值的80%以上要求；对于松散堆积体、浅埋地段等特殊情况应在初期支护完成后及时施作；若围岩变形过大或初期支护变形不收敛，又难以及时补强时，可提前施作以改善施工阶段结构的受力状态，但在该种状况下应加强二次衬砌。

（3）拱墙衬砌施工。该工程二次衬砌采用自制全液压钢模衬砌台车，拱墙一次衬砌成形。隧道拱墙二次衬砌采用12m衬砌台车，整体浇筑。台车预留足够空间以供其他施工机械和通风管穿行。门架结构、支撑系统及模板的强度和刚度应满足各种荷载的组合模板台车的外轮廓在灌注混凝土后保证隧道净空，门架结构的净空应能保证洞内车辆和人员的安全通行。模板台车采用带有气囊的端模以防漏浆。

隧道拱墙衬砌在围岩及初期支护变形基本稳定后进行，由于该隧道洞口埋深浅且偏压严重，开挖支护达到一个衬砌循环后应停止掘进，待施作完衬砌后再开始开挖。对有钢筋地段施作钢筋笼，并施作对该位置的预埋件，预留洞和预埋照明、通风、消防等所需的洞室和线路管、孔、槽。经检查合格后方可进行下一工序台车就位，隧道衬砌台车采用自行液压混凝土衬砌台车，衬砌台车定位采用全站仪进行放样，通过严格控制台车行走轨道的平面位置，应确保台车中线和隧道中线一致，测定浇筑位置平面和拱顶高程，再通台车的液压系统将台车模板推到设计位置，待拱墙模板成型后固定，并应测量复核无误后则可加固台车，封台车端头模板。在衬砌台车架立前，按隧道中线和标高，对开挖断面进行复核和整修。在浇筑二次衬砌前，对基础混凝土进行清理，凿毛拱墙基础或仰拱顶面混凝土，铺设止水条并自检防水系统设置合理准确后方可进行下一工序台车就位的施工。

在进行衬砌混凝土施工前首先应检查铺设的环向排水管和排水板材料合格，任何地段均不应该存在裂隙和破损现象，同时应控制防水板的铺设松紧度以保证其在混凝土浇筑时不被撕裂；应在浇筑混凝土前在台车模板表面涂刷脱模剂，同时应保证模板接头整齐平顺，挡头板同岩壁间隙应嵌堵严密；应严格控制轨道中心间距，在台车就位时应先调整顶模中心标高，接着可通过调节支撑梁上横向丝杆来调整台车中心线位置，后则可通过调节侧向丝杆电动调节装置来调节边模的张开位置，待调整到位后则可将翻转模和底脚斜撑丝杆放下，以保证其同基础或仰拱混凝土连接紧密，同时应检查并采用液压和螺旋千斤顶来调节小边墙位置标高。

施工用混凝土由自动计量拌合站集中拌合后运输至浇筑地点，然后由混凝土输送泵泵送入衬砌台车模板内。浇筑前用清水冲洗基础，以将浇筑面的泥浆、岩渣、油污、有害的附着物和松散物等清除掉，并应先在基础上浇筑一层3～5cm厚的细石混凝土。增强拱墙混凝土与原基础或仰拱混凝土的粘接。灌注混凝土自下而上，先墙后拱，对称浇筑。浇筑时混凝土自由倾落高度不宜超过1.5m，若超过该值则应采用滑槽、串筒等器具，或通过模板上预留的孔口浇筑以防止离析现象；施工中可在衬砌背后预埋注浆管，待混凝土达到强度后进行衬砌背后回填注浆以保证衬砌混凝土与防水板及初支之间相互密贴；浇筑后的混凝土采用插入式振捣器配合附着式振动器振换捣混凝土，振捣标准为混凝土表面不再下沉，无气泡溢出，表面开始泛浆为止，既防漏振，致使混凝土不密实，同时应防止过振而导致混凝土表面出现砂纹，特别是内模反弧部分要确保捣固充分，避免出现气孔、气泡现象，拱顶位置设置附着式振动器，在浇筑拱顶最后一车混凝土时，要求将混凝土的坍落度控制在允许范围的上限180mm，利用混凝土的流动性，确保拱顶混凝土填充密实和饱满，在拱顶窗口关闭前需要估计拱顶剩余混凝土，并预埋西5cm漏浆管，将漏浆管的进口预埋在拱顶最高位置，当从漏浆管流出浓浆时，混凝土泵方可停止泵送。

初期支护变形稳定前施工的二次衬砌，应待混凝土强度应达到设计强度的100%后方可拆除模板；初期支护变形稳定后施工的二次衬砌，拆模时的混凝土强度应达到8.0MPa，若混凝土湿度不足则应在脱模后喷雾洒水养护，养护期14天。

2.3 数据监测、整理和分析

工程监控量测是施工质量控制的核心内容之一，该工程委派专业人员随施工进度及时进行数据监测，并在取得监测数据后，及时整理分析。通过将原始数据进行大小顺序排序等方法，并用频率分布的形式将该组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算以及离群数据的取舍；之后进行回归分析和曲线拟合，绘制量测数据的时态变化曲线图和距开挖面关系图；在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力-时间关系曲线，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况。

2.3.1 将量测记录及时输入计算机系统，根据记录绘制纵横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移μ时间t的关系曲线，如图2和图3所示：

2.3.2 若位移-时间关系曲线如上图中所示出现反常，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应加强支护，必要时暂停开挖并进行施工处理。

2.3.3 当位移-时间关系曲线如上图中所示趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。

2.3.4 各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定后，进行二次衬砌的施作。

2.4 防水施工

2.4.1 施工准备及基面处理。铺设防水板前对初期支护表面进行锤击声检查，同时辅以其他物探手段，发现空洞及时进行注浆回填处理。对初期支护的渗漏水情况进行检查，根据渗漏水处的大小，采用注浆堵水或排水盲管、排水板将水引入侧沟，保持基面无明显渗漏水。并彻底清除石子等各种异物；应保证基面平整，不能出现酥松、起砂、无大的明显的凹凸起伏。表面应进行喷射砼或抹水泥砂浆找平处理；应将钢筋头、铁丝、凸出在作业面上的各种尖锐物体清除，并且清除地面积水；根据实际拱墙标高尺寸，定好基准线，准确无误地按线下料；施工设备如电热压焊器、热融固定爬行式热合机、检漏器、电闸箱等，在工作前要做好检查和调整。确保设备正常运行，在新进场材料前，应进行防水板焊接工艺性试验，得出防水板材与焊接爬行速度、温度等最佳参数，保证防排水工程质量。

2.4.2 缓冲层固定（土工布）。在拱顶正确标出隧道纵向的中心线，再使缓冲层的横向中心线与拱顶的标志重合，从拱顶开始向两侧下垂铺设。缓冲层应平整顺直地铺设在基层上，搭接宽度不得小于5cm，用气枪将带防水板垫片的射钉将缓冲层固定在基层上，每幅缓冲层布置适当排数垫片，每排垫片距待铺防水板边缘40cm左右，垫片间距：底部1.0～1.5m，边墙0.8～1.0m，顶部0.5～0.8m。呈梅花形布置，基面凹凸较大处应增加固定点，使缓冲层与基面密贴。特别是当射钉凸出热熔衬垫时，必须用工具将其钉入衬垫以下，严防防水板铺后戳穿防水板。

2.4.3 防水板材的铺设、固定。防水板采用防水板铺挂作业台车。防水板铺挂作业台车采用型钢焊制而成，要求轻便、灵活、方便施工，并与模板台车行走同一轨道；台车前端，安装与二次衬砌内轮廓一致的刚架和扶梯，供作业人员检查初期支护的平整度和轮廓尺寸。

防水板材的铺设焊接。防水板铺设应超前二次衬砌施工1～2个衬砌段长度，在焊接前必须将接缝处擦洗干净，且焊缝接头应平整，不得有气泡褶皱及空隙。防水板采用双焊缝，单条焊缝的有效焊接宽度不应小于15mm。用调温、调速热楔式自动爬行式热合机热熔焊接，细部处理或修补可采用手持焊枪焊接，自动爬行式热合机热机有“温度”和“速度”两个控制因素，焊楔湿度高时，焊机行走速度应快，焊楔温度低时，焊机行走速度应慢。在焊接前应依据板材的厚度和自然环境的温差调整好焊接机的速度和焊接温度进行焊接。焊接完后的卷材表面留有空气道，用以检测焊接质量。防水板焊接见图4。

先在隧道拱顶部的土工布上标出隧道纵向的中心线，再使防水卷材的横向中心线与这一标志相重合，将拱顶部的防水卷材与热融衬垫片焊接，采用防水板专用融热器对准热融衬垫所在位置进行热合，一般5秒钟即可。焊接完后应立即用湿毛巾按住冷却后方可松手，以免焊接处在高温未退下时扯坏，焊接好后两者粘结剥离强度不得小于防水板的抗拉强度。在进行洞内焊接时，应先将两副防水板铺挂定位，端头各预留20cm，由一人在焊机前方约50cm处将两端防水板扶正，另一人手握焊机，将焊机保持在离基面5～10cm的空中，以试调好下部防水板必须压住上部防水板，铺设松紧应适度并留有余量。实际长度与初期支护基面弧长的比值为10∶8，以确保混凝土浇筑后防水板表面与基面密贴。

防水板纵向搭接与环向搭接处除按正常施工外，应再覆盖一层同类材料的防水板材，用热熔焊接法焊接；环向搭接时，下层防水板应压住上层防水板进行焊接；在焊缝搭接的部位焊缝必须错开，不允许有三层以上的接缝重叠。焊缝搭接处必须用刀刮成缓角后拼接，使其不出现错台。

（责任编辑：叶小坚）