公路隧道衬砌结构及二次衬砌施工要点分析

刘 健

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

公路隧道衬砌结构及二次衬砌施工要点分析

刘 健

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

介绍了隧道衬砌的五种结构类型，以复合式衬砌为例，分析了二次衬砌施工的要点，并从衬砌台车施工、钢筋制作焊接、混合料拌制、运输、拆模、养生等方面作了阐述，以保证隧道的安全性。

隧道，衬砌，施工

0 引言

我国自进入21世纪以来，公路隧道建设取得了日新月异的成就。据统计，截止2013年年底，我国公路隧道总数共计11 359座，隧道总长度为9 606 km。随着我国基础设施建设向中西部地区转移，无论是公路隧道建设规模,还是建设速度,都位居世界第一，且呈现出逐年快速增长的趋势，年均增长率在20%以上。特别是随着一大批重大工程的相继建成，如秦岭终南山隧道、上海崇明隧桥、厦门翔安海底隧道等，均表明我国的特大型公路隧道建设水平已接近国际先进水平，部分已达到国际领先水平。

在隧道结构中，隧道衬砌的作用在于承受围岩和地下水压力和支护结构自重，有效防止围岩向隧道内变形和风化，保证隧道的稳定性和运营的安全性。在一些工程中，隧道衬砌还具有承受化学侵蚀和冻害影响等的功能。因此，确保衬砌施工中的质量关，是保证隧道使用年限长久的关键。

在公路隧道施工中，二次衬砌是一种作为安全储备的重要的工程措施。二次衬砌是使用混凝土等材料修建的内层衬砌，应做到内实外美，颜色均匀，表面圆顺，无锈迹和麻面。二次衬砌对隧道的内壁能够起到有效的加固支护，保证隧道在运营使用中的稳定、安全、美观。

1 隧道衬砌结构类型

在隧道工程中，按设计和施工要求，合理选择适用的衬砌结构，确保隧道使用年限的长久。在隧道施工中，常用的衬砌结构主要有五种类型，分别为喷锚衬砌、整体衬砌、复合衬砌、装配式衬砌和连拱式衬砌。常见的衬砌类型及使用范围分别如表1所示。

表1 常见的衬砌类型及使用范围

1)喷锚衬砌。

喷射混凝土是利用空压机将混凝土混合料直接喷射到隧道围岩表面上，确保岩面实现有效封闭，具有的加固和填充效果显著。该法的特点在于充分发挥围岩自身的承载性能，通过显著提升其整体性来避免围岩应力的集中，防止出现变形、掉块和坍塌等现象。

锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体钢筋，与岩体融为一体，起到加固围岩、维护围岩稳定的目的。利用锚杆的悬吊作用、组合拱作用、减跨作用、挤压加固作用，将围岩中的节理、裂隙窜成一体，提高围岩的整体性，改善围岩的力学性能，从而发挥围岩的自承能力。锚杆支护不仅对硬质围岩，而且对软质围岩也能起到良好的支护效果。

2)整体式衬砌。

这是一种比较传统的支护结构形式。该法的特点在于不考虑围岩自身的承载性能，对于地层、围岩等的变形主要通过衬砌结构来承担，确保衬砌结构具有显著的刚度来支撑围岩，承受其压力。

整体式衬砌采用就地整体模筑混凝土衬砌，可设计为等截面或变截面，通过在隧道内架立模板、拱架，然后浇筑混凝土而成。该法适用于不同的地质条件，在我国隧道工程中广泛使用。

3)复合式衬砌。

主要由初期支护、二次衬砌和中间防水层等结构组成。该法适合多种地质条件，技术较为成熟，是我国目前公路隧道最好的衬砌结构形式。

在初期支护中，选择使用喷锚支护是一种有效、及时的支护方式。该法具有的柔性特征，使得其在一定程度上具有随围岩变形而变形的特点，这对发挥围岩自身的承载性能具有重要意义。在二次衬砌中，一般选择使用刚度较大、整体性好和外观平顺的钢筋混凝土衬砌。为确保隧道的稳定、安全和美观，在二次衬砌施工中，衬砌截面应符合连接圆顺、等厚的要求，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。

在隧道衬砌结构施工中，为确保隧道运营的安全和长久，应预留一定的围岩变形来释放集中的部分应力，以将衬砌所承受的变形压力降至最低。预留变形量的大小应根据围岩地质条件，采用工程类比法确定。

4)装配式衬砌。

目前基本限于使用盾构法施工的城市地下铁道中应用。该法是先将衬砌批量生产，再运入坑道拼装成型。其特点在于组装成型后即可承受荷载，不需要进行养生，能够有效缩短工期，克服了整体式混凝土衬砌在灌注后不能立即承受围岩压力，必须经过一个养生的时期，施工进度受影响的缺点。但该法需要坑道内具有足够的拼装空间，制备构件尺寸上要求一定的精度，接缝多容易导致防水困难。

5)连拱式衬砌。

该法的特点在于将两隧道间相邻的边墙连成一个整体，一般是使用钢筋混凝土结构来代替两隧道之间的岩体，是一种双洞拱墙相连的结构形式。

在公路隧道中，复合式衬砌是最常用的衬砌结构，二次衬砌是对围岩施加的二次刚性支护。随着我国经济持续稳定的发展，高速公路隧道工程对二次衬砌质量提出更高的要求，特别是防水等级必须达到一级防水。二次衬砌不仅必须满足结构安全使用，美观的要求，还不允许渗水，表面无湿渍，且必须具有强度高、耐久性好等性能。

2 隧道的二次衬砌施工要点

隧道二次衬砌的施工质量控制十分重要，是确保隧道安全运行的重要结构，在高速公路建设中占据举足轻重的位置。在本文中，以使用整体式液压衬砌台车以及混凝土泵送入模浇筑法施工为例，进行二次衬砌施工的介绍。

在施工前，先对初期支护质量和净空断面检测，只有在初期支护质量符合设计和规范要求，当围岩和初期支护变形基本稳定，隧道周边变形速率明显趋于减缓，初期支护表面裂隙不再继续发展，且断面净空能保证二衬厚度的情况下才能进行二衬施工。

2.1 衬砌台车

在隧道主洞二次衬砌施工中，选择采用整体式全断面钢模液压衬砌台车进行施工。应根据路线半径合理确定衬砌台车长度，一般为8 m～12 m。为防止台车变形，其面板钢板的厚度应不小于1 cm，使用自制钢模和木模作为台车的挡头模。台车拱部提升液压应具有锁定和定性支撑装置，这避免出现拱部混凝土浇筑时的下沉现象。为确保施工质量和安全，应确保门框架与面板间的撑钢数量和其刚性。为防止门框架出现的向内变形，应做好门框架的倾斜支撑，必要时设置纵梁间的横向支撑。

2.2 钢筋制作及焊接

在洞外按设计要求进行钢筋加工。选择一块较平整场地作为钢筋加工棚进行钢筋冷拉作业。在钢筋加工棚内，按照钢筋的设计规格和要求放出大样，然后进行下料施工。将加工成型的钢筋运进洞内按设计要求进行绑扎，并进行焊接作业。使用闪光对焊或搭接焊进行螺纹钢筋的焊接，按要求进行一些辅助设施的焊接可在平台上进行。

2.3 混合料拌制

混合料拌制采用拌合楼集中拌制的方式。为确保混凝土质量，确保原材料质量符合配合比要求，进料装置必须具有全自动计重功能，以便实时监控进料状况。在拌合过程中，应指定专人进行原材料进料质量控制，确保进料偏差符合设计要求。

在原材料拌合前，应实时监控粗细骨料含水量变化情况，以便对混合料配合比及时进行调整。为保证混凝土入模温度符合设计要求，可通过在原料堆放场搭设遮阳棚、使用低温水进行搅拌等措施使得拌合物温度有效降低。

进行搅拌作业时，先按设计要求将一定量的细骨料、水泥、矿物料和添加剂投入后进行搅拌。待搅拌均匀后，再加入适量的水进行充分搅拌均匀。最后加入一定量的粗骨料搅拌均匀即可。搅拌过程中的关键在于搅拌时间控制。在施工中每一阶段要求的搅拌时间不得少于30 s，总搅拌时间控制在2 min～3 min为宜。

2.4 混合料运输与浇筑

制备好的混合料采用运输罐车运送至施工现场的方式，运送至施工现场的混合料应具有良好的施工和易性。为确保施工质量，应避免混合料在运输途中出现离析和漏浆。否则，在混合料入模前，应启动罐车重新进行拌和。

混合料采用泵送入模的方式进行浇筑。在浇筑前，为有效减少脱模时的黏粘，应在钢模外表面均匀涂抹一层脱模剂。在浇筑顺序上，按照“先下后上，左右同步”的原则，先从两侧的最下排工作窗口同步进行，待浇筑平齐至工作窗口时，关闭最下排窗口，再进行两侧的第二排的灌注，依次类推，直至拱顶输料管处关闭阀门进行封顶。

浇筑作业应连续进行，应尽量缩短施工间隔时间。当施工间隔时间在2 h及以上的，则需要按照浇筑中断，必须进行工作缝处理。

采用插入式振捣棒进行振捣作业，按“快插慢拔”的原则进行，每次(插拔一次算一次)的振捣时间控制在10 s～30 s为宜。在施工中，振捣棒应等距插入，以避免出现漏捣和过捣。为确保衬砌结构的整体性，前后两次振捣的作用范围应具有一定的重叠，以确保振捣效果。混凝土分层浇筑时，为确保振捣的密实性，要求浇筑层厚不得超过棒长的1.25倍，且振捣棒插入下层的深度不得少于5 cm。在振捣过程中，严禁振捣棒碰触钢筋和模板。

2.5 拆模

二次衬砌施工是在初期支护变形稳定后进行的，要进行拆模作业，则要求混凝土强度达到8 MPa以上时方可进行。若初期支护尚未稳定就进行二次衬砌施工的，要进行拆模作业，则要求混凝土强度达到设计强度100%以上方可进行。在特殊情况下，拆模时间也可以根据试验及监测结果合理确定。混凝土拆模后，应防止施工中的其他作业碰撞衬砌表面。

2.6 养生

拆模后应立即进行混凝土的不间断养生。在养护期间，要求其内部温度控制在60 ℃～65 ℃为宜。做好养护期间温度监测和控制，要求混凝土内部与表面、表面与环境之间的温度差均应控制在20 ℃左右，要求养护用水与混凝土表面的温度差控制在15 ℃以内。

3 结语

在公路隧道工程中，只有做好隧洞的衬砌工作,才能保证工程质量。在我国，复合式衬砌是最常用的衬砌结构。在施工中，做好二次衬砌施工质量控制十分重要，在公路建设中占举足轻重的位置。在隧道二次衬砌施工过程中，严格落实施工工艺和流程，坚持做好过程控制，实现对隧道二衬施工质量的有效控制，取得良好的社会效益和经济效益。

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[2] 李建生.浅谈隧道快速衬砌模板台车施工技术[J].攀枝花学院学报(综合版)，2013(1)：98-99.

[3] 陈建勋,李建安.公路隧道二次衬砌厚度的优化[J].交通运输工程学报，2006(3)：263.

Analysis on highway tunnel lining structure and secondary lining construction key points

Liu Jian

(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupLimitedCompany,Jinzhong030600,China)

This paper introduced five kinds of tunnel lining structure types, taking the complex lining for example, analyzed the main points of secondary lining construction, and from lining shutter construction, steel welding, mixture mixing, transport, form stripping, health maintenance and other aspects made elaboration, to ensure the safety of tunnel.

tunnel, lining, construction

2015-08-20

刘 健(1983- )，男，工程师

1009-6825(2015)31-0162-02

U455.91

A