试论隧道工程二次衬砌施工工艺

张河勇

（三明市高德勘察设计有限公司， 福建 三明 365000）

1 工程概况与设计原则

1.1 工程概况

本隧道工程的讫桩号为：K12+480 至K13+375，全长896 米，为单洞双向行车隧道，在洞口段上覆盖砂岩残积粘性土，中层为风化砂岩。

1.2 设计原则

隧道工程二次衬砌施工结合实际路段，综合分析地形指标，以工程造价和环境保护为前提，分析隧道进出口地质和施工条件、隧道长度和排水等多方面因素，设计原则为：

1.分析隧道路段周边地形、地质、水文和生态情况等综合条件，按照隧道规模和自身结构等制定施工方案，尽量将隧道轴线设置在地质环境好的地下，洞口处地质环境好，有利于施工顺利进行。

2.在施工工程中重视隧道工程二次衬砌设计中的环境保护，坚持以生态平衡为前提，尽量减少施工对自然环境的破坏，将隧道和自然环境融为一体。

3.整个设计过程遵循全寿命周期成本的工作理念，使用先进技术，将动态跟踪设计引入到隧道工程中，加入综合分析，以期提升整个工程持久性，保证后期维护工作的有效进行。

2 隧道工程二次衬砌施工工艺研究

2.1 主要施工方法

隧道中二次衬砌施工，总体上使用光面爆破，外墙处使用预裂爆破，最大程度保持周边岩体完整性，减少挖掘量，提升初级支护承载能力。该工程的隧道使用V 级围岩地段形式，预留中心土的形式施工，将Ⅴ、Ⅳ级围岩路段当做二次衬砌的重要承力结构，紧随核心土开挖掌子面。结合受力需求，隧道纵向在地质变化和衬砌时变化的位置，设置沉降缝和边墙的施工标准。

2.2 明暗洞施工

明洞处二次衬砌施工使用的是60 厘米厚的钢筋混凝土结构，填土高度不能小于2 米，填土横坡在20%的时候，最大填土厚度到5 米。明洞最低承载力为300KPa，待设计强度符合标准后，再回填，令压实度高于90%。然后进行结构计算，如回填土荷载、自重荷载和坡顶滚石冲击荷载等，使用浆砌片石回填边墙时计算地基弹性抗力。明洞施工过程中还要明确设计图纸，在边墙处浆砌片时回填上保证密实，使用回填土也要有对称性，不允许超过回填设计厚度和横坡度，充分保证施工条件和实际施工吻合，如发现地质条件和设计值相差较大，就要及时反应出相对策略，作出科学的处理。

隧道中二次衬砌施工则是按照新奥法原理开始设计，使用复合式手段，即先使用喷、网和锚等手段，二次衬砌则根据围岩级别的不同种类，使用钢筋混凝土或者素混凝土一同衬砌。如果使用复合衬砌参数，则结合围岩级别、工程地质水文条件和隧道埋设深度等进行对比对照，对整个施工过程进行模拟分析和整理，掌握围岩和结构应力发展和变形的过程，进而调整施工参数。最后使用计算软件，核算初期支护、二次衬砌等涉及强度，并精准测量围岩数据。

按照隧道深埋和荷载力的不同，此工程设计三种形式的复合式衬砌方案，如表1：

表 1 复合衬砌支护参数表

施工地段中的隧道洞口处，加强段Ⅴ级围岩地段处，因为岩体风化严重，稳定时间较短，洞口处挖掘跨度大，二次衬砌施工需要承担的荷载度也大，因此使用承载性强的C25 钢筋混凝土结构，并在Ⅴ级围岩处的二次衬砌紧跟掌子面。Ⅳ和Ⅲ级围岩层，因为稳定性强，可以在一定程度上产生稳定的承载拱，所以按照结构的实际承担力度使用适合的混凝土材料。施工过程中一定要注意前期施工中支护的变形和稳定性监测，科学制定二次衬砌的施工时间，尽量提升隧道建筑的整体承载能力。

2.3 辅助施工

本隧道施工过程中使用的辅助施工措施有下面几点：

1.超前长管棚位于Ⅴ级浅埋围岩洞口，材料为节长三米和六米的热轧无缝钢管，环向间距为45 厘米，使用丝扣连接，然后在距离钢管尾端4.5 米处钻压浆孔。钢管安置在衬砌拱部，令钢管的位置不能偏离标准20 厘米，隧道纵向在同一断面中接头数量不能超过50%，两个相邻的钢管的接头也要错开1 米左右。思考到钻进中的下垂性，将钻孔方向沿着钢管中位置向上偏1 度，令成洞面稳定，在二次衬砌施工中加入长和厚分别为2 米和60 厘米的混凝土套拱。利用测量仪器测定钻孔位置和方向，并在钻进时使用测斜仪器测定钢管的倾斜程度，及时纠正歪斜的钢管，保证开挖和支护的正常进行。

2.超前注浆小导管，经常被运用于V 级围岩，小导管使用3.5 米长的热轧无缝钢管，距钢管尾部1 米处钻压浆孔。环向间距40 厘米，将外插角控制在12 度左右，从钢架处穿过，每排导管纵向处至少互接1 米。

3.超前锚杆，被运用于Ⅳ级围岩地段，保证围堰的稳定性与安全性，超前锚杆使用3.5 米长的药卷锚杆，环相间距为40 厘米。纵向搭接长为1 米。实际施工是锚杆方向随岩体结构确定。

4.加固注浆，此过程分为小导管、长管棚和周边加固注浆等，运用于Ⅴ级、Ⅳ级围岩地段，利用注浆手段，提升围堰自身的承载能力，增强岩体中结构的弹性抗力，优化工程结构，长管棚和小导管注浆都是根据洞口长管棚和洞内小导管进行的敷设钢管，周边架构注浆则使用D25 中空注浆系统。

注浆技术使用的是单液注浆方法，不但简化施工技术，还能减少造价，提升建筑结构的固定性，所以注浆前要先进行单液注浆试验，原料以水泥为主，按照质量比灌入一定比例的水玻璃，如单液注浆，起到巩固围岩的目标。在隧道中的注浆参数为：水泥浆水灰比为1:1；玻璃水浓度为35%；注浆压力为0.6MPa 左右。

2.4 二次衬砌施工质量控制

一方面，准备工作的质量控制。施工前的准备工作很重要，二衬浇筑前，做好相关设备的运维，如输送管道中的清洁和振动棒的检修等。准备材料，如碎石、水泥和沙子。二次衬砌中混凝土使用量变化很大，这和初次衬砌有关系。如围岩处开展的二次衬砌，一台12 米长的衬砌台车浇筑混凝土一次可浇筑110m3左右，但是二次衬砌浇筑混凝土的量很多，搅拌站就要多准备一些原材料，为实际用量的3 倍左右。

另一方面，施工中，做好结构防排水的控制，二次衬砌中的边墙和拱部等主要区域的混凝土抗渗等级不能小于P8，斜切断和明暗洞处的拱墙的抗渗等级不能小于P12。隧道拱墙环处向施工缝中埋设橡胶式止水带，并在明洞路段处设置一条变形缝，宽度为2 厘米，在此填充聚苯板，并添加钢边橡胶，加设止水带。

3 结论

随着交通建设的发展，隧道工程越来越多，隧道施工的影响因素更多，如果有一个环节不能精准把握，会出现较大损失。二次衬砌作为隧道的主要承载结构层，二次衬砌施工质量在整个隧道施工中尤为重要，应引起广大隧道建设者们的高度重视。