黄土隧道大挖方段明洞拱墙衬砌快速施工技术研究

张海成

（中铁二十二局集团第四工程有限公司 天津 301700）

1 工程概况

银西铁路宁县一号隧道位于甘肃省庆阳市宁县新宁镇境内，出口位于黄土塬边缓坡坡脚。隧道经过的地层为第四系全系统滑塌错落堆积层、洪积层，上、中更新统风积黄土，白垩系下统砾岩、砂岩及泥岩。

DK198+325～DK198+500段线路原设计为路堑，路堑开挖和边坡防护工程量较大，土质松散且为偏压状态，安全隐患较大。为彻底消除安全隐患，保护周边环境，此处路堑变更为路堑式明洞，拱墙衬砌结构采用厚90 cm的钢筋混凝土结构，两侧采用土石进行回填[1]。

2 拱墙衬砌施工方案

传统的明洞拱墙衬砌施工方法多采用定位衬砌台车后再绑扎钢筋，外模采用小型钢模板或小木板与钢筋连接加固，形成包裹混凝土的封闭空间。此种方法的模板施工时间长、耗损多、且混凝土外观质量无法保证，进而影响防水施工。

结合宁县一号隧道出口段新增明洞的现场实际情况，明洞拱墙钢筋安装采用钢筋绑扎台车，内模采用12.2 m长的全断面整体液压自动行走钢模台车，外模板采用整体钢模板，形成前端钢筋绑扎，中间衬砌台车定位、后部钢外模整体拆模前移的平行交叉作业模式[2]。

3 拱墙衬砌施工关键技术

本段深挖路堑式明洞采用多作业面连续施工，由于施工任务大量集中，对现场和实体质量的把控是一项重点内容。因此，在施工过程当中对如下主要工序进行严格控制。

3.1 土方开挖与边坡防护

3.1.1 土方开挖

土方选择枯雨期施工，由明暗交界段向外开挖，施工中按照“由上至下、分级开挖、边挖边防”的基本原则施作。土方开挖前先施作边仰坡临时截水沟，以截排地表水，截水天沟距边仰坡开挖边缘不小于2 m，排水沟与现有排水系统相衔接，土方全部采用运输车运输至线路以外。

开挖前测量放样，确定地面高程、开挖断面、开挖深度等参数。土方全断面逐层开挖，采用人工配合机械开挖，过程中边挖边测标高，避免超挖，距离基底20～30 cm厚度土方采用人工开挖，以防基础的受损。对机械难以开挖的范围，采用人工开挖。开挖完成后，对基底进行承载力检测，对承载力不满足要求的采取相应措施，对地基进行加固处理。为了避免地基承载力受到影响，施工中加强做好防排水工作，严禁地基受水浸泡。

3.1.2 临时边坡防护

由于明洞基槽是明洞的重要部位，加之边坡将长时间暴露，因此边坡防护是整个明洞施工的关键控制点，必须采用边开挖边防护方式。明洞拱墙位置的临时边坡坡度为1∶0.5，其余边坡为1∶1，边坡间设置3 m边坡平台，1∶0.5边坡采用锚网喷防护，网喷C25混凝土厚度10 cm，锚杆为长度3 m直径22 mm砂浆锚杆，钢筋网为φ8规格25 cm×25 cm网格，锚杆采用梅花形布置，间距为1.5 m×1.5 m。其余边坡采用骨架护坡防护，开挖防护过程中严格遵守“从上到下，挖一层，及时防护一层”原则进行施工，且边坡裸露面不得长时间放置[3]。

3.2 拱墙衬砌施工

3.2.1 模板拼装

（1）内模板拼装

内侧模板半径结合设计比隧道衬砌净空大5 cm，预防二次衬砌由于隧道沉降变形侵入隧道净空。在模板拼装时，打磨修整工作必须到位，保证模板拼装稳固牢靠，接缝严密，不漏浆。为了施工方便，模板台车两侧安装梯道、扶手及操作平台。另外为了台车就位稳固，车轮附近安装刹车装置，确保施工安全。

（2）外模板拼装

外模板采用分块式钢模板拼装结构，外模主要由面板、纵向桁架、横向桁架、纵檩等构成，面板采用厚度8 mm的Q235钢板，纵向桁架采用10 cm×15 cm的型钢，在面板背部沿隧道环向布置，间距25 cm，与面板焊接。横向桁梁采用间距为1.5 m的16工字钢，与纵向桁梁焊接。纵檩采用 20工字钢，间距2 m设置一根，纵檩与横向桁梁焊接。外模板拱部为半圆拱，下部为直立式结构，底部采用顶杆将模板底部与矮边墙紧密连接，模板顶部为2 m宽的开口，两块半圆拱模板顶部之间采用对拉丝杆栓接。

模板预留工作窗口，两侧对称呈梅花形布置，每侧设置3排，共22个窗口，模板底边向上2 m处设置第1排，向上3 m设置第2排，再向上2 m设置第3排工作窗口。

窗口尺寸50 cm×50 cm，顶部中心预留φ150孔（带模注浆用）[4]。

（3）端头模板安装

衬砌端头拱墙全环中埋式止水带采用截面呈“L”型定制的端头弧形钢模板进行固定。端头模板由内、外弧形钢板组成，分成若干节段，节段间采用钢管插销式连接，拼接严密、支撑牢固。内弧钢板采用高强度螺栓与台车主模板连接，外弧钢板与外侧钢模板连接，与内弧钢板采用钢管插销式连接。

3.2.2 衬砌钢筋绑扎

钢筋在加工棚内加工完成，采用人工配合机械将钢筋运至施工现场，在施工现场安装。衬砌钢筋绑扎时利用钢筋绑扎台车定位支撑，钢筋绑扎台车采用型钢支架组拼而成，底部为胶轮行走结构，可以自由移动，台车顶面设置钢筋卡具，以保证钢筋安装间距要求。绑扎钢筋时设置结构架立筋，增加结构的稳定性。钢筋内外层间距根据钢筋卡具定位，预防侵占净空。绑扎过程中严格控制钢筋间距、搭接长度、连接质量及保护层厚度；为更好地控制钢筋保护层，衬砌钢筋设置数目每平米不少于4个垫块[5]。

接触网预埋槽道在钢筋绑扎中安装预埋，其里程、偏距、间距等参数应严格控制。安装前使用卡具固定，定位准确牢固并与衬砌内侧主筋可靠连接，防止混凝土浇筑过程中所预埋的槽道移位。

3.2.3 混凝土施工

（1）混凝土浇筑

模板定位完成、封头模安装好，预埋件安装到位后，方可进行混凝土施工。混凝土由罐车运输，泵送入模，从最底层工作窗口开始浇筑，自下而上，从已浇筑段接头处向未浇筑方向。充分利用台车上、中、下三层窗口，分层对称浇筑混凝土，分层厚度不得大于40 cm，浇筑过程中采用逐窗浇筑系统将混凝土输送入模，混凝土浇筑时的自由倾落高度不能超过2 m，台车前后不超过0.6 m，左右两侧高差不超过0.5 m，要连续浇筑，间歇超过1.5 h时，按施工缝处理。浇筑到快要平齐工作窗口时，关闭此处浇筑窗口，从上一排窗口浇筑，以此类推，最后在顶部开口处封顶收面。浇筑混凝土过程中，混凝土输送泵操作手应控制好浇筑速度，以防由于速度过快、冲击力大而使模板受到泵管撞击，致使模板移位[6]；另外在浇筑过程中，左右侧对称同步浇筑，两侧混凝土浇筑面高差严格控制在0.5 m以内，防止模板台车因偏压而移位。混凝土保持其匀质性，做到不分层、不离析、不漏浆。

（2）混凝土振捣

在浇筑混凝土时，振捣采用插入式振捣棒、附着式振动器振捣，振捣完毕后，振动棒应竖向缓慢拔出，不得在浇筑窗口内平拖，以保证混凝土质量。

边墙处浇筑混凝土每层厚度不得大于50 cm，振捣采用插入式振捣棒，振捣宜竖向快插慢拔，振捣时间宜为20～30 s。边墙两端处采用附着式振动器振捣，时间宜为10 s。混凝土表面呈平坦一致、泛浆、不再冒气泡时宜停止振捣；起拱线以上部位浇筑，每层厚度控制在40～50 cm范围内，严格遵循“分层连续浇筑，分层振捣”的原则，振捣采用拱部附着式振捣器振捣，振捣时间宜为10 s[7]。

浇筑振捣过程中安排专人观察模板台车加固构件、预埋槽道及其他预埋件情况，当发现有松动、移位、变形迹象时，应及时采取相应加固措施[8]，以便得到有效的控制。

3.2.4 脱模、养护

混凝土强度达到设计要求后开始脱模，外模板脱模时，先拆除封端模板和矮边墙底部外模顶杆；半圆形模板顶部向伸长的方向间隔调节对拉栓接的丝杆，使模板与混凝土分离；缓慢拆下对拉栓接丝杆，用吊车将钢模板吊移[9]。脱模后及时进行养生。外侧采用土工布覆盖洒水湿润养生，内侧采用雾炮机将水雾均匀喷洒至混凝土面进行养生，养护时间不小于14 d。

3.2.5 明洞防水及回填

（1）防排水施工

明洞衬砌外模板拆除，且拱墙混凝土强度达到要求后，应及时施作防排水层。明洞衬砌外沿铺设防水板、土工布和膨润土防水毯，防水板应向隧道内延伸不小于0.5 m，并与暗洞防水板连接。铺设基面应平整、圆顺、无漏水现象，防水板铺设松弛度要适宜，防水板搭接采用热熔爬焊机双焊缝焊接，单道缝宽不小于15 mm，搭接宽度不小于150 mm，焊接应牢固，不得有烧焦、破损、渗漏现象。防水板及土工布下端铺至纵向盲管底部位置，纵向盲管高度侧设碎石反滤层作为排水体，通过PVC泄水管将洞外积水引入侧沟内排出。拱脚处设置纵向排水管、三七灰土封闭层和碎石反滤层。纵向排水管与横向排水管及暗洞中的纵向排水管连接。纵向排水盲沟坡度与线路纵坡一致，盲沟底标高为轨面标高向下0.2 m[10]。

（2）明洞回填

为防止浇筑完成后的明洞长时间暴露，在衬砌浇筑及防水等工序完成后及时回填明洞。回填两侧时，土石应均匀对称，并分层夯实，其两侧回填高差应小于0.5 m，避免侧墙受到偏压而影响墙身结构。夯实过程中，人工夯实每层不得大于0.2 m，机械夯实每层不得大于0.3 m，回填夯实时安排专人指挥施工，防止防水层受到损伤。回填至拱顶后横向全宽填筑，分层回填并夯实，严禁机械任意抛填。

4 拱墙衬砌施工技术控制要点

（1）坚持平行流水作业模式，按照前端钢筋绑扎、中间衬砌台车定位、后部外模整体拆模前移的施工组织方式平行交叉作业。

（2）合理设置边坡防护及防排水系统，施工期间始终保持良好排水状态，避免积水影响施工。

（3）外侧钢模板拼缝处错台处理时，应对模板板块拼缝焊接，并将焊缝打磨平整，形成整体式大模板。千斤顶调整模板高程时，动作应同步、均衡。

（4）混凝土浇筑时，严格执行分窗逐层浇筑法，由下向上浇筑，并振捣密实，注意钢筋定位及钢筋保护层垫块强度和数量，另外保证预埋件平面位置和数量的准确性。

（5）施工期间设专人用仪器结合施工进度随时观察模板的挠度变形情况，并做好记录，如发现异常，及时分析原因，采取措施。

（6）拆模时衬砌台车及外侧钢模板均应缓慢前移，防止刮伤刮坏明洞衬砌表面。拆模后及时采用土工布覆盖混凝土洒水湿润养护。

（7）衬砌防水板施工时，应清理明洞外面外漏钢筋，防止外漏钢筋损坏防水板。另外，明洞夯填时小心施工，防止防水板和土工布受到损坏[11-12]。

5 结束语

宁县一号隧道出口明洞采用此种平行交叉作业模式后施工进度明显加快，衬砌混凝土内外表面平整、光洁。在确保工程安全质量的前提情况下，合理组织施工顺序、优化资源配置及施工方案，能明显提高施工效率，缩短工期，节约成本，可为今后类似项目施工提供丰富经验借鉴。