京雄城际铁路明挖隧道施工关键技术

宋向荣，杨海生

(中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000)

隧道采用明挖方法施工相对简单，具有安全可控、施工进度快等优势，是浅埋式隧道主要采用的施工方法。对于有一定埋深的超长隧道工程，在考虑增加作业面以提高施工效率的情况下，也会采用明挖法进行施工。然而，由于工作面铺展较大，工序往往比较繁琐，质量控制存在不稳定的风险；其次，这种施工方式为工程管理带来了较大挑战，在统筹不良的情况下，易产生不可预见的成本消耗；加之，露天作业面对环境的扰动也比较大，环境保护压力大。

目前关于隧道施工的研究主要集中在安全风险控制方面，对施工过程中土体的稳定性进行监测、处理或者预警，或提出针对复杂地质状况的处理方法，但对总体施工技术的优化程度存在不足。

标准化的主要原理是：将成熟的技术形成固定的操作流程与规程，从而利用其重复性的强化作用，降低技术失控风险。采用标准化理念再造明挖隧道的施工技术，能够大幅度降低工程质量风险。高度集约型的生产模式，可以更为合理地分配生产资源，降低资源消耗，适应绿色环保的要求。

目前，建筑与桥梁工程领域开展了大范围的标准化施工技术的应用，大多数采用了预制装配生产模式，以提高构件的生产质量，减少人工投入，发挥机械成本优势，实现最大化的经济效应。隧道工程与建筑或桥梁工程存在差异，需要在既有地质条件下开展现场作业，标准化程度由此受限。

明挖方法可将作业条件规则化，为隧道的标准化作业提供基础条件。液压台车等可移动设备也使得移动工厂的概念逐渐实现。

该文以京雄城际铁路明挖隧道为背景，开展大断面隧道工程的防水、钢筋、混凝土3大工程的标准化探索，总结用于提升品质与效率的关键施工技术，可为同类工程提供参考。

1 工程概况

京雄城际铁路机场2号线工程北起北京大兴机场地下站，南穿永定河南大堤后露出地面，全长8.34 km。隧道最大埋深28.64 m，设计为单洞双线隧道，洞门采用柱式洞门。路线大部分区段主体结构断面形式为拱形明洞结构，标准断面形式见图1。隧道仰拱厚度为0.85 m，顶板厚度为0.8 m，隧道外侧撑角厚度为1.2 m。隧道具有基坑深、建筑单体尺寸大等特点。

图1 京雄铁路2号线隧道标准断面图(单位：cm)

总体工艺上，采用放坡明挖方法进行施工，以土钉墙、钻孔灌注桩围护、双排钻孔桩围护对边坡进行防护。施工工序为：首先进行仰拱施工，待仰拱填充施作完成后，利用多功能作业台架铺设防水板、绑扎钢筋。然后采用液压整体式台车进行一次性整体浇筑拱部衬砌。混凝土采用拌和站集中拌和，由混凝土运输车运送至现场浇筑。液压整体式台车相当于“移动工厂”，为作业提供了相对稳定的环境。

防水工程、钢筋工程、混凝土工程是明挖隧道施工的关键工序，其质量与隧道运营的长效耐久密不可分，故该文对这三类关键工艺开展标准化的研究工作，结合实践总结工艺的控制要点。

2 防水工程的标准化工艺

明挖隧道主要采用防水板材进行防水，对施工缝与变形缝一般采取特殊防水措施，由于施工接缝较多，质量失控的风险高，会增加后期的维护成本，故需要以精细化的手段开展施工，以下对标准工艺及施工要点进行介绍。

2.1 标准化工艺

隧道防水施工的标准施工流程划分如图2所示。

图2 防水工程的标准施工流程

基面施工前应对基坑表面进行清扫，对尖锐物体进行清理，对基坑漏水情况进行排除，对阴阳角做圆弧处理；缓冲层为柔性材料，应均匀摊铺，采用水泥钉固定于基面上；在缓冲层上铺设防水板后，浇筑50 mm细石混凝土保护层，并预先采取施工缝与变形缝防水措施后，再行浇筑主体结构，如图3所示。

图3 防水板铺设示意图

对于拱顶，在浇筑混凝土后，在其表面均匀涂刷单组分聚氨酯防水涂料，施作水泥砂浆找平层，铺设防水板，按照由仰拱至衬砌的顺序进行。

施工缝和变形缝处于衬砌混凝土不连续位置，容易成为漏水关键点，需要加强控制。施工缝分纵向施工缝和环向施工缝两种，纵向施工缝采用镀锌钢板止水带+水泥基渗透结晶型防水涂料+注浆管注浆进行防水，环向施工缝采用中埋式钢边橡胶止水带+水泥基渗透结晶型防水涂料+注浆管注浆。

变形缝可采用复合防水构造的方法，边墙和仰拱部位采用中埋式橡胶止水带(内设加筋)+背贴式止水带，拱部采用中埋式橡胶止水带(内设加筋)，拱墙与仰拱部位设置引水盲管，引入侧沟。变形缝铺以聚乙烯泡沫塑料板、双组分聚硫密封膏填充。施工缝防水的标准处理方式见图4。

图4 施工缝标准防水(单位：mm)

2.2 工艺要点

为提高防水措施的施工质量，施工过程中应注意以下控制细节：

(1) 防水措施铺设前应对基面表面进行细致检查，确认无明显尖刺，表面基本平顺方可施工。

(2) 在基面凹陷位置应加设圆垫片，避免凹处防水板无可靠支撑；水泥钉不得超出圆垫片平面，以免刺穿防水板材。

(3) 在绑扎钢筋前，应撕掉卷材隔离膜，及时施作50 mm厚C25细石混凝土保护层，避免钢筋刺坏防水板材。

(4) 防水材料铺设时避免拉得过紧或出现大的鼓包，铺设好的防水板应与基面凹凸起伏一致，保持自然、平整、服帖。相邻两幅卷材搭接宽度应不小于150 mm，搭接位置确保粘贴严密。

(5) 止水带在结构钢筋上固定的间距不得大于400 mm，确保固定牢固，不出现扭曲、变形等现象。

(6) 涂刷或喷涂水泥基渗透结晶防水涂料前，施工缝表面都要浸透，但不能有明水。当涂层凝固后，即可及时喷水或覆盖进行保湿养护，养护时间不得少于3 d。

(7) 应注意加强井点降水，避免防水设施胶体凝固期间遭受基坑渗漏的侵蚀；对于局部漏水现象，应设置导流措施，避免水流侵蚀，影响防水主体质量。

(8) 加强对现场表观质量的检查，出现渗水或其他质量问题时，应及时采取措施，对防水层进行强化。

(9) 防水板进行充气检测，双焊缝间预留15 cm宽的空腔，按照0.2 MPa稳压15 min，压力下降值不得大于10%。

3 钢筋工程的标准化工艺

结构工程的标准化设计可为钢筋的标准化安装提供良好基础，从施工便利性、精度易于保障的特性入手，提出钢筋的标准化绑扎工艺，对绑扎要点进行分析。

3.1 标准化工艺

钢筋随断面形状布置，需进行分次绑扎。在结构的接缝位置设置钢筋搭接区域，采用套管连接，布置形式较为简洁。通过固定安装顺序，可以实现较高效率的安装。

标准化安装流程为：钢筋机械化配料→仰拱接侧墙钢筋绑扎→底板钢筋绑扎→接侧墙斜筋绑扎→仰拱浇筑→侧墙竖向钢筋绑扎→侧墙拱形钢筋绑扎→拱顶钢筋绑扎。

仰拱、侧墙以及拱顶钢筋绑扎遵循的顺序为：先竖向钢筋再横向钢筋；先底层钢筋再上层钢筋，以架立筋支撑上层钢筋；拱顶上层钢筋安装时，先安装定位筋，再安装定位筋之间的主筋。

采用BIM技术对绑扎的可操作性进行验证，钢筋绑扎示意见图5。由于钢筋为标准长度设计，其位置比较固定，只需要设置少量的控制点，工人就可以快速地将钢筋绑扎到位，能够提高钢筋绑扎的效率。

图5 基于BIM的钢筋绑扎过程模拟

3.2 工艺要点

为了提高安装精度、保障结构性能，需按照如下要点进行施工：

(1) 钢筋的加工精度对于安装精度的影响较大，宜采用数控加工设备对钢筋进行精确下料。

(2) 环向钢筋连接位置不得位于拱顶中部，相邻连接位置应相互错开，同一个区段内钢筋接头面积不应大于全部钢筋面积的50%，且钢筋机械连接满足一级连接要求。

(3) 双排钢筋的上排钢筋与下排钢筋的间距允许偏差按照±5 mm控制，分布钢筋间距、箍筋间距允许偏差按照±20 mm控制，保护层厚度允许偏差按照+10、-5 mm控制。

(4) 为了提高绑扎过程中的稳定性，需要在少量竖向钢筋、横向钢筋上做好横筋标记点，作为钢筋间距的控制标记，竖向钢筋安装后，采用少量的横向筋对位置进行精确定位。

(5) 由于采用分次绑扎、分次浇筑工艺，下层结构浇筑及振捣的时候，应避免对上层结构的钢筋产生扰动，避免位置发生变动。

(6) 仰拱及拱顶钢筋具有一定的弧线形状，对于保护层的控制难度较大，应注意控制标记位置的精确性，安装后对位置进行校核，若产生偏差，应查找原因，在调整工艺后方可进行下一步的绑扎作业。

(7) 钢筋绑扎的验收标准为，上下排钢筋间距误差不得超过5 mm；同一排钢筋在拱部的水平间距误差不大于10 mm，边墙不大于20 mm；分布钢筋及箍筋间距不大于20 mm；保护层厚度误差应控制为-5～+10 mm。

(8) 钢筋绑扎作业的工效与混凝土浇筑养护的工效应合理搭配，以最大化实现流水线作业。

4 混凝土工程的标准化工艺

隧道设计为大断面结构，即使分3次浇筑，单次浇筑的方量也大，由于大直径钢筋密布，振捣的难度较高，混凝土质量控制成为重点。对混凝土工程的标准化工艺进行研究，提出工艺要点。

4.1 标准化工艺

仰拱以及衬砌分次浇筑，对浇筑的顺序以及振捣的方式进行严格控制。

仰拱的混凝土标准化工艺流程为：中间布料，对称浇筑→插入式振捣器振捣。

衬砌的混凝土标准化工艺流程为：侧墙布料，对称浇筑→附着式振捣器振捣→拱顶布料，对称浇筑→插入式振捣器与附着式振捣器振捣。

仰拱采用从最低点布料的方式，分层厚度不超过30 cm；衬砌较高，采用串筒浇筑，混凝土自由倾落高度不超过2 m；由于侧墙钢筋较密，采用75 mm的无缝钢管作为振捣通道进行振捣；拱顶则采用布料孔作为振捣通道进行振捣。

混凝土养护充分发挥台车“移动工厂”的优势，在外侧设置养护棚，隔绝外界对流影响，为混凝土提供相对稳定的养护环境。在低温季节，于棚内采用暖风机进行加温，避免混凝土的温度裂缝。

4.2 工艺要点

为充分振捣并且提高混凝土的质量，需按照如下要点进行施工：

(1) 混凝土拌和均匀，严格控制塌落度，混凝土的初凝时间控制为6～8 h。

(2) 侧墙浇筑高差不宜超过50 cm，控制布料的均匀性。

(3) 针对钢筋布置较密的情况，可以采用钢管制作振捣通道，振捣棒沿振捣通道开始振捣，在振捣结束后，将钢管抽离。

(4) 插入式振捣器移动间距不宜大于振捣器作用半径的1.5倍，且插入下层混凝土内深度宜为100 mm。

(5) 每一点振捣的振捣持续时间以混凝土面不再沉落，表面呈现浮浆为度，防止过振、漏振。

(6) 插入式振捣器振捣完毕，将该层附近的附着式振捣器打开振捣，观察混凝土面无变化之后关掉。

(7) 由于结构壁厚较大，水化温度作用显著，采用棚式方法保持内部温度恒定，可以避免表面产生开裂的情况。

(8) 脱膜后，对表面覆盖薄膜进行保湿养护，定期洒水，同时应继续保持棚内的密闭状态，待内部温度与环境温度相差小于25 ℃时，方可终止养护。

(9) 施工完毕后对混凝土的质量进行检验，确保强度等检验合格后方可进行下一节段的施工。

5 结语

以京雄铁路机场2号线明挖隧道工程为背景，对大断面隧道结构的防水工程、钢筋工程以及混凝土工程的标准化施工工艺进行研究，对关键控制要点进行总结，提出了技术要点与控制参数。

通过建立标准施工方法，能够提高施工效率与施工精度，确保结构的质量，节约资源投入。