大断面暗挖区间隧道二次衬砌快速施工工艺

陈刚

（贵阳市公共交通投资运营集团有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

大断面暗挖施工项目通常需设置临时性支撑系统，如竖向支撑、横向支撑。支撑系统的存在会对二衬施工造成较大的影响，特别是面对狭窄的施工空间时，会进一步增大施工的难度，影响施工安全。在大断面暗挖项目的二次衬砌施工过程中，施工单位希望为施工人员营造出较大的施工空间，尽可能减少工序交叉作业，保证混凝土施工的连续性。若使用一次性拆除内部支撑的施工方案，则无法有效保证支撑结构的强度，并可能导致拱顶出现塌方事故。结合工程实际情况，对二次衬砌施工技术展开研究。

1 工程概况

锦江路站为S1 线的第12 个车站，采用大拱盖工法进行施工，为地下两层岛式站台。起止里程为YDK37+101.2—YDK37+317.7，有效站台中心里程为YCK37+178，标准段宽19.90m，车站总长219m，有效站台长120m，总建筑面积为15619m2。该站共设4 个出入口与2 组风亭组。车站2、4 号出入口结合现状道路设计，1 号风亭为高风亭，2 号风亭组为矮风亭，并结合2 号风亭设置冷却塔。为满足消防疏散要求，在车站北侧主要设备用房端设置有紧急疏散口，出地面与3 号出入口结合布置。1 号、3 号出入口通道设置无障碍垂直电梯，方便残障人士乘坐电梯。

2 地质情况

在进行隧道施工时，施工单位必须精准把控地表沉降量，避免出现坍塌事故。在大断面多导洞暗挖隧道的施工过程中，可能面临反复沉降现象，当初期支护施工时出现沉降现象后，在二衬施工时仍有可能出现沉降现象。二次沉降会对地表建筑物、构筑物造成巨大的影响，在实际施工过程中须将沉降量控制在合理范围内，并对自身的施工技术进行优化完善，以保证施工过程中的安全性。

施工现场主要以人工杂填土为主，土质偏硬，局部土层为软弱土。按照岩层的层序由上至下分别为杂填土、黏性土、粉质填土、风化岩、砂岩页岩、强风化岩、中风化岩灰岩。

建设沿线的地质状况比较复杂，地下水水位比较低，此外，断层发育比较显著，地下水比较充盈，隧道内非常容易产生大量积水。

3 二次衬砌快速施工工艺

3.1 施工工艺流程

二次衬砌快速施工的具体施工流程：工作面清理洁净、技术员测量放线—安装防水设施—工人绑扎底板部位的钢筋—浇筑底板部位的混凝土，并进行混凝土养护—绑扎拱墙部位的钢筋—安装模板—浇筑拱墙部位的混凝土—拆除拱墙部位的模板—混凝土养护—注浆作业[1]。

3.2 施工准备

此次施工使用的是全液压模板台车，断面为正常的隧道断面，台车紧急制动的断面空间非常小，需适当地扩大模板台车的断面。

3.2.1 液压式台车配备

配备2 台液压式模板衬砌台车。其中，A 型、C 型断面可共用一个液压衬砌台车，B 型、D 型断面可共用一个液压衬砌台车。在对A 型、C 型断面使用的衬砌台车进行设计过程中，可以将A 型断面作为参照依据，衬砌台车的长度设计为6m。在对B 型、D 型断面使用的衬砌台车进行设计过程中，可以将B 断面作为参照依据，衬砌台车的长度设计为6m。为了降低施工成本，D 型断面的模板衬砌台车可通过对B 型断面的衬砌台车进行改装而获得。台车设计的具体要求：第一，主体门架的两侧分别预留3.625m×4.0m 的临时通道，便于机动车通行，该尺寸的通道适用于A 型、C 型断面；预留3.8m×4.0m 的临时通道，该尺寸的通道适用于B 型、D 型断面。第二，该项目中使用的是自行式衬砌台车，具备良好的可操作性，待台车就位以后，即可浇筑混凝土，简单便捷，可提高施工效率，缩短施工工期。第三，衬砌台车的强度、刚度须满足实际施工需求。

3.2.2 车站形式及仰拱构造

车站设计为超大断面隧道结构形式，可以细分为模板系统、液压系统、架体系统以及拆模系统。第一，在对车站进行设计时，设计人员应兼顾衬砌台车的安全性、稳定性、经济性。第二，为保障机动车顺利通车，可将门架的净高度设计为4m，A 型、C 型门架的净宽度设计为3.625m，B 型、D 型门架的净宽度设计为3.8m。

3.2.3 技术要求

其一，液压模板台车的中心线与紧急停车区域的中心线保持一致。其二，结合紧急停车带的断面大小加工出支撑拱架，拱架的弧度应满足规范要求，不得出现变形扭曲现象，节点部位的接缝控制在2mm 以内，不得出现错台现象。其三，第1、第10 榀钢拱架应该与模板台车的外边缘保持一致，钢拱架之间的间距设置为1.5m。撑杆应该相互错开设置。其四，当钢拱架安装结束后，在外侧安装钢模板，钢模板的尺寸设计为300mm×1500mm。其五，结合模板台车的浇筑口以及振捣口的位置，在模板相应位置设置对应的浇筑口与振捣作业口。

3.3 施工方法及技术要求

3.3.1 基面清理、测量放线

将底板部位的防水保护层表面清理干净，技术员测量放线出二次衬砌施工的边墙位置与底板的控制线，控制点的间距不宜超过5m，且不能使用铁钉进行固定，以保证防水层的完整性。

第一，在对防水层施工前，需保证混凝土喷射面不得出现裸露锚杆头或钢筋现象，若存在凹凸不平现象，则需进行喷补、凿除处理，以保证混凝土喷射面的平整性。第二，防水层的接头部位应该保持洁净，接头部位不得出现气泡、空隙，保证接头部位足够牢固。第三，铺挂点的数量不得小于每平方米4 个，铺挂点之间的防水层避免出现紧绷状态，确保灌浆过程中板面与混凝土喷射面相互密贴。第四，在对其他结构层施工过程中，不得对防水层造成负面影响，一旦发现防水层出现损坏时，应该立即进行修补处理。第五，防水层的纵横方向应结合施工开挖的具体方法及断面设计形式进行确定，正式铺设防水材料前，可先进行试作业，结合试作业的结果对施工技术参数进行合理调整。第六，在黏结防水板过程中，需保证防水板的搭接宽度至少达到10cm，板体两侧的焊缝宽度至少达到2.5cm，焊接材料应该与防水板的材质保持一致。第七，使用垫圈与绳扣对防水板进行加固，加固点的间距设置为：拱顶部位的间距控制在0.5～0.7m，侧墙部位的间距控制在1.0～1.2m。第八，正式施工时，施工管理人员应及时整理现场质量检验资料，保证质检资料与实际施工进度保持同步。

3.3.2 钢筋绑扎

钢筋保护层：结合该项目的实际情况，钢筋设计采用双层双向钢筋骨架，底板部位的钢筋保护层宜使用砂浆垫块；双层双向钢筋骨架之间需设置马凳，以把控保护层的厚度。

钢筋接头：该项目中的二衬钢筋的最大直径可以达到φ20mm，使用双面焊接的方式进行施工，钢筋的接头部位应该错开25d。钢筋接头部位需满足以下基本要求：第一，钢筋的受力端应布设在受力比较小的位置，钢筋接头部位需错开35d。第二，使用螺纹螺栓对钢筋进行连接，相同构件中的接头应该做错开处理，同时保证钢筋接头面积符合设计及规范要求[2]。

在绑扎钢筋的过程中，应该保证绑扎质量满足以下管理要求：第一，在搭接钢筋的过程中，钢筋的中间部位与两端需绑扎三处，钢筋经过单独绑扎以后，绑扎交叉筋。第二，主筋、分布筋绑扎在第2～3 排钢筋中，其中不包括变形缝部位。第三，箍筋与主筋的交叉点绑扎操作可以参照表1 中的信息。

表1 钢筋绑扎允许偏差

3.3.3 底板混凝土浇筑及养护

在浇筑混凝土之前，施工人员应利用脚手架在钢筋上浇筑马道，避免钢筋出现变形、弯曲等现象；使用地泵完成混凝土浇筑作业，混凝土的坍落度应该控制在100～160mm；该项目中的二次衬砌施工，混凝土底板的厚度为300mm，混凝土浇筑可以分层进行，沿着一端向另一端浇筑，在混凝土浇筑的过程中，施工人员需及时进行振捣作业，保证混凝土振捣足够密实，为保证混凝土浇筑均匀，应该采用“赶浆法”进行施工，在振捣的同时，工人要手持刮板将混凝土刮平，尽可能减少混凝土裂缝的数量；混凝土浇筑完成12h后，及时进行洒水养护，养护时间至少为14d[3]。

3.3.4 拱墙钢筋绑扎

钢筋保护层应使用塑料垫块，严格把控保护层的厚度；在拱墙部位的钢筋间设置拉结筋，拉结筋的间距应该设置为1m，拉结筋需设置为梅花状。

3.3.5 拱墙模板支立

结合设计图纸，该项目中的隧道断面设计为马蹄形，拱墙部位的模板使用钢模板，支撑体系使用模板台车。

模板组装：在安装模板过程中，应严格按照标准顺序安装模板，将模板安装在平面上，每节模板与连接轴连接为一个独立的整体。

该项目中的模板安装作业全部使用液压模板台车进行。在台车运行过程中，将模板运输至安装部位，台车会自动延伸出垂直液压缸，利用液压缸将模板向上提升，当模板的顶部标高高出安装部位标高50mm 时停止提升，然后利用水平液压缸将模板向外顶出，使用斜拉液压缸将下节模板顶出，使模板形成环形结构。在这种情况下，垂直液压缸会向下移动，使模板缓慢地落放至安装部位，然后对模板的位置进行调整，最后使用螺栓对模板进行加固。模板安装完成后，设置水平支撑，保证模板具备良好的稳定性。

在安装拱部模板过程中需预留50mm 的沉降量，拱墙部位的模板需预留振捣口、浇筑口。

3.3.6 拱墙混凝土浇筑

（1）混凝土通过泵送的方式进行浇筑，浇筑混凝土之前，浇筑面底部应提前回填50cm 厚度的碎石。在混凝土浇筑时，施工人员需结合现场情况合理地利用模板台车的不同窗口，以保证混凝土浇筑的对称性与均匀性，在储料罐的前侧加设3～5m 的软管，以保证混凝土垂直落下。

（2）当混凝土浇筑的表面标高接近设计值时，则可以进行封顶混凝土浇筑作业。为了保证混凝土内夹杂的空气可以顺利排出，应该在注浆孔内提前设置排气管，排气管的一端应尽量靠近防水板的顶部，另一端设置在模板台车中，对排气管进行加固。在混凝土浇筑过程中若发现排气管中出水，说明仓内的混凝土处于满载状态，此时应该停止浇筑混凝土[4]。

（3）在封顶混凝土浇筑的过程中，应沿着内侧端模部位进行浇筑，便于混凝土中的空气排出。

（4）混凝土的振捣作业：第一，混凝土振捣使用插入式振捣设备，振捣作业需满足以下要求：工人手持振捣棒时移动距离应该控制在振捣器有效半径的1.5倍以内；振捣棒深入混凝土内的深度应该保持在5～10cm，确保上下层混凝土良好结合。若垂直插入振捣棒存在一定的难度，可以倾斜插入，倾斜角度需超过45°；利用振捣棒进行振捣作业过程中，应坚持快插、慢拔的基本原则。单次振捣的时间保持在10～30s 即可；期间，还需保证振捣棒不会触碰到钢筋、预埋件及模板；混凝土振捣必须足够密实，不得出现漏振现象。第二，在二次衬砌部位的侧墙振捣作业过程中，需尽量使用人工振捣。在混凝土浇筑过程中，拱顶部位的衬砌应至少预留两个注浆孔位的空间。二次衬砌的混凝土强度达到设计强度后，对初期支护与二次衬砌之间的缝隙进行注浆处理，保证初期支护与二次衬砌紧密相贴。

3.3.7 模板拆除

当混凝土的强度养护至8MPa 以后可将模板拆除。模板拆除时可通过对混凝土试块的强度检测进行确定，拆模需保证混凝土的强度不小于2.5MPa。先将堵头板拆除，再卸下千斤顶、油缸，后拆除边墙部位的模板，卸下垂直液压油缸，使模板与液压缸相互分离。

3.3.8 混凝土养护

当拱墙部位的混凝土达到终凝强度后，施工人员应及时进行洒水养护。养护期限内混凝土表面应始终处于湿润状态，混凝土的养护时间至少达到14d。

4 施工注意事项

第一，对模板的高程、中线进行检查，保证其符合设计图纸要求。

第二，检查模板的牢固性、密实性，是否涂刷脱模剂。

第三，基底是否洁净，施工缝是否已进行处理。

第四，止水带施工是否满足规范要求。

5 结语

在经过具备专业资质的第三方检测单位检测后，下穿段的原有路线的沉降量为4.85mm，该数值符合设计要求，同时二次衬砌施工面未表现出渗水情况。结合实践情况来看，二次衬砌快速施工技术在大断面暗挖隧道项目中具备可行性。模板台车的整体刚度性能较为良好，未出现变形或扭曲现象，混凝土表面光滑平顺，且接缝错台部位控制良好，符合设计及规范要求，施工质量合格。相较于其他施工方法，二次衬砌快速施工方法不仅施工效率高，还可降低人力输出，节省施工原材料，具有良好的经济效益，减小了对外部环境的影响，值得大范围推广。