隧道襯砌技術在水利工程中的應用

羅杰華，寧 健

(江西省水利水電建設有限公司，江西南昌 330025)

水利工程建設關系著國家及人民的共同利益，受其高技術標準的要求，在水利工程建設發(fā)展過程中，相關水利技術措施也逐步得到了發(fā)展和成熟。實際施工過程中，襯砌技術憑借工藝操作簡單、防滲作用強、使用壽命長、支護作用強等特點，被廣泛應用于水利工程中的隧道工程、水利渠道中。針對隧道安全問題突出這一現(xiàn)狀，國內(nèi)外廣大學者通過理論分析［1～4］、工程經(jīng)驗總結(jié)［5］等方法對襯砌技術進行大量深入研究。為了更好地分析水利工程中隧道襯砌技術的應用概況，在資料總結(jié)的基礎上，對襯砌技術的形式、試用條件、工藝流程及控制方面進行探討研究，為襯砌技術在水利工程隧道建設中的應用提供理論支持。

1 隧道襯砌結(jié)構(gòu)形式

襯砌簡單說來就是內(nèi)襯，在隧道施工過程中，具體的襯砌形式有整體式模筑混凝土襯砌、裝配式襯砌、噴錨支護、復合式襯砌。

整體式模筑混凝土襯砌即在施工現(xiàn)場就地灌筑混凝土襯砌;裝配式襯砌是將襯砌分成若干塊構(gòu)件(構(gòu)件在現(xiàn)場或工廠預制)，然后將構(gòu)件運到坑道內(nèi)用機械將它們拼裝成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌;噴錨支護是通過噴射混凝土、加設錨桿、金屬網(wǎng)和鋼架進行共同支護;復合式襯砌簡稱“雙層襯砌”，分為外襯和內(nèi)襯兩層，其復合形式可以具化為以下幾種。

(1)噴錨支護和混凝土襯砌。

(2)噴錨支護和噴射混凝土襯砌。

(3)可縮式鋼拱噴射混凝土支護和模筑或噴射混凝土襯砌。

(4)裝配式襯砌(管片)和模筑混凝土襯砌等。

需要說明的是，復合襯砌中最通用的是外層采用噴錨支護或輕型管片，內(nèi)層采用整體式模筑混凝土襯砌。

2 隧道襯砌適用條件

受不同的施工環(huán)境條件限制，水利工程施工過程中，宜采用的襯砌形式不同。針對不同地質(zhì)條件，應采用不同的襯砌形式。

2.1 整體式模筑混凝土襯砌

該襯砌形式適用范圍廣，易于按需要成型，整體性好，防滲性能強，對地質(zhì)條件的適用性強。同時，對施工條件的配合度高，可用于木模板、鋼模板或襯砌模板臺車等。

2.2 裝配式襯砌

裝配式襯砌目前多用于使用盾構(gòu)法施工的城市地下隧道工程中，其拼裝成環(huán)后立即受力，便于機械化施工，可以有效節(jié)省工程實際中的勞動力投入。

2.3 噴錨支護

噴錨支護是目前常用的一種圍巖支護手段，適用于各種圍巖地質(zhì)條件，但是若作為永久襯砌，一般考慮在Ⅰ、Ⅱ級等圍巖良好、完整、穩(wěn)定的地段中采用。

2.4 復合式襯砌

復合式襯砌采用先后兩次支護，對襯砌受力非常有利。圍巖在柔度較大的外層支護影響下，產(chǎn)生較大形變，變形能在很大程度上被釋放，進而使后設的內(nèi)層襯砌減小受力，內(nèi)層襯砌又會對外層支護產(chǎn)生徑向抗力，從而改善外層支護的受力條件。在內(nèi)、外襯砌的共同作用下，隧道表面光潔，通風和防水性得到顯著提高。

總之，復合式襯砌是一種較為合理的結(jié)構(gòu)形式是一種較為合理的結(jié)構(gòu)形式，適用于多種圍巖地質(zhì)條件，有其廣闊的發(fā)展前景，但這種襯砌的缺點是造價較高，施工比較復雜。

3 隧道襯砌工程實例

不同施工環(huán)境下，采用的襯砌技術不同，現(xiàn)以塔石嶺隧道襯砌工程為例，對相關襯砌技術進行介紹。

某隧道右線起訖里程為:K104+895～K106+000，全長1105m。進口 RK104+895～RK105+935.206位于緩和曲線上，RK104+935.206～RK106+000位于直線上，隧道路面采用人字縱坡，上坡0.6%，下坡－0.8%。隧道穿越低山丘陵，山體坡陡，相對高差260m，主要巖性為晶屑溶結(jié)凝灰?guī)r，水文地質(zhì)主要為基巖裂隙水，水量貧乏。根據(jù)現(xiàn)場條件及設計，采用錨噴支護和二次襯砌相結(jié)合的形式(由于二、三類圍巖初期支護工作已完成，且變形基本穩(wěn)定)，其中二次襯砌采用C30混凝土(抗?jié)BS10)進行澆筑。

實際施工過程中，施工技術要點如下。

(1)洞身襯砌時，先做仰拱，后施工邊墻及拱圈。

(2)使用強制性攪拌機進行混凝土的攪拌，且時間≥2min。

(3)在初期支護及二次襯砌間設置防排水層，施工過程中確保防水層與噴層基本密貼。

(4)為確保襯砌的連續(xù)性及襯砌質(zhì)量，采用長10m的臺車。

(5)混凝土拆模時間擬定為:二、三類圍巖必須達到混凝土設計強度的75%，四類圍巖則需達到70%。

(6)邊墻的擴大基礎部分及仰拱的拱座與邊墻一次性完工。

4 襯砌施工工藝

通過上述具體隧道施工實例分析可知，水利工程隧道施工過程中，襯砌的施工要嚴格按照標準，且結(jié)合實際施工環(huán)境進行，但整體而言，隧道襯砌施工過程的具體施工工藝流程如下。

(1)檢測:襯砌前，檢查開挖斷面是否符合設計要求。

(2)總體方法:隧道拱墻襯砌在圍巖及初期支護變形基本穩(wěn)定后進行。隧道二次襯砌采用10m左右襯砌臺車，整體澆筑;特殊地段(如錨段、風機段)采用臺架和組合鋼模板襯砌。

(3)鋼筋制安:鋼筋混凝土襯砌地段，鋼筋在洞外成型后送至洞內(nèi)綁扎或拼裝焊接。

(4)襯砌臺車定位:施工前準確進行襯砌臺車定位，保證襯砌臺車中線與隧道中線一致，拱墻模板成型后固定，測量復核無誤;然后清理基底雜物、積水和浮碴，裝設擋頭模板，按設計要求裝設止水帶，并自檢防水系統(tǒng)設置情況。

(5)混凝土澆筑:各隱蔽工程驗收合格后，開盤澆筑混凝土，灌注混凝土應自下而上、先墻后拱、對稱澆筑，且分三班制進行連續(xù)施工，澆注混凝土因故中斷時，在初凝前將接縫處的混凝土振實，并插上拉結(jié)筋，使縫面有一個合理的、均勻穩(wěn)定的坡度。在重新澆注混凝土前，先鑿除已硬化的前層混凝土表面的松軟層和浮漿，并將表面鑿毛，用壓力水沖洗干凈。

(6)拱頂襯砌混凝土施工:混凝土泵送軟管從模板臺車的進料窗口處注入混凝土，當混凝土澆筑面接近模板臺車頂部時，進入封頂階段，為保證空氣順利排出，在堵頭的最上端預留兩個圓孔，安裝排氣管(φ50mm為宜)，排氣管一端伸入倉內(nèi)前部，另一端(露出端)則不宜過長，以便觀察。

隨著澆筑繼續(xù)進行，當發(fā)現(xiàn)有水(實為混凝土表層的離析水、稀漿)自排氣管中流出時(以泵壓≤0.5MPa為宜)，混凝土充滿倉內(nèi)，立即停止?jié)仓炷?，撤出排氣管和泵送軟管，并將擋板的圓孔堵死。

施工過程中，要落實三級檢查簽認制度，并配備相應的無損檢測儀器(地質(zhì)雷達)進行檢測，保證施工質(zhì)量。水利工程中隧道襯砌施工流程圖如圖1所示。

圖1 襯砌施工工藝流程示意圖

5 結(jié)語

(1)襯砌技術對水利工程中隧道的施工建設具有十分重要的作用，具有工藝簡單、防滲性強、使用壽命強等特點。

(2)實際施工時，應根據(jù)具體環(huán)境，合理采取對應的襯砌技術形式。

(3)施工前的檢測工作、施工過程中的嚴格控制是水利工程中隧道建設的重要環(huán)節(jié)。

本文雖然對水利工程中隧道的襯砌技術進行了探討，對襯砌技術的形式、工藝進行了初步總結(jié)，但襯砌技術的應用，具體到工程實際中，則需要根據(jù)實際工程環(huán)境進行適當調(diào)整。

［1］林鵬，周雅能，李子昌，等．大跨徑非規(guī)則地下結(jié)構(gòu)襯砌非線性配筋分析［J］．中國軟巖工程與深部災害控制研究新進展，2009，405-410．

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［3］楊素新，邵生俊，佘芳濤，等．隧道在地裂縫處的瀝青混凝土復合襯砌的力學響應分析［J］．西北地震學報，2011(33)，265-270．

［4］郭有勁．地質(zhì)雷達在鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應用［J］．鐵道工程學報，2002(02)，71-74．

［5］孫國慶．淺談水利工程中襯砌技術的應用［J］．中國新技術新產(chǎn)品，2011(22)，219．