杭州市紫之隧道附屬工程弧形隧道水泥纖維板之施工工藝和施工方法研究

張 坦

（中鐵二局第三工程有限公司， 四川 成都 610083）

1 工程概況

杭州市紫之隧道位于杭州繞城高速與西湖景區(qū)之間，南起之浦路，北至紫金港路，線路全長約14.4公里。主線隧道道路等級為城市主干道，匝道接線為城市支路；全隧道為機動車專用隧道，隧道類別為城市一類隧道。其建筑限界為：暗挖段三車道段單洞凈寬：13.5m，二車道單洞凈寬：10m；明挖段凈寬：8.75m；匝道凈寬：9m。

紫之隧道洞內裝飾主要包括頂部防火涂料噴涂、側壁水泥纖維板干掛、底部邊溝氟碳漆涂刷。水泥纖維板干掛施工的工程量共計：132542㎡。其中弧形板施工面積為125312㎡，平板施工面積為7230㎡。

2 水泥纖維板設計概述

本工程隧道墻面下部裝飾采用水泥纖維板，頂部裝飾為吸音防火涂料，下部防撞墻及邊溝裝飾為氟碳漆。水泥纖維板安裝垂直高度h=4.1米，施工工藝為干掛。水泥纖維板裝飾安裝的主要構件材料包括：固定錨板：200x160x8mm鍍鋅鋼板；主龍骨：L50x5通長鍍鋅角鋼；次龍骨：38x25*1.2mm鋁合金方管；固定錨板與主龍骨中間連接構件：L63*40*5鍍鋅角鋼（L=500mm）；固定錨板固定螺栓：M12x110不銹鋼化學錨栓；主龍骨連接螺栓：M6*30mm不銹鋼螺栓，主、次龍骨連接構件（2mm鍍鋅鋼掛件（L=50mm），水泥纖維板：8mm厚高密度水泥纖維板，板面氟碳漆處理；板縫材料：中性硅酮密封膠。

3 設計及施工方案優(yōu)化

水泥纖維板的優(yōu)點是高強度、輕質、耐久性；缺點是彎曲強度較小，在施工時容易出現裂紋及斷板。由于紫之隧道施工環(huán)境復雜、施工工期緊張、水泥纖維板施工工程量大，因此施工中任何工序環(huán)境不允許返工，為此項目部在正式施工前，認真熟悉設計圖紙，在樣板施工中仔細推敲每一個施工工序和細節(jié)，認真總結，在不改變設計外觀裝飾要求及施工質量的前提下，對施工方案進行優(yōu)化，具體優(yōu)化方案如下：

3.1 主龍骨連接方式優(yōu)化

設計圖紙中主龍骨的施工工藝是：200*160*8mm鍍鋅埋板在混凝土基礎上通過4顆M12*110不銹鋼化學錨栓固定牢固后 ，主龍骨L50*5鍍鋅通長角鋼通過中間連接構件L63*40*5鍍鋅角鋼（L=500mm）與埋板連接；連接構件與埋板的連接方式為焊接，通長角鋼與連接構件之間的固定采用2顆M6不銹鋼螺栓。此施工工藝的缺點是：施工步驟復雜，焊接施工難度大、質量不易管控、施工周期長等。

優(yōu)化方案為：取消200*160*8mm鍍鋅埋板及中間連接構件L63*40*5角鋼，改為定型加工L型鍍鋅角碼（80*70*8mm）進行代替，每個埋板的固定螺栓 由4顆化學錨栓改為2顆，通長角鋼L50*5與角碼連接螺栓由2顆M6不銹鋼螺栓改為1顆M8不銹鋼螺栓。優(yōu)化后：減少了材料的耗用量和省略焊接的施工環(huán)節(jié)，施工質量更可控，節(jié)省了施工材料和施工費用。

3.2 次龍骨鋼掛件連接方式優(yōu)化

設計圖紙中38*25*1.2鋁合金方管次龍骨采用L型鍍鋅鋼掛件背面自攻螺絲連接，缺點是：由于鋁方管壁厚較薄，L型掛件在方管背面固定時，自攻螺絲的受力為垂直拉力，螺絲容易脫落、滑絲以及 L型鍍鋅鋼掛件容易變形，另施工操作面狹小，緊固自攻螺絲時操作困難，且安裝掛件時不能進行次龍骨平整度調整，施工難度大。

優(yōu)化方案為：L型鋼掛件改為直板鋼掛件，與鋁合金方管的連接位置改為側面固定連接。優(yōu)化后：固定螺絲受力方式變?yōu)榧袅?，受力減小，不會脫落和滑絲，直板鍍鋅鋼掛件不會變形，整個連接結構更加穩(wěn)固，側面固定操作面大，安裝時容易調平龍骨，施工的難度減小。

3.3 纖維板固定螺絲的優(yōu)化

在施工初期，按照設計要求采用沉頭自攻螺絲安裝板材，安裝完成后發(fā)現板材裂縫、斷裂的情況嚴重，經過現場觀察分析發(fā)現;沉頭螺絲緊固后，螺絲對板材產生了較大的擴孔擠壓力，在板材自重和熱脹冷縮的作用下，更易造成板材的破損。優(yōu)化方案為：沉頭螺絲改為大平頭自攻螺絲，施工前在板材上采用φ3.2麻花鉆進行預鉆孔。通過螺絲的更換和安裝方式的調整，板材的破損率得到了有效控制。

3 施工工藝流程

樣板段通過上述優(yōu)化方案試驗后，設計、業(yè)主、監(jiān)理均給予認可確認，具體的施工工藝流程如下：

4 施工方法

4.1 定位放線

紫之隧道全長14.4Km，里程長，施工放線不能按照室內裝修放線的方法，采用水平線作為施工基準線。因此為保證水泥纖維板安裝板面的平順，施工定位放線以防撞墻頂部為基準線進行橫向基準線放線，豎向基準線以纖維板的寬度進行放線。

1．橫向基準線放線：由于里程長，隧道坡度和墻面彎曲度較大，采取分段放線，每段長度 10～15米。先以防撞墻頂部為基準，放出第一段基準線，下一段基準線放線時，依據前一段基準線的延長線和防撞墻頂部標高進行定位。放好的基準線采用墨線標記，每個斷面根據通長角鋼的安裝高度共標記 5條橫向基準線。當土建基層存在誤差時，注意復測和調整，調整基準線時需兼顧現場尺寸和板面平順度。

2．豎向基準線放線：豎向定位放線的尺寸為1230mm（纖維板的寬度1220mm加板縫寬度10mm）。放線時在每根橫向基準線上分別定點，墨線標記。在每個施工面末端放線時應避免出現小板，需根據現場放線尺寸，調整豎向基準線之間的寬度，保證板材的寬度不小于 500mm。

3．放線注意事項：

（1）在隧道軸線彎曲度、坡度變化較大以及隧道混凝土基層不平順的區(qū)段，水平、豎向基準線放線時需結合現場情況進行調整，防止板材接頭時出現硬連接，板面不平順、出現波折面。

（2）在隧道加寬段、車行通道、人行通道的位置，板面排版出現小板（寬度小于500mm）時，需根據現場尺寸進行平均分格放線。

4.2 L型角碼安裝

1．材料要求：L型角碼（80*70*8mm）是龍骨與混凝土基準連接的主要構件，并受龍骨和纖維板等全部飾面層的重量。為保證具有足夠的承重能力和耐久性， L型角碼采用8mm的鋼板進行加工，鋼板厚度不允許負偏差。加工時根據優(yōu)化后的角碼尺寸圖，進行剪裁彎折，然后加工條形孔，最后進行熱鍍鋅加工。

2．化學錨栓安裝：

根據定位基準線，采用電錘在混凝土基礎上鉆孔，鉆孔尺寸：φ14*120，鉆孔完成后通過空壓機清理孔洞內灰塵，然后安裝不銹鋼化學螺栓。安裝完成24小時后，進行錨栓拉拔試驗抽查，拉拔值需達到設計要求。

3．L型角碼安裝：

（1）化學錨栓安裝完成后 24小時，按照基準線進行角碼安裝，角碼安裝時通過化學錨栓與混凝土基礎牢固連接，每個角碼的固定錨栓數量為兩顆。固定角碼時，安裝位置及尺寸需根據水平基準線進行調整，保證角碼連接角鋼龍骨面在同一水平，減小下一道工序：通長角鋼龍骨的安裝誤差。

（2）角碼注意事項：水泥纖維板及龍骨通過M12化學錨栓與混凝土連接，化學錨栓的錨固質量直接影響到工程的質量，所以在化學錨栓時，鉆孔深度必須保證尺寸且孔洞灰塵須清理干凈，每個螺絲的緊固必須到位，不可松動。

4.3 角鋼主龍骨安裝

1．角鋼龍骨為主龍骨，采用L50*5通長熱鍍鋅角鋼，根據圖紙要求，每個面龍骨的數量為 5根。通長角鋼之間安裝時需斷開，間距 150mm（設計要求間距20mm，但6米長的角鋼根據板材模數無法保證，需定制角鋼，工期無法保證，后經設計和業(yè)主同意，間距變更為150mm）。

2．角鋼進場前，需在加工廠進行連接角碼的長條孔加工，長條孔尺寸根據連接螺栓M8的規(guī)格進行加工，加工尺寸為40*9mm；條形孔之間距離L=1230mm。具體詳見角鋼加工圖：

3．角鋼龍骨安裝時，先安裝下部龍骨，上部龍骨需對齊下部龍骨安裝，不可錯開。龍骨與角碼的連接，采用M8不銹鋼螺栓進行緊固連接，為防止螺栓松動，每個螺栓需配備彈墊和平墊。

4．施工中需要注意的地方：因為通長角鋼龍骨為場外打好孔后在進場，長條孔間距是固定值，當角碼安裝位置與角鋼長條孔錯位時，需對角鋼進行現場鉆孔后螺栓連接，不可焊接。車行通道、人行通道、箱門、加寬段等區(qū)域龍骨斷開的位置，角鋼懸挑的長度大于300mm時，需增加角碼的安裝數量，對龍骨進行加固。

5．龍骨安裝完成之后，要進行調平，減小下一道工序的施工誤差。根據到場水泥纖維板背筋的尺寸及下板水平控制線，固定及調平最下方的龍骨，隨后在依次從下向上調平剩余龍骨，要保證剩余龍骨與最下方龍骨保持平行。

4.4 鋁合金次龍骨安裝

纖維板次龍骨材質為鋁合金方管，規(guī)格：38*25*1.2mm。鋁合金方管的標準長度為 6米，根據設計圖尺寸，通過現場放線測量，為降低龍骨損耗率，鋁合金方管長度按照4.5米和6米兩種規(guī)格定制加工。

1．龍骨加工：鋁合金方管原材料為直管，材料進場后首先采用彎管機對龍骨進行彎弧加工，加工的弧度依據隧道壁弧度。彎弧加工時需調試好彎管機，每加工一根龍骨，需對龍骨弧度進行校正，保證龍骨的弧度基本一致。

2．龍骨拼裝：為保證板材的平整度和加強龍骨的牢固性，根據尺寸把上下兩塊纖維板的次龍骨拼裝成一個整體框，龍骨框的尺寸為 4.32*1.2米。每個龍骨框包括：2根豎向弧形鋁管， 7根橫向直管龍骨。拼裝時首先根據設計圖紙要求，在豎龍骨上做好橫管的安裝位置，然后用自攻螺絲固定連接角碼，連接角碼安裝完成后，進行橫龍骨連接。連接角碼材質為U型鋁合金角碼，規(guī)格：20*20*1.2mm，固定螺絲鍍鋅自攻螺絲，規(guī)格：M4*16。

3．龍骨拼裝時，注意橫龍骨不可超出豎龍骨的內弧面，拼裝完成后龍骨框需立式堆放在場地寬敞的位置，避免變形和損壞。拼裝節(jié)點圖如下：

4．龍骨掛裝：次龍骨拼裝成框后，在弧形豎向龍骨側面采用自攻螺絲安裝鍍鋅鋼掛件，鋼掛件的安裝位置依據通長角鋼主龍骨的安裝高度。鋼掛件安裝完成后整體掛裝在主龍骨上，掛裝施工時注意平整度的調整，調平完成后采用 M6*80自攻螺絲貫穿連接豎向龍骨進行加固。

4.5 水泥纖維板安裝

1．本工程采用的水泥纖維板材質性能屬于高密度水泥纖維板，板材厚度8mm，表面氟碳漆涂層由專業(yè)廠家在工廠加工，加工完成后表面覆膜保護。板材尺寸根據設計圖紙的安裝高度要求，經現場測量確定：上板尺寸：2440*1220mm、下板尺寸：1920*1220mm（非標尺寸，定制加工）。板面氟碳漆顏色為乳白色，色帶顏色為綠色，色帶的設置位置在裝飾板1600mm高的部位，色帶寬度： 360mm；水泥纖維板的安裝高度為4.1米，板間距：10mm，板下口距離防撞墻頂部30mm。

2．施工基準線的設置：水泥纖維板安裝前，首先點位好安裝基準線，基準線設置時，以下板的上邊沿安裝高度為基準，設置方法同龍骨放線方法：分段設置，每段長度不超過10米?；鶞示€設置完成后，復測檢查次龍骨安裝的平整度和龍骨間距，發(fā)現不合格立即調整。

3．纖維板安裝：

（1）板材預加工：板材水平放置在工作臺上，使用專用靠尺按照板材自攻螺絲安裝尺寸圖在鉆孔的位置做好標記，加工時使用手槍鉆（配備Φ3.2mm麻花鉆頭）在標記位置打眼鉆孔。

（2）安裝前在龍骨與纖維板的接觸面涂抹硅酮中性結構膠，豎向和橫向龍骨均需均勻涂抹到位。

（3）安裝板材時根據施工基準線調整好纖維板，墊好墊塊，然后整體壓彎纖維板與龍骨貼緊，貼緊后開始安裝自攻螺絲固定，先安裝板材豎向邊沿螺絲，再松開板材安裝橫向螺絲，固定螺絲采用M4*25鍍鋅鉆尾自攻螺絲。

（4）板材安裝完成后，為避免其他工序損傷氟碳漆，污染板面，保護膜暫不去除，但保護膜去除時間不可超過規(guī)定要求（保護膜保留時間太久，撕膜時會損傷氟碳漆）。

5．板材安裝時注意事項：

（1）為避免板材斷裂，壓彎板材時必須板面中部整體受力，嚴禁按壓板材邊沿。推壓板材時用力必須緩慢，壓緊板材后在豎向螺絲未完全固定前不可松動。

（2）自攻螺絲固定時，先豎向后橫向，螺絲需垂直板面鉆入，不可歪斜且螺絲鉆入時不可用力過大（板材擠壓力過大容易開裂）。

（3）板材安裝時若出現相鄰板材面不平整、板縫大小誤差較大時，需立刻拆除重新安裝調整。若結構膠凝固后拆除，板材將碎裂無法再用。

4.6 箱門安裝

1．箱體定位及規(guī)格確認

（1）箱門規(guī)格的確認：隧道內機電、弱電設備箱、控制箱、控制柜數量多（約40米一組），因此箱門的數量較多。為方便施工和美觀，施工前對箱門的規(guī)格尺寸進行簡化：根據土建預留洞的尺寸和設備、箱柜的使用要求，箱門的規(guī)格簡化為3種，主要分為：消火栓箱門：1200*1200mm；弱電ACU箱門：800*1200mm；其他機電配電箱、弱電控制箱門：800*800mm。

（2）箱門的定位：現場土建預留洞口的高度，在下板的區(qū)域內安裝，安裝標高：箱門的上口與下板的上邊沿齊平。

2．箱門龍骨制作組裝：

（1）箱門龍骨材質確認：根據箱門的規(guī)格尺寸，箱門的龍骨材料采用鍍鋅鋼方管和鋁合金方管兩種材料。其中消火栓、ACU箱門較大，為加強門扇的牢固性，采用25*25*2mm 鍍鋅方管，其他尺寸較小的機電、弱電箱門采用25*38鋁合金方管。

（2）箱門門框龍骨的安裝：較大箱門的門框采用鍍鋅方管，焊接在角鋼龍骨上，焊接完成后做好防腐防銹處理。單獨的小箱門門框采用鋁合金方管，自攻螺絲連接在鋁合金次龍骨上。

（3）箱門門扇的組裝：首先使用彎管機對龍骨進行彎弧加工，管材弧度與墻面龍骨一致，然后根據具體的箱門規(guī)格組裝：鍍鋅鋼方管龍骨采用焊接連接，焊接完成后做好防銹防腐處理；鋁合金方管龍骨采用自攻螺絲連接，為防止門扇變形在四個角安裝L型平角不銹鋼角碼加固。

3．箱門的安裝

（1）由于箱門是弧形的，開啟時門縫較大，為縮小門縫大小及美觀，通過現場試驗，門扇鉸鏈采用轉軸不銹鋼天地鉸鏈，鉸鏈固定通過自攻 螺絲與門框和門扇連接。

（2）門扇龍骨安裝時，調整鉸鏈的安裝位置控制門扇的垂直度和門縫的大小以及門扇的平整度。

（3）門扇龍骨安裝完成后，檢查合格方可進行門扇纖維板的安裝，安裝方法同墻面板材安裝，螺絲固定位置對齊墻面板材螺絲。

（4）門扇板材安裝完成后，門扇封邊條采用L15*15mm直接不銹鋼條，安裝固定方式采用自攻螺絲固定。

（5）門扇安裝調整完成后，在門框上安裝L型鋁合金掛件做門擋，防止門向內凹陷。

4．五金配件安裝

隧道內箱門為便于后期維護時開啟方便，不可采用帶鑰匙的門鎖，因此選用圓點按鈕彈跳鎖。門鎖安裝時固定在門扇龍骨上，不可安裝在纖維板上。

4.7 板材嵌縫

1．設計要求條采用三元乙丙膠，但通過現場施工，發(fā)現無法施工，后改為圓形白色泡沫條；嵌縫密封膠采用中性硅酮耐候密封膠，密封膠使用前需經過相容性試驗。

2．嵌縫施工時，先撕開板面塑料保護膜，清理干凈板縫內雜物水珠，塞入泡沫條。然后沿板邊粘貼美紋紙，最后進行板縫注膠。注膠后將膠縫壓緊，抹平，撕去兩側美紋紙，將板封邊的污漬擦干凈。

5 質量保證措施

1．化學錨拴安裝前，孔洞清塵必須干凈，安裝時化學藥劑需攪拌均勻，安裝完成后，拉拔值需滿足設計要求。

2．角碼和主龍骨安裝時，不銹鋼螺栓需緊固到位，彈簧墊片和平墊片需配備齊全。

3．纖維板安裝前，應檢查校對龍骨的平整度和牢固性，安裝時自攻螺絲應垂直板面固定，安裝完成后做好成品保護。

4．纖維板嵌縫密封膠施工時，注意檢查板面平整度和縫隙大小，不合格的板材需校準合格后再進行打膠密封。

6 施工情況得失分析

在紫之隧道水泥纖維板施工中，由于水泥纖維板第一次用于弧形隧道安裝，我們遇到了一系列的問題，在施工的過程中通過不斷的試驗、總結，不斷優(yōu)化和改進，最終取得了較好的效果。但由于施工工期緊張，施工過程中遇到的施工難題未能徹底解決，還是存在一些未能完全克服的質量問題，例如局部板材裂紋和斷裂、板縫密封膠開裂等。工程完工后，我們通過施工過程的總結和分析，積累了一下經驗，希望在以后的類似工程施工時有所幫助。

1．水泥纖維板存在裂紋和斷裂的情況，其主要原因有：

（1）水泥纖維板彎曲性能較差，隧道弧度較大，在彎弧作業(yè)時容易產生裂紋和斷裂；

（2）板材采用自攻螺絲固定，破壞了板面結構，板材熱脹冷縮變形過程中增加了破損點。

2．通過以上原因的分析，建議在以后同類工程中改進施工工藝，例如：

（1）借鑒“幾”字形壓條扣壓纖維板和結構膠粘接纖維板兩種施工工藝。目前這兩種施工工藝在直板墻面施工時比較成熟，但大面積弧形墻面裝飾還沒應用過。

（2）自攻螺絲固定和結構膠粘接相結合，減少自攻螺絲數量，減少板面破損點。在板的兩端自攻螺絲固定，中間受力較大部位取消，背面全部結構膠粘接。此種方案在施工中進行了少量面積的實驗，效果較好，建議弧形水泥纖維板安裝是可以參考，直行水泥纖維板可以全部取消螺釘。

2．水泥纖維板板縫密封膠施工完成后，密封膠開裂的現象比較突出，其主要原因是板材熱脹冷縮以及隧道基層伸縮縫影響。在以后同類工程施工時，建議次龍骨之間增加對穿螺栓固定，在隧道基層伸縮縫位置增加設置伸縮縫。