黃土隧道大挖方段明洞拱墻襯砌快速施工技術(shù)研究

張海成

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 301700）

1 工程概況

銀西鐵路寧縣一號(hào)隧道位于甘肅省慶陽(yáng)市寧縣新寧鎮(zhèn)境內(nèi)，出口位于黃土塬邊緩坡坡腳。隧道經(jīng)過(guò)的地層為第四系全系統(tǒng)滑塌錯(cuò)落堆積層、洪積層，上、中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土，白堊系下統(tǒng)礫巖、砂巖及泥巖。

DK198+325～DK198+500段線路原設(shè)計(jì)為路塹，路塹開(kāi)挖和邊坡防護(hù)工程量較大，土質(zhì)松散且為偏壓狀態(tài)，安全隱患較大。為徹底消除安全隱患，保護(hù)周邊環(huán)境，此處路塹變更為路塹式明洞，拱墻襯砌結(jié)構(gòu)采用厚90 cm的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)采用土石進(jìn)行回填[1]。

2 拱墻襯砌施工方案

傳統(tǒng)的明洞拱墻襯砌施工方法多采用定位襯砌臺(tái)車(chē)后再綁扎鋼筋，外模采用小型鋼模板或小木板與鋼筋連接加固，形成包裹混凝土的封閉空間。此種方法的模板施工時(shí)間長(zhǎng)、耗損多、且混凝土外觀質(zhì)量無(wú)法保證，進(jìn)而影響防水施工。

結(jié)合寧縣一號(hào)隧道出口段新增明洞的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，明洞拱墻鋼筋安裝采用鋼筋綁扎臺(tái)車(chē)，內(nèi)模采用12.2 m長(zhǎng)的全斷面整體液壓自動(dòng)行走鋼模臺(tái)車(chē)，外模板采用整體鋼模板，形成前端鋼筋綁扎，中間襯砌臺(tái)車(chē)定位、后部鋼外模整體拆模前移的平行交叉作業(yè)模式[2]。

3 拱墻襯砌施工關(guān)鍵技術(shù)

本段深挖路塹式明洞采用多作業(yè)面連續(xù)施工，由于施工任務(wù)大量集中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)體質(zhì)量的把控是一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。因此，在施工過(guò)程當(dāng)中對(duì)如下主要工序進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.1 土方開(kāi)挖與邊坡防護(hù)

3.1.1 土方開(kāi)挖

土方選擇枯雨期施工，由明暗交界段向外開(kāi)挖，施工中按照“由上至下、分級(jí)開(kāi)挖、邊挖邊防”的基本原則施作。土方開(kāi)挖前先施作邊仰坡臨時(shí)截水溝，以截排地表水，截水天溝距邊仰坡開(kāi)挖邊緣不小于2 m，排水溝與現(xiàn)有排水系統(tǒng)相銜接，土方全部采用運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸至線路以外。

開(kāi)挖前測(cè)量放樣，確定地面高程、開(kāi)挖斷面、開(kāi)挖深度等參數(shù)。土方全斷面逐層開(kāi)挖，采用人工配合機(jī)械開(kāi)挖，過(guò)程中邊挖邊測(cè)標(biāo)高，避免超挖，距離基底20～30 cm厚度土方采用人工開(kāi)挖，以防基礎(chǔ)的受損。對(duì)機(jī)械難以開(kāi)挖的范圍，采用人工開(kāi)挖。開(kāi)挖完成后，對(duì)基底進(jìn)行承載力檢測(cè)，對(duì)承載力不滿足要求的采取相應(yīng)措施，對(duì)地基進(jìn)行加固處理。為了避免地基承載力受到影響，施工中加強(qiáng)做好防排水工作，嚴(yán)禁地基受水浸泡。

3.1.2 臨時(shí)邊坡防護(hù)

由于明洞基槽是明洞的重要部位，加之邊坡將長(zhǎng)時(shí)間暴露，因此邊坡防護(hù)是整個(gè)明洞施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)，必須采用邊開(kāi)挖邊防護(hù)方式。明洞拱墻位置的臨時(shí)邊坡坡度為1∶0.5，其余邊坡為1∶1，邊坡間設(shè)置3 m邊坡平臺(tái)，1∶0.5邊坡采用錨網(wǎng)噴防護(hù)，網(wǎng)噴C25混凝土厚度10 cm，錨桿為長(zhǎng)度3 m直徑22 mm砂漿錨桿，鋼筋網(wǎng)為φ8規(guī)格25 cm×25 cm網(wǎng)格，錨桿采用梅花形布置，間距為1.5 m×1.5 m。其余邊坡采用骨架護(hù)坡防護(hù)，開(kāi)挖防護(hù)過(guò)程中嚴(yán)格遵守“從上到下，挖一層，及時(shí)防護(hù)一層”原則進(jìn)行施工，且邊坡裸露面不得長(zhǎng)時(shí)間放置[3]。

3.2 拱墻襯砌施工

3.2.1 模板拼裝

（1）內(nèi)模板拼裝

內(nèi)側(cè)模板半徑結(jié)合設(shè)計(jì)比隧道襯砌凈空大5 cm，預(yù)防二次襯砌由于隧道沉降變形侵入隧道凈空。在模板拼裝時(shí)，打磨修整工作必須到位，保證模板拼裝穩(wěn)固牢靠，接縫嚴(yán)密，不漏漿。為了施工方便，模板臺(tái)車(chē)兩側(cè)安裝梯道、扶手及操作平臺(tái)。另外為了臺(tái)車(chē)就位穩(wěn)固，車(chē)輪附近安裝剎車(chē)裝置，確保施工安全。

（2）外模板拼裝

外模板采用分塊式鋼模板拼裝結(jié)構(gòu)，外模主要由面板、縱向桁架、橫向桁架、縱檁等構(gòu)成，面板采用厚度8 mm的Q235鋼板，縱向桁架采用10 cm×15 cm的型鋼，在面板背部沿隧道環(huán)向布置，間距25 cm，與面板焊接。橫向桁梁采用間距為1.5 m的16工字鋼，與縱向桁梁焊接。縱檁采用 20工字鋼，間距2 m設(shè)置一根，縱檁與橫向桁梁焊接。外模板拱部為半圓拱，下部為直立式結(jié)構(gòu)，底部采用頂桿將模板底部與矮邊墻緊密連接，模板頂部為2 m寬的開(kāi)口，兩塊半圓拱模板頂部之間采用對(duì)拉絲桿栓接。

模板預(yù)留工作窗口，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)呈梅花形布置，每側(cè)設(shè)置3排，共22個(gè)窗口，模板底邊向上2 m處設(shè)置第1排，向上3 m設(shè)置第2排，再向上2 m設(shè)置第3排工作窗口。

窗口尺寸50 cm×50 cm，頂部中心預(yù)留φ150孔（帶模注漿用）[4]。

（3）端頭模板安裝

襯砌端頭拱墻全環(huán)中埋式止水帶采用截面呈“L”型定制的端頭弧形鋼模板進(jìn)行固定。端頭模板由內(nèi)、外弧形鋼板組成，分成若干節(jié)段，節(jié)段間采用鋼管插銷(xiāo)式連接，拼接嚴(yán)密、支撐牢固。內(nèi)弧鋼板采用高強(qiáng)度螺栓與臺(tái)車(chē)主模板連接，外弧鋼板與外側(cè)鋼模板連接，與內(nèi)弧鋼板采用鋼管插銷(xiāo)式連接。

3.2.2 襯砌鋼筋綁扎

鋼筋在加工棚內(nèi)加工完成，采用人工配合機(jī)械將鋼筋運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝。襯砌鋼筋綁扎時(shí)利用鋼筋綁扎臺(tái)車(chē)定位支撐，鋼筋綁扎臺(tái)車(chē)采用型鋼支架組拼而成，底部為膠輪行走結(jié)構(gòu)，可以自由移動(dòng)，臺(tái)車(chē)頂面設(shè)置鋼筋卡具，以保證鋼筋安裝間距要求。綁扎鋼筋時(shí)設(shè)置結(jié)構(gòu)架立筋，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼筋內(nèi)外層間距根據(jù)鋼筋卡具定位，預(yù)防侵占凈空。綁扎過(guò)程中嚴(yán)格控制鋼筋間距、搭接長(zhǎng)度、連接質(zhì)量及保護(hù)層厚度；為更好地控制鋼筋保護(hù)層，襯砌鋼筋設(shè)置數(shù)目每平米不少于4個(gè)墊塊[5]。

接觸網(wǎng)預(yù)埋槽道在鋼筋綁扎中安裝預(yù)埋，其里程、偏距、間距等參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制。安裝前使用卡具固定，定位準(zhǔn)確牢固并與襯砌內(nèi)側(cè)主筋可靠連接，防止混凝土澆筑過(guò)程中所預(yù)埋的槽道移位。

3.2.3 混凝土施工

（1）混凝土澆筑

模板定位完成、封頭模安裝好，預(yù)埋件安裝到位后，方可進(jìn)行混凝土施工。混凝土由罐車(chē)運(yùn)輸，泵送入模，從最底層工作窗口開(kāi)始澆筑，自下而上，從已澆筑段接頭處向未澆筑方向。充分利用臺(tái)車(chē)上、中、下三層窗口，分層對(duì)稱(chēng)澆筑混凝土，分層厚度不得大于40 cm，澆筑過(guò)程中采用逐窗澆筑系統(tǒng)將混凝土輸送入模，混凝土澆筑時(shí)的自由傾落高度不能超過(guò)2 m，臺(tái)車(chē)前后不超過(guò)0.6 m，左右兩側(cè)高差不超過(guò)0.5 m，要連續(xù)澆筑，間歇超過(guò)1.5 h時(shí)，按施工縫處理。澆筑到快要平齊工作窗口時(shí)，關(guān)閉此處澆筑窗口，從上一排窗口澆筑，以此類(lèi)推，最后在頂部開(kāi)口處封頂收面。澆筑混凝土過(guò)程中，混凝土輸送泵操作手應(yīng)控制好澆筑速度，以防由于速度過(guò)快、沖擊力大而使模板受到泵管撞擊，致使模板移位[6]；另外在澆筑過(guò)程中，左右側(cè)對(duì)稱(chēng)同步澆筑，兩側(cè)混凝土澆筑面高差嚴(yán)格控制在0.5 m以內(nèi)，防止模板臺(tái)車(chē)因偏壓而移位。混凝土保持其勻質(zhì)性，做到不分層、不離析、不漏漿。

（2）混凝土振搗

在澆筑混凝土?xí)r，振搗采用插入式振搗棒、附著式振動(dòng)器振搗，振搗完畢后，振動(dòng)棒應(yīng)豎向緩慢拔出，不得在澆筑窗口內(nèi)平拖，以保證混凝土質(zhì)量。

邊墻處澆筑混凝土每層厚度不得大于50 cm，振搗采用插入式振搗棒，振搗宜豎向快插慢拔，振搗時(shí)間宜為20～30 s。邊墻兩端處采用附著式振動(dòng)器振搗，時(shí)間宜為10 s?；炷帘砻娉势教挂恢?、泛漿、不再冒氣泡時(shí)宜停止振搗；起拱線以上部位澆筑，每層厚度控制在40～50 cm范圍內(nèi)，嚴(yán)格遵循“分層連續(xù)澆筑，分層振搗”的原則，振搗采用拱部附著式振搗器振搗，振搗時(shí)間宜為10 s[7]。

澆筑振搗過(guò)程中安排專(zhuān)人觀察模板臺(tái)車(chē)加固構(gòu)件、預(yù)埋槽道及其他預(yù)埋件情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)、移位、變形跡象時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)加固措施[8]，以便得到有效的控制。

3.2.4 脫模、養(yǎng)護(hù)

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)始脫模，外模板脫模時(shí)，先拆除封端模板和矮邊墻底部外模頂桿；半圓形模板頂部向伸長(zhǎng)的方向間隔調(diào)節(jié)對(duì)拉栓接的絲桿，使模板與混凝土分離；緩慢拆下對(duì)拉栓接絲桿，用吊車(chē)將鋼模板吊移[9]。脫模后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)生。外側(cè)采用土工布覆蓋灑水濕潤(rùn)養(yǎng)生，內(nèi)側(cè)采用霧炮機(jī)將水霧均勻噴灑至混凝土面進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14 d。

3.2.5 明洞防水及回填

（1）防排水施工

明洞襯砌外模板拆除，且拱墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，應(yīng)及時(shí)施作防排水層。明洞襯砌外沿鋪設(shè)防水板、土工布和膨潤(rùn)土防水毯，防水板應(yīng)向隧道內(nèi)延伸不小于0.5 m，并與暗洞防水板連接。鋪設(shè)基面應(yīng)平整、圓順、無(wú)漏水現(xiàn)象，防水板鋪設(shè)松弛度要適宜，防水板搭接采用熱熔爬焊機(jī)雙焊縫焊接，單道縫寬不小于15 mm，搭接寬度不小于150 mm，焊接應(yīng)牢固，不得有燒焦、破損、滲漏現(xiàn)象。防水板及土工布下端鋪至縱向盲管底部位置，縱向盲管高度側(cè)設(shè)碎石反濾層作為排水體，通過(guò)PVC泄水管將洞外積水引入側(cè)溝內(nèi)排出。拱腳處設(shè)置縱向排水管、三七灰土封閉層和碎石反濾層?？v向排水管與橫向排水管及暗洞中的縱向排水管連接?？v向排水盲溝坡度與線路縱坡一致，盲溝底標(biāo)高為軌面標(biāo)高向下0.2 m[10]。

（2）明洞回填

為防止?jié)仓瓿珊蟮拿鞫撮L(zhǎng)時(shí)間暴露，在襯砌澆筑及防水等工序完成后及時(shí)回填明洞?；靥顑蓚?cè)時(shí)，土石應(yīng)均勻?qū)ΨQ(chēng)，并分層夯實(shí)，其兩側(cè)回填高差應(yīng)小于0.5 m，避免側(cè)墻受到偏壓而影響墻身結(jié)構(gòu)。夯實(shí)過(guò)程中，人工夯實(shí)每層不得大于0.2 m，機(jī)械夯實(shí)每層不得大于0.3 m，回填夯實(shí)時(shí)安排專(zhuān)人指揮施工，防止防水層受到損傷?；靥钪凉绊敽髾M向全寬填筑，分層回填并夯實(shí)，嚴(yán)禁機(jī)械任意拋填。

4 拱墻襯砌施工技術(shù)控制要點(diǎn)

（1）堅(jiān)持平行流水作業(yè)模式，按照前端鋼筋綁扎、中間襯砌臺(tái)車(chē)定位、后部外模整體拆模前移的施工組織方式平行交叉作業(yè)。

（2）合理設(shè)置邊坡防護(hù)及防排水系統(tǒng)，施工期間始終保持良好排水狀態(tài)，避免積水影響施工。

（3）外側(cè)鋼模板拼縫處錯(cuò)臺(tái)處理時(shí)，應(yīng)對(duì)模板板塊拼縫焊接，并將焊縫打磨平整，形成整體式大模板。千斤頂調(diào)整模板高程時(shí)，動(dòng)作應(yīng)同步、均衡。

（4）混凝土澆筑時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行分窗逐層澆筑法，由下向上澆筑，并振搗密實(shí)，注意鋼筋定位及鋼筋保護(hù)層墊塊強(qiáng)度和數(shù)量，另外保證預(yù)埋件平面位置和數(shù)量的準(zhǔn)確性。

（5）施工期間設(shè)專(zhuān)人用儀器結(jié)合施工進(jìn)度隨時(shí)觀察模板的撓度變形情況，并做好記錄，如發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)分析原因，采取措施。

（6）拆模時(shí)襯砌臺(tái)車(chē)及外側(cè)鋼模板均應(yīng)緩慢前移，防止刮傷刮壞明洞襯砌表面。拆模后及時(shí)采用土工布覆蓋混凝土灑水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。

（7）襯砌防水板施工時(shí)，應(yīng)清理明洞外面外漏鋼筋，防止外漏鋼筋損壞防水板。另外，明洞夯填時(shí)小心施工，防止防水板和土工布受到損壞[11-12]。

5 結(jié)束語(yǔ)

寧縣一號(hào)隧道出口明洞采用此種平行交叉作業(yè)模式后施工進(jìn)度明顯加快，襯砌混凝土內(nèi)外表面平整、光潔。在確保工程安全質(zhì)量的前提情況下，合理組織施工順序、優(yōu)化資源配置及施工方案，能明顯提高施工效率，縮短工期，節(jié)約成本，可為今后類(lèi)似項(xiàng)目施工提供豐富經(jīng)驗(yàn)借鑒。