京雄城際鐵路明挖隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

宋向榮，楊海生

(中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

隧道采用明挖方法施工相對(duì)簡(jiǎn)單，具有安全可控、施工進(jìn)度快等優(yōu)勢(shì)，是淺埋式隧道主要采用的施工方法。對(duì)于有一定埋深的超長(zhǎng)隧道工程，在考慮增加作業(yè)面以提高施工效率的情況下，也會(huì)采用明挖法進(jìn)行施工。然而，由于工作面鋪展較大，工序往往比較繁瑣，質(zhì)量控制存在不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)；其次，這種施工方式為工程管理帶來了較大挑戰(zhàn)，在統(tǒng)籌不良的情況下，易產(chǎn)生不可預(yù)見的成本消耗；加之，露天作業(yè)面對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)也比較大，環(huán)境保護(hù)壓力大。

目前關(guān)于隧道施工的研究主要集中在安全風(fēng)險(xiǎn)控制方面，對(duì)施工過程中土體的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)、處理或者預(yù)警，或提出針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)狀況的處理方法，但對(duì)總體施工技術(shù)的優(yōu)化程度存在不足。

標(biāo)準(zhǔn)化的主要原理是：將成熟的技術(shù)形成固定的操作流程與規(guī)程，從而利用其重復(fù)性的強(qiáng)化作用，降低技術(shù)失控風(fēng)險(xiǎn)。采用標(biāo)準(zhǔn)化理念再造明挖隧道的施工技術(shù)，能夠大幅度降低工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。高度集約型的生產(chǎn)模式，可以更為合理地分配生產(chǎn)資源，降低資源消耗，適應(yīng)綠色環(huán)保的要求。

目前，建筑與橋梁工程領(lǐng)域開展了大范圍的標(biāo)準(zhǔn)化施工技術(shù)的應(yīng)用，大多數(shù)采用了預(yù)制裝配生產(chǎn)模式，以提高構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，減少人工投入，發(fā)揮機(jī)械成本優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)最大化的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。隧道工程與建筑或橋梁工程存在差異，需要在既有地質(zhì)條件下開展現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化程度由此受限。

明挖方法可將作業(yè)條件規(guī)則化，為隧道的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)提供基礎(chǔ)條件。液壓臺(tái)車等可移動(dòng)設(shè)備也使得移動(dòng)工廠的概念逐漸實(shí)現(xiàn)。

該文以京雄城際鐵路明挖隧道為背景，開展大斷面隧道工程的防水、鋼筋、混凝土3大工程的標(biāo)準(zhǔn)化探索，總結(jié)用于提升品質(zhì)與效率的關(guān)鍵施工技術(shù)，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

京雄城際鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線工程北起北京大興機(jī)場(chǎng)地下站，南穿永定河南大堤后露出地面，全長(zhǎng)8.34 km。隧道最大埋深28.64 m，設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，洞門采用柱式洞門。路線大部分區(qū)段主體結(jié)構(gòu)斷面形式為拱形明洞結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)斷面形式見圖1。隧道仰拱厚度為0.85 m，頂板厚度為0.8 m，隧道外側(cè)撐角厚度為1.2 m。隧道具有基坑深、建筑單體尺寸大等特點(diǎn)。

圖1 京雄鐵路2號(hào)線隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(單位：cm)

總體工藝上，采用放坡明挖方法進(jìn)行施工，以土釘墻、鉆孔灌注樁圍護(hù)、雙排鉆孔樁圍護(hù)對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)。施工工序?yàn)椋菏紫冗M(jìn)行仰拱施工，待仰拱填充施作完成后，利用多功能作業(yè)臺(tái)架鋪設(shè)防水板、綁扎鋼筋。然后采用液壓整體式臺(tái)車進(jìn)行一次性整體澆筑拱部襯砌。混凝土采用拌和站集中拌和，由混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)澆筑。液壓整體式臺(tái)車相當(dāng)于“移動(dòng)工廠”，為作業(yè)提供了相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境。

防水工程、鋼筋工程、混凝土工程是明挖隧道施工的關(guān)鍵工序，其質(zhì)量與隧道運(yùn)營(yíng)的長(zhǎng)效耐久密不可分，故該文對(duì)這三類關(guān)鍵工藝開展標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作，結(jié)合實(shí)踐總結(jié)工藝的控制要點(diǎn)。

2 防水工程的標(biāo)準(zhǔn)化工藝

明挖隧道主要采用防水板材進(jìn)行防水，對(duì)施工縫與變形縫一般采取特殊防水措施，由于施工接縫較多，質(zhì)量失控的風(fēng)險(xiǎn)高，會(huì)增加后期的維護(hù)成本，故需要以精細(xì)化的手段開展施工，以下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝及施工要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化工藝

隧道防水施工的標(biāo)準(zhǔn)施工流程劃分如圖2所示。

圖2 防水工程的標(biāo)準(zhǔn)施工流程

基面施工前應(yīng)對(duì)基坑表面進(jìn)行清掃，對(duì)尖銳物體進(jìn)行清理，對(duì)基坑漏水情況進(jìn)行排除，對(duì)陰陽角做圓弧處理；緩沖層為柔性材料，應(yīng)均勻攤鋪，采用水泥釘固定于基面上；在緩沖層上鋪設(shè)防水板后，澆筑50 mm細(xì)石混凝土保護(hù)層，并預(yù)先采取施工縫與變形縫防水措施后，再行澆筑主體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 防水板鋪設(shè)示意圖

對(duì)于拱頂，在澆筑混凝土后，在其表面均勻涂刷單組分聚氨酯防水涂料，施作水泥砂漿找平層，鋪設(shè)防水板，按照由仰拱至襯砌的順序進(jìn)行。

施工縫和變形縫處于襯砌混凝土不連續(xù)位置，容易成為漏水關(guān)鍵點(diǎn)，需要加強(qiáng)控制。施工縫分縱向施工縫和環(huán)向施工縫兩種，縱向施工縫采用鍍鋅鋼板止水帶+水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料+注漿管注漿進(jìn)行防水，環(huán)向施工縫采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料+注漿管注漿。

變形縫可采用復(fù)合防水構(gòu)造的方法，邊墻和仰拱部位采用中埋式橡膠止水帶(內(nèi)設(shè)加筋)+背貼式止水帶，拱部采用中埋式橡膠止水帶(內(nèi)設(shè)加筋)，拱墻與仰拱部位設(shè)置引水盲管，引入側(cè)溝。變形縫鋪以聚乙烯泡沫塑料板、雙組分聚硫密封膏填充。施工縫防水的標(biāo)準(zhǔn)處理方式見圖4。

圖4 施工縫標(biāo)準(zhǔn)防水(單位：mm)

2.2 工藝要點(diǎn)

為提高防水措施的施工質(zhì)量，施工過程中應(yīng)注意以下控制細(xì)節(jié)：

(1) 防水措施鋪設(shè)前應(yīng)對(duì)基面表面進(jìn)行細(xì)致檢查，確認(rèn)無明顯尖刺，表面基本平順方可施工。

(2) 在基面凹陷位置應(yīng)加設(shè)圓墊片，避免凹處防水板無可靠支撐；水泥釘不得超出圓墊片平面，以免刺穿防水板材。

(3) 在綁扎鋼筋前，應(yīng)撕掉卷材隔離膜，及時(shí)施作50 mm厚C25細(xì)石混凝土保護(hù)層，避免鋼筋刺壞防水板材。

(4) 防水材料鋪設(shè)時(shí)避免拉得過緊或出現(xiàn)大的鼓包，鋪設(shè)好的防水板應(yīng)與基面凹凸起伏一致，保持自然、平整、服帖。相鄰兩幅卷材搭接寬度應(yīng)不小于150 mm，搭接位置確保粘貼嚴(yán)密。

(5) 止水帶在結(jié)構(gòu)鋼筋上固定的間距不得大于400 mm，確保固定牢固，不出現(xiàn)扭曲、變形等現(xiàn)象。

(6) 涂刷或噴涂水泥基滲透結(jié)晶防水涂料前，施工縫表面都要浸透，但不能有明水。當(dāng)涂層凝固后，即可及時(shí)噴水或覆蓋進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于3 d。

(7) 應(yīng)注意加強(qiáng)井點(diǎn)降水，避免防水設(shè)施膠體凝固期間遭受基坑滲漏的侵蝕；對(duì)于局部漏水現(xiàn)象，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流措施，避免水流侵蝕，影響防水主體質(zhì)量。

(8) 加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)表觀質(zhì)量的檢查，出現(xiàn)滲水或其他質(zhì)量問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施，對(duì)防水層進(jìn)行強(qiáng)化。

(9) 防水板進(jìn)行充氣檢測(cè)，雙焊縫間預(yù)留15 cm寬的空腔，按照0.2 MPa穩(wěn)壓15 min，壓力下降值不得大于10%。

3 鋼筋工程的標(biāo)準(zhǔn)化工藝

結(jié)構(gòu)工程的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可為鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)化安裝提供良好基礎(chǔ)，從施工便利性、精度易于保障的特性入手，提出鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)化綁扎工藝，對(duì)綁扎要點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化工藝

鋼筋隨斷面形狀布置，需進(jìn)行分次綁扎。在結(jié)構(gòu)的接縫位置設(shè)置鋼筋搭接區(qū)域，采用套管連接，布置形式較為簡(jiǎn)潔。通過固定安裝順序，可以實(shí)現(xiàn)較高效率的安裝。

標(biāo)準(zhǔn)化安裝流程為：鋼筋機(jī)械化配料→仰拱接側(cè)墻鋼筋綁扎→底板鋼筋綁扎→接側(cè)墻斜筋綁扎→仰拱澆筑→側(cè)墻豎向鋼筋綁扎→側(cè)墻拱形鋼筋綁扎→拱頂鋼筋綁扎。

仰拱、側(cè)墻以及拱頂鋼筋綁扎遵循的順序?yàn)椋合蓉Q向鋼筋再橫向鋼筋；先底層鋼筋再上層鋼筋，以架立筋支撐上層鋼筋；拱頂上層鋼筋安裝時(shí)，先安裝定位筋，再安裝定位筋之間的主筋。

采用BIM技術(shù)對(duì)綁扎的可操作性進(jìn)行驗(yàn)證，鋼筋綁扎示意見圖5。由于鋼筋為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，其位置比較固定，只需要設(shè)置少量的控制點(diǎn)，工人就可以快速地將鋼筋綁扎到位，能夠提高鋼筋綁扎的效率。

圖5 基于BIM的鋼筋綁扎過程模擬

3.2 工藝要點(diǎn)

為了提高安裝精度、保障結(jié)構(gòu)性能，需按照如下要點(diǎn)進(jìn)行施工：

(1) 鋼筋的加工精度對(duì)于安裝精度的影響較大，宜采用數(shù)控加工設(shè)備對(duì)鋼筋進(jìn)行精確下料。

(2) 環(huán)向鋼筋連接位置不得位于拱頂中部，相鄰連接位置應(yīng)相互錯(cuò)開，同一個(gè)區(qū)段內(nèi)鋼筋接頭面積不應(yīng)大于全部鋼筋面積的50%，且鋼筋機(jī)械連接滿足一級(jí)連接要求。

(3) 雙排鋼筋的上排鋼筋與下排鋼筋的間距允許偏差按照±5 mm控制，分布鋼筋間距、箍筋間距允許偏差按照±20 mm控制，保護(hù)層厚度允許偏差按照+10、-5 mm控制。

(4) 為了提高綁扎過程中的穩(wěn)定性，需要在少量豎向鋼筋、橫向鋼筋上做好橫筋標(biāo)記點(diǎn)，作為鋼筋間距的控制標(biāo)記，豎向鋼筋安裝后，采用少量的橫向筋對(duì)位置進(jìn)行精確定位。

(5) 由于采用分次綁扎、分次澆筑工藝，下層結(jié)構(gòu)澆筑及振搗的時(shí)候，應(yīng)避免對(duì)上層結(jié)構(gòu)的鋼筋產(chǎn)生擾動(dòng)，避免位置發(fā)生變動(dòng)。

(6) 仰拱及拱頂鋼筋具有一定的弧線形狀，對(duì)于保護(hù)層的控制難度較大，應(yīng)注意控制標(biāo)記位置的精確性，安裝后對(duì)位置進(jìn)行校核，若產(chǎn)生偏差，應(yīng)查找原因，在調(diào)整工藝后方可進(jìn)行下一步的綁扎作業(yè)。

(7) 鋼筋綁扎的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為，上下排鋼筋間距誤差不得超過5 mm；同一排鋼筋在拱部的水平間距誤差不大于10 mm，邊墻不大于20 mm；分布鋼筋及箍筋間距不大于20 mm；保護(hù)層厚度誤差應(yīng)控制為-5～+10 mm。

(8) 鋼筋綁扎作業(yè)的工效與混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)的工效應(yīng)合理搭配，以最大化實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)。

4 混凝土工程的標(biāo)準(zhǔn)化工藝

隧道設(shè)計(jì)為大斷面結(jié)構(gòu)，即使分3次澆筑，單次澆筑的方量也大，由于大直徑鋼筋密布，振搗的難度較高，混凝土質(zhì)量控制成為重點(diǎn)。對(duì)混凝土工程的標(biāo)準(zhǔn)化工藝進(jìn)行研究，提出工藝要點(diǎn)。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化工藝

仰拱以及襯砌分次澆筑，對(duì)澆筑的順序以及振搗的方式進(jìn)行嚴(yán)格控制。

仰拱的混凝土標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程為：中間布料，對(duì)稱澆筑→插入式振搗器振搗。

襯砌的混凝土標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程為：側(cè)墻布料，對(duì)稱澆筑→附著式振搗器振搗→拱頂布料，對(duì)稱澆筑→插入式振搗器與附著式振搗器振搗。

仰拱采用從最低點(diǎn)布料的方式，分層厚度不超過30 cm；襯砌較高，采用串筒澆筑，混凝土自由傾落高度不超過2 m；由于側(cè)墻鋼筋較密，采用75 mm的無縫鋼管作為振搗通道進(jìn)行振搗；拱頂則采用布料孔作為振搗通道進(jìn)行振搗。

混凝土養(yǎng)護(hù)充分發(fā)揮臺(tái)車“移動(dòng)工廠”的優(yōu)勢(shì)，在外側(cè)設(shè)置養(yǎng)護(hù)棚，隔絕外界對(duì)流影響，為混凝土提供相對(duì)穩(wěn)定的養(yǎng)護(hù)環(huán)境。在低溫季節(jié)，于棚內(nèi)采用暖風(fēng)機(jī)進(jìn)行加溫，避免混凝土的溫度裂縫。

4.2 工藝要點(diǎn)

為充分振搗并且提高混凝土的質(zhì)量，需按照如下要點(diǎn)進(jìn)行施工：

(1) 混凝土拌和均勻，嚴(yán)格控制塌落度，混凝土的初凝時(shí)間控制為6～8 h。

(2) 側(cè)墻澆筑高差不宜超過50 cm，控制布料的均勻性。

(3) 針對(duì)鋼筋布置較密的情況，可以采用鋼管制作振搗通道，振搗棒沿振搗通道開始振搗，在振搗結(jié)束后，將鋼管抽離。

(4) 插入式振搗器移動(dòng)間距不宜大于振搗器作用半徑的1.5倍，且插入下層混凝土內(nèi)深度宜為100 mm。

(5) 每一點(diǎn)振搗的振搗持續(xù)時(shí)間以混凝土面不再沉落，表面呈現(xiàn)浮漿為度，防止過振、漏振。

(6) 插入式振搗器振搗完畢，將該層附近的附著式振搗器打開振搗，觀察混凝土面無變化之后關(guān)掉。

(7) 由于結(jié)構(gòu)壁厚較大，水化溫度作用顯著，采用棚式方法保持內(nèi)部溫度恒定，可以避免表面產(chǎn)生開裂的情況。

(8) 脫膜后，對(duì)表面覆蓋薄膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，定期灑水，同時(shí)應(yīng)繼續(xù)保持棚內(nèi)的密閉狀態(tài)，待內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度相差小于25 ℃時(shí)，方可終止養(yǎng)護(hù)。

(9) 施工完畢后對(duì)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，確保強(qiáng)度等檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一節(jié)段的施工。

5 結(jié)語

以京雄鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線明挖隧道工程為背景，對(duì)大斷面隧道結(jié)構(gòu)的防水工程、鋼筋工程以及混凝土工程的標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝進(jìn)行研究，對(duì)關(guān)鍵控制要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，提出了技術(shù)要點(diǎn)與控制參數(shù)。

通過建立標(biāo)準(zhǔn)施工方法，能夠提高施工效率與施工精度，確保結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，節(jié)約資源投入。