大跨徑連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工技術(shù)在南峰及北峰隧道中的應(yīng)用

王偉 張朋崗

中國水利水電第五工程局有限公司，中國·四川 成都 610500

1 引言

公路工程與市政工程的短隧道常選用連拱隧道的結(jié)構(gòu)形式，從節(jié)約用地、避免洞臉高邊坡、進(jìn)出口減少擾民征拆的目的出發(fā)意義重大。中導(dǎo)洞開挖支護(hù)后進(jìn)行中隔墻襯砌，支撐加固等強(qiáng)后進(jìn)行主洞先行洞開挖，但連拱隧道的中隔墻襯砌的反弧曲面易發(fā)生麻面、氣泡、水波紋等質(zhì)量外觀缺陷。采用傳統(tǒng)的模板表面打磨、改進(jìn)脫模劑、模板開排氣孔、減小分層厚度澆筑加強(qiáng)振搗等施工方式進(jìn)行作業(yè)，效率偏低、質(zhì)量控制難度高，效果仍不理想。因此，通過在傳統(tǒng)中隔墻襯砌的反弧曲面段防止外觀缺陷的施工工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，主要通過在中隔墻混凝土反弧曲面段易產(chǎn)生外觀缺陷部位將鋼模表面打磨光滑、粘貼混凝土高分子透水布的工藝技術(shù)，控制分層厚度加強(qiáng)振搗，有效地解決了中隔墻襯砌混凝土拆模后反弧曲面段的麻面、氣泡、水波紋等質(zhì)量外觀缺陷。

2 概述

中國浙江省舟山市526 國道改建工程地處岱山島，路線主線共有2 座隧道，均為連拱隧道，分別為北峰隧道工程及南峰隧道工程，南峰隧道樁號(hào)為K18+634～K18+925，暗洞177m，明洞110m；北峰隧道樁號(hào)為K13+964～K14+300，暗洞284m，明洞52m，隧道左右幅主洞共用1 個(gè)中隔墻，連拱隧道采取先施工中導(dǎo)洞，開挖支護(hù)后再進(jìn)行中隔墻襯砌[1]，最后完成隧道主洞先行洞開挖支護(hù)及二次襯砌施工的方法。其中中導(dǎo)洞分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)三種圍巖，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸（寬×高）分別為：6.2m×5.55m、6.3m×6.25m、6.4m×6.3m的城門洞型，對(duì)應(yīng)開挖斷面積分別為29.66m2、35.12m2、35.92m2，施工工期為7 個(gè)月。

連拱隧道中導(dǎo)洞的中隔墻襯砌的混凝土結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)圍巖級(jí)別不同分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)三種，采用C45P8 防水混凝土結(jié)構(gòu)形式如圖1～圖3所示。

圖1 V 級(jí)圍巖中隔墻

圖2 Ⅳ級(jí)圍巖中隔墻

圖3 Ⅲ級(jí)圍巖中隔墻

3 隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工方法確定

3.1 處理反弧曲面混凝土外觀質(zhì)量缺陷的工藝方法比較

3.1.1 “模板表面打磨＋改進(jìn)脫模劑＋模板開排氣孔預(yù)防中隔墻襯砌”的施工方法

襯砌臺(tái)車的鋼模板每次使用前，采用角磨機(jī)進(jìn)行表面打磨，將殘留的混凝土殘?jiān)蚰サ?，使鋼模板表面光滑，噴涂上均勻分布的改良后的脫模劑，使附著在反弧曲面上的氣泡較均勻的分布，并在模板反弧段上開鑿排氣孔，排氣孔直徑小于10mm，間距大于400mm，為排出的氣泡提供排氣通道，使混凝土外觀質(zhì)量提升。

優(yōu)點(diǎn)：以上傳統(tǒng)預(yù)防混凝土外觀缺陷的方法施工方便、靈活，結(jié)合減小及控制分層厚度澆筑，并加強(qiáng)振搗，可適當(dāng)提升混凝土的外觀質(zhì)量。

缺點(diǎn)：①以上方法提升混凝土外觀質(zhì)量的效果仍然有限，每次需要人力物力加強(qiáng)打磨模板，特別反弧曲面鋼模板表面，造成單一工序耗時(shí)較長；

②在鋼模上開孔，對(duì)模板強(qiáng)度有所影響，易發(fā)導(dǎo)致襯砌完成后的結(jié)構(gòu)尺寸偏差偏大、變形過大；

③在鋼模上開的小孔易造成孔周圍漏漿、麻面、明顯色差等問題。

3.1.2 “襯砌臺(tái)車反弧曲面鋼模板表面打磨光滑＋粘貼混凝土高分子透水布＋分層厚度加強(qiáng)振搗”的施工方法

襯砌臺(tái)車鋼模板反弧曲面粘貼高分子透水布，利用其透水吸附及排除氣體、過多的水分的特性避免混凝土表面因氣泡集中、水波紋及過振、混凝土和易性差等問題造成的混凝土表面出現(xiàn)的麻面、氣泡集中、水波紋等重量外問題[2]。

優(yōu)點(diǎn)：施工方便、快捷靈活、適用性強(qiáng)、便于操作、節(jié)約混凝土外觀處理材料及人工勞動(dòng)力成本，具有較快的施工速度。

缺點(diǎn)：①每倉混凝土需要投入透水布材料，增大了材料成本；

②如果透水布層被水泥漿充填，將無法順利排出氣泡及混凝土表面多余自由水分，需要打磨模板并粘貼一層新的透水布。

3.2 襯砌方案的選定

通過在傳統(tǒng)預(yù)防反弧曲面混凝土外觀質(zhì)量缺陷的施工工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，主要通過在中隔墻混凝土反弧曲面段易產(chǎn)生外觀缺陷部位將鋼模板表面打磨光滑、粘貼混凝土高分子透水布的工藝技術(shù)，并控制分層厚度加強(qiáng)振搗，有效地解決了中隔墻襯砌混凝土拆模后反弧曲面段的麻面、氣泡、水波紋等質(zhì)量外觀缺陷的問題。

4 大跨徑連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工工藝

4.1 施工工藝原理

中隔墻襯砌混凝土的反弧曲面段距地板0.5～1.2m 高度范圍內(nèi)，因振搗混凝土?xí)r排氣困難，導(dǎo)致中隔墻襯砌反弧曲面段極難避免水波紋、麻面、氣泡集中等混凝土外觀缺陷的問題。連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工工藝方法，主要在中隔墻襯砌臺(tái)車的反弧曲面段鋼模板打磨光滑后，再人工噴膠粘貼高分子透水布，利用高分子透水布的透水性避免混凝土表面水波紋及過振、混凝土和易性等問題造成的混凝土表面出現(xiàn)的麻面問題，通過透水布吸收部分混凝土結(jié)構(gòu)表面游離的自由水分，改變結(jié)構(gòu)物混凝土表面水膠比，提高表面混凝土強(qiáng)度及耐久性?；炷敛捎谜{(diào)整的最優(yōu)混凝土配合比、控制混凝土塌落度及和易性，分層卸平料厚度為0.3m，及時(shí)振搗排除混凝土內(nèi)的氣體，即可較理想的滿足拆模后的中隔墻混凝土外觀的要求，達(dá)到免修飾的目的。

4.2 施工工藝流程

本工法施工工藝流程詳見圖4。

圖4 反弧曲面免修飾混凝土連拱隧道中隔墻襯砌快速施工工藝流程圖

5 連拱隧道中隔墻襯砌免修飾方法

5.1 清理中導(dǎo)洞基底、墊層施工

中隔墻的底部的標(biāo)高應(yīng)低于結(jié)構(gòu)底標(biāo)高100mm，并將基底清理、壓實(shí)整平。底清理完畢經(jīng)驗(yàn)收合格后，開始澆筑C10 素混凝土墊層，確保其強(qiáng)度達(dá)到90%以上或等強(qiáng)10d以上施做中隔墻混凝土，并保證模板臺(tái)車就位及移動(dòng)的安全、平衡穩(wěn)定。

5.2 測(cè)量定位放線

通過測(cè)量放出臺(tái)車軌道及中隔墻的軸線進(jìn)行軌道安裝及鋼筋定位安裝，再進(jìn)行模板安裝及校核。

5.3 鋼筋制安

鋼筋統(tǒng)一在集中鋼筋加工場(chǎng)下料加工，采用成套數(shù)控加工設(shè)備確保鋼筋加工的質(zhì)量及高效性。半成品運(yùn)至中隔墻倉面，受限空間作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)人工及小機(jī)具輔助進(jìn)行安裝，鋼筋的機(jī)械連接、綁扎、焊接接頭的安裝必須符合現(xiàn)行規(guī)范和驗(yàn)收要求。

環(huán)向受力筋與縱向分布筋每節(jié)節(jié)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行綁扎或焊接，已完成中隔墻襯砌的上一倉的縱向水平分布筋應(yīng)預(yù)留出堵頭模板30cm 以上，并采用泡沫膠封閉防止漏漿，且預(yù)留縱向水平分布筋要與下一倉縱向水平筋焊接，增強(qiáng)中隔墻整體性。

5.4 預(yù)埋鋼板

中導(dǎo)洞中隔墻頂部兩端及底部兩側(cè)墻各部位均設(shè)計(jì)有預(yù)埋鋼板，使左右側(cè)主洞初期支護(hù)鋼支撐連接板與中隔墻上下兩側(cè)預(yù)埋板有效連接。

5.5 臺(tái)車安裝

中隔墻襯砌鋼模臺(tái)車長度為9m，鋼模臺(tái)車?yán)锚?dú)立行走結(jié)構(gòu)，沿鋪設(shè)固定的P24 軌道進(jìn)退，采用夾軌器鎖定防止滑移，鋼模板表面為10mm 厚高強(qiáng)度鋼板，根據(jù)中隔墻結(jié)構(gòu)輪廓制作成型，豎向采用2cm 厚鋼板為外背楞，間距150cm，縱向采用10#槽鋼作為內(nèi)背楞，間距35cm，鋼模臺(tái)車應(yīng)具有足夠的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性，避免混凝土跑模、爆模、變形過大引起混凝土結(jié)構(gòu)尺寸偏差等問題。入料及振搗窗口分上下兩層，窗口長×寬為45×45cm，梅花形交錯(cuò)布置，窗口為可啟閉式。鋼模板表面采用角磨機(jī)打磨光滑，特別模板鋼板之間的焊接拼縫存在毫米級(jí)別的輕微錯(cuò)臺(tái)，采用高強(qiáng)度J506 焊條將拼縫焊接牢固，并用手持式角磨機(jī)打磨錯(cuò)臺(tái)部位至平整、順滑，同時(shí)用環(huán)氧膠泥AB 膠將其余鋼板拼縫的縫隙填充至密實(shí)，等強(qiáng)后打磨光滑，使拆模后該部位混凝土外觀整體平整光滑，消除絕大部分中隔墻拼縫錯(cuò)臺(tái)問題，初步提升混凝土外觀質(zhì)量的目的[3]。

5.6 高分子透水布粘貼

5.6.1 透水布參數(shù)

透水布性能指標(biāo)表如表1所示。

表1 透水布性能指標(biāo)表

5.6.2 透水布粘貼范圍參數(shù)及原理

中隔墻襯砌混凝土的反弧曲面段離地0.5～1.2m 高度范圍內(nèi)因振搗混凝土?xí)r排氣困難，導(dǎo)致中隔墻襯砌反弧曲面段極難避免水波紋、麻面、氣泡集中等混凝土外觀缺陷的問題?！斑B拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面免修飾施工工法”主要在中隔墻襯砌臺(tái)車的反弧曲面段鋼模板打磨光滑后，再人工噴膠粘貼一層高分子透水布，利用高分子透水布的透水吸附排除氣體的特性避免混凝土表面因水波紋及過振、混凝土等問題造成的混凝土表面出現(xiàn)的麻面的問題，通過透水布吸收部分混凝土結(jié)構(gòu)表面游離的自由水分，在堵頭模板部位順利排出，改善結(jié)構(gòu)物混凝土表面水膠比及均勻性，提高表面混凝土強(qiáng)度，且混凝土透水布的保水作用，為混凝土養(yǎng)護(hù)提供了一個(gè)良好的條件，減少了細(xì)微裂縫的產(chǎn)生。高分子透水布噴膠范圍為反弧曲面段離地0.5～1.2m 高度，將高分子透水布平整地粘貼在襯砌臺(tái)車鋼模內(nèi)側(cè)，左右側(cè)對(duì)稱布置。襯砌臺(tái)車其余部位鋼模板均勻涂刷脫模劑，混凝土采用調(diào)整的最優(yōu)混凝土配合比、控制混凝土塌落度及和易性，分層卸平料厚度為0.2～0.3m，及時(shí)振搗排除混凝土內(nèi)的氣體，即可較理想的滿足中隔墻混凝土外觀的要求，達(dá)到免修飾的目的。具體見圖5。

圖5 鋼模臺(tái)車及高分子透水布示意圖

5.6.3 透水布粘貼施工方法

①透水布粘貼施工前先將模板表面打磨除銹、打磨混凝土殘?jiān)?、漿皮，并將灰塵、油污清洗干凈，使模板表面清潔，無雜物，并確保模板干燥，從而人工使透水布噴膠均勻地噴涂到距地面0.5～1.2m 高度范圍的反弧曲面，并能夠充分使透水布粘結(jié)在臺(tái)車鋼模板反弧曲面部位[4]。

②按照距地面0.5～1.2m 高度范圍的模板尺寸裁剪透水布，模板邊緣預(yù)留不少于5cm，粘貼在襯砌臺(tái)車末端堵頭鋼楞上，以加強(qiáng)透水布整體的粘結(jié)力及強(qiáng)度。

③將噴膠均勻地噴在模板表面及四周，噴膠不易過厚，避免膠水滲透透水布，影響透水布排水效果。模板拼縫處噴膠量應(yīng)適當(dāng)加大，確保粘貼牢固。

④粘貼透水布時(shí)，透水布?xì)置媾c模板密貼，先固定好透水布起始位置，然后由一端向另一端人工鋪展開壓實(shí)，避免出現(xiàn)褶皺，確保透水布密貼在模板表面，如有皺褶，須將透水布掀起，重新粘貼平整密實(shí)。

⑤盡量不采用模板布搭接，避免產(chǎn)生人為造成混凝土表面外觀輕微起伏不平；特殊情況如需兩塊透水布搭接，需先將兩塊透水布重疊5cm，再在重疊中間位置切開，去掉割下的部分。在搭接位置，噴膠用量應(yīng)略為增加，以確保拼縫平整相接，且不漏漿。

⑥透水布粘貼完畢，重新檢查是否平整，是否存在皺褶和氣泡，如存在上述問題，需及時(shí)處理。

⑦混凝土澆筑振搗。

中隔墻采用C45P8 防水混凝土，混凝土在拌合站集中廠拌，水平運(yùn)輸采用12m3混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，并采用HBT60 混凝土輸送泵泵送入倉，以插入式振搗器為主，注意振搗半徑與振搗器匹配，嚴(yán)禁漏振、過振，并采用臺(tái)車上布置的10 個(gè)附著式振搗器輔助振搗，保證插入式振搗棒無法振搗的部位混凝土密實(shí)，方式為間隙式點(diǎn)振，時(shí)間為每次6～8s。中隔墻混凝土襯砌，受混凝土輸送泵的泵送距離的限制，中隔墻混凝土澆筑方向宜從隧道內(nèi)至外進(jìn)行，每9m 一個(gè)循環(huán)。施工縫是中隔墻受力的薄弱面，每次接縫必須鑿毛，且倉與倉之間的水平筋須焊接連接成整體，預(yù)留出堵頭模板長度以30cm 為宜。

澆筑前對(duì)支架、模板、鋼筋保護(hù)層墊塊和預(yù)埋件進(jìn)行檢查，并將模板內(nèi)的雜物、積水和鋼筋上的污垢清理干凈；模板的縫隙填塞嚴(yán)密，均勻涂刷脫模劑。

澆筑時(shí)檢查混凝土的和易性和入倉坍落度，混凝土分層澆筑厚度為30cm，并用插入式振動(dòng)器振搗密實(shí)。

澆筑混凝土過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查模板、鋼筋及預(yù)埋部件的位置和保護(hù)層的尺寸，確保其位置正確，不發(fā)生變形移位。并注意模板、支架等支撐情況，設(shè)專人檢查，如有變形，移位或沉陷立即校正并加固處理后，方可繼續(xù)澆筑。

5.7 模板拆除及養(yǎng)護(hù)

中隔墻模板應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa 以上進(jìn)行拆模，且保證其表面及棱角不因拆除模板而受損壞；同時(shí)先拆除堵頭模板觀察混凝土色澤變化，以灰黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榛野咨珵橐?，后利用液壓及絲杠使鋼模板與混凝土脫離?；炷翝仓瓿珊螅皶r(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于7 天。

5.8 中隔墻頂部處理

中隔墻頂部三角區(qū)密實(shí)度在澆筑過程中，因操作原因和混凝土工作性能會(huì)使頂部出現(xiàn)空隙，中隔墻頂部飽滿度是控制重點(diǎn)[4]。

澆注封頂砼時(shí)，要加大泵送壓力，且入料管要盡可能地伸到中導(dǎo)洞的頂部，盡可能地將混凝土面提升至中導(dǎo)洞的拱頂，一方面對(duì)兩側(cè)肩部進(jìn)行良好的封堵，另一方面節(jié)省注漿量。同時(shí)，采用環(huán)式卡扣將“人字型螺旋式頂推入倉及封堵裝置”及頂拱入料口快速封堵裝置，如圖6及圖7所示，從而避免在推桿塞過程中出現(xiàn)混凝土回流的情況發(fā)生。在前期中導(dǎo)洞施工時(shí)拱頂處錨桿頭應(yīng)外露30cm 以上，并與中隔墻頂部鋼筋焊接在一起，以增加中隔墻與頂部圍巖的結(jié)合力，上下形成受力整體[5]。

圖6 人字型螺旋式頂推入倉及封堵裝置圖

圖7 螺旋頂塞快速封堵裝置圖

頂部空腔采用中隔墻兩側(cè)預(yù)埋的注漿管進(jìn)行回填灌漿處理密實(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工及圍巖實(shí)際情況，注漿孔設(shè)置間距不應(yīng)大于5m，灌漿管采用水泥漿完全封堵。中隔墻頂部注漿方法如圖8所示。

圖8 中隔墻頂部注漿填充示意圖

在中隔墻墻頂回填完成，漿液強(qiáng)度及中隔墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可開挖主洞。

6 結(jié)語

通過對(duì)連拱隧道中隔墻襯砌反弧曲面消除質(zhì)量外觀缺陷的免修飾施工技術(shù)的研究，創(chuàng)新優(yōu)化傳統(tǒng)工藝，采用高分子透水布在中隔墻襯砌反弧曲面的應(yīng)用，成功克服了在中隔墻襯砌施工的反弧曲面易發(fā)氣泡、麻面、水波紋等外觀質(zhì)量缺陷的施工難題，達(dá)到了混凝土襯砌表面免修飾的目的，對(duì)中隔墻襯砌的實(shí)體外觀質(zhì)量得到提升，節(jié)約了處理中隔墻襯砌消缺的工程成本，較大地提高了中隔墻的襯砌施工效率，減少了勞動(dòng)力及消缺材料物資的成本投入，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)在連拱隧道中隔墻襯砌施工中成功的應(yīng)用，為該類公路隧道工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。