隧道防排水及混凝土衬砌施工工艺

/隧道结构防排水及混凝土衬砌施工工艺卫鹏华1刘小根2中铁隧道集团三处有限公司广东乐昌512205摘要以新七道梁隧道(下行线)为例,介绍了公路隧道防排水施工、预埋件安装、加宽段台车简易改造自动脱模及混凝土衬砌施工工艺。关键词隧道防排水施工预埋件安装台车简易改造混凝土施工1工程概况新七道梁隧道（下行线）是一座单向双车道山岭区高速公路隧道，位于兰州市临洮县中铺镇镜内，全长4070米，是兰临高速公路重点限制工程之一。隧道净宽9.75米，净高5.0米；紧急停车带5处，净宽12.25米，净高5.0米；行车横洞5个，和正洞斜交，交角60º，净宽4米，净高4.5米；行人横洞6个，和正洞正交，净宽2米，净高2.2米。全隧工程地质条件困难，设计І类围岩218.5米，Ⅱ类围岩675.5米，Ⅲ类围岩1743.78米，ІV类围岩1432.22米，围岩类别、衬砌类别频繁变更。接受复合式、曲墙式衬砌。Ⅲ类围岩主洞和车行横洞交叉口及进、出口21米明洞段衬砌设双层钢筋。正洞纵坡2.11%，横坡1.5%。洞内结构防排水设施8种，预埋件种类、数量繁多。2隧道衬砌结构类型及防排水设计状况2.1衬砌结构类型该隧道衬砌结构分为І型、Ⅱ型、Ⅲ型、ІV型及紧急停车带衬砌五种类型。2.2防排水措施新七道梁隧道防排水遵循“以排为主，防、排、堵相结合”的综合治理原则，设有完整有效的防排水系统。洞内防排水设施主要有：喷混凝土阻水层，模筑衬砌外拱墙铺设的PVC复合土工防水板、环向排水管、接缝处止水条（带）、衬砌墙脚外侧的纵向PVC双壁打孔水纹管（ф160）及碎石集水场、路面或仰拱下设置的ф100横向塑料排水管、中心水沟等。明洞防水接受在墙脚外侧设置砂砾盲沟，盲沟底部设置纵向排水管，沿衬砌外侧设置防水层，顶部设置胶泥防水层等措施。3结构防排水施工工艺3.1喷混凝土阻水层及Ψ型弹簧排水管施工工艺新七道梁隧道（下行线）喷射混凝土接受潮喷工艺，其工艺流程如图1所示。先将骨料预加少量水，使之呈潮湿状，再加水泥拌和，从而降低上料、拌和和喷射时的粉尘，回弹量削减。该隧喷混凝土为20号，协作比水：水泥：砂：碎石：速凝剂=0.45：1：1.88：1.74：0.04，32.5级一般硅酸盐水泥，Ⅱ区粗砂，粒径5～16mm碎石，MRT型粉状速凝剂，施工质量较志向。为满足初期支护及阻水的双重作用，又利于Ψ型弹簧排水管施工，依据初期支护喷射混凝土的厚度及地下水的大小和围岩变形收敛状况，喷射混凝土分二至四层进行，每层厚度不小于5厘米。首先，当隧道开挖断面符合设计求后，由于围岩裂隙水的全面流出，立刻喷射第一层混凝土（厚度5厘米）进行封闭，随着围岩的变形，第一层喷射混凝土表面产生裂缝漏水，凡漏水处均设排水半管。Ψ型弹簧排水管先用2厘米射订临时定位，再向其表面喷射2～3厘米速凝灰浆包袱固定，然后喷其次层混凝土进行封闭。接着视察喷层表面，若还有渗漏现象，在各渗漏水处钻眼引水，再加Ψ型弹簧排水管。在较长无渗漏水地段，可每间隔3～5米沿墙壁上下钻眼，按上述方法预埋暗埋式Ψ型弹簧排水管，以保证隧道在运营期间地下水变更时刚好排出，减小水压。在初期支护趋于稳定的条件下，最终喷射三至四层混凝土至设计厚度。在大面积淋水或地下水流量大的地段，亦按上述方法设置多层暗埋式Ψ型弹簧排水管通过排水半管将水引入墙脚纵向排水管排出洞外，以达到“排水通畅，喷层表面干燥无水”的要求后，再铺设防水板。该隧喷射速凝灰浆由下列成分组成：0.2～0.4mm质量良好的骨料，17％～20％的一般硅酸盐32.5级水泥，8％～10％速凝剂。试验表明，速凝灰浆初凝时间在8～10秒，完全满足施工须要。图2Ψ型弹簧排水管布设示意。3.2无钉铺设PVC复合土工布防水板工艺无钉铺设PVC复合土工布防水板工艺流程见图3。经对进场防水板进行检查，其吊带位置并非统一值，因此现场施工时应先进行防水板的展铺，后依据吊带的详细位置确定固定钉的位置。固定钉接受设于基面上的膨胀螺栓。防水板的铺设应先自下向上进行，铺过拱顶中线时则改为自上而下，应随卷随下放随固定。相临两幅防水板固定后再焊接。防水板铺设时，纵横向都应留确定的松驰度，以保证防水板受混凝土挤压时能紧帖基面而不被挤破。本隧道施工中，为确保防水板的施工质量和工作效率，接受热合机双焊缝焊接，但仍配置手工焊接工具，以便在开焊和结束时补焊或对破损点的修补焊接。防水板的搭接宽度为10cm，两侧焊缝不小于2.5cm。热合焊机的主要技术指标为：焊接温度20～300°C；焊接速度0.5～4m/min；可焊材料为热熔性塑料；可焊厚度0.2～2mm。热合机焊接防水板，其焊接质量同工作速度、温度设定有干脆关系，需专人操作。在焊接过程中如发觉温度过高或偏低时应以调整速度来弥补温度的偏差。对于不透亮的防水板主要靠视察有无明显的焊接线痕迹来推断温度凹凸。拱墙部防水板和边墙基础防水板的搭接，应将拱墙部防水板伸入到边墙基础防水板靠围岩一侧；路面纵向标高较高一侧防水板应伸入到标高较低一侧防水板靠围岩一侧，以利防排水。首幅防水板铺烫，测量人员要画出垂直隧道中线的横断面线。隧道纵向坡度较大时，画线要考虑坡度影响。防水板施工质量检查可接受JTJ042-94<<公路隧道施工技术规范>>中的“塑料板防水板质量检查方法”进行，简便有效。3.3施工缝防水施工工艺新七道梁隧道衬砌模板台车长12m，每一循环不行避开地产生一道环向施工缝。为保证施工缝不漏水、施工便利、施工质量牢靠等须要，本隧接受预留凹槽嵌入一般橡胶型遇水膨胀止水条（20×30mm）来防水。橡胶型遇水膨胀止水条（20×30mm）主要性能指标为：用手随意折不产生裂缝和断裂现象，耐久性符合有关要求，自由体积膨胀率（试件长度50mm）介于40%和75%之间。止水条安装构造形式示意图见图4。该种方法将止水条卡入预留凹槽中，可有效的防止止水条在施工中脱落、跑位，并确保和先浇衬砌端面密贴。其施工工序和细则如下：模板台车就位→安装端头模板→在端头模板内侧设置预制槽模→浇先浇衬砌段、形成预留槽→预留槽检查、整修→后浇衬砌段台车就位前安装止水条。制作或订购槽模止水条安装预制槽模接受长30cm，宽20mm，厚15mm的木条或订购橡胶条。安装预制槽木条或橡胶条预制槽模安装示意图见图5。预制槽模安装应随端头模板一起安装，封口段预制槽模安装应现场确定长度和位置，并先钉设在端头模板上，再拼装和加固端头模板。预留槽检查、整修在粘贴止水条前应对预留槽进行全面检查,不得有油污等物,槽体应平直圆顺,不得有突出混凝土凝块,不得有麻面露石。否则，应对预留槽进行清洗、凿除（直到凿除表面无缺陷为止），并用防水砂浆找平。清洗用高压水冲洗。止水条安装在安装止水条前应检查预留槽是否有地下水渗入，若有应将地下水阻挡在端头以外或将地下水引开，保证止水条在安装时或浇混凝土前不被地下水淋湿。待预留槽干燥时才能安装止水条，安装前最好先在槽内涂一层粘结剂。将止水条顺槽拉紧嵌入，确保止水条和槽底密贴，不得有空隙。若止水条明显比槽窄，可将止水条靠洞内侧贴紧槽壁嵌入，靠围岩一侧若有孔隙可用刀片切止水条成薄片嵌入挤满。止水条若有搭接，则将止水条切成对口三角形，用胶水粘接。切口处不得有缝隙。止水条用水泥钉（4cm长）或设钉枪固定。固定间距拱部20～30cm，边墙30～45cm。止水条安装后由技术人员检查合格后立刻台车就位、浇混凝土，不得长时间等待。3.4墙脚排水系统的设置和施工墙脚防排水构造如图6所示。墙脚防排水系统是否畅通，是整个结构防水成败的关键。本隧接受拱墙防水结构，施工先浇边墙基础，预留边墙基础防水板和边墙防水板搭接长度50cm以上，铺设拱墙防水板时和基础防水板焊接，有效地把地下水隔离在防水板外侧，再通过墙脚的排水系统，将水排至中心水沟或洞外，成功的减轻了隧道的静水压力。4混凝土衬砌施工工艺4.1衬砌钢筋的安装因拱墙防水板的铺设，给拱墙衬砌钢筋的固定带来了确定难度，若不实行适当的措施，易造成漏筋、钢筋位置不符合设计要求、台车不能顺当就位等现象。对于明洞段，绑扎钢筋在台车就位后进行，依据爱惜层厚度设预制带须垫块安装于台车面板和钢筋之间。对于洞内布设双层钢筋地段，则每5m依据主筋间距设格栅（花拱）架立，然后绷线绑扎钢筋，确保钢筋位置符合设计要求。钢筋应在洞外按设计的弧度、长度加工，充分考虑同一截面主筋接头数量不超过规范允许值，搭接、焊缝符合验标要求。4.2预埋件安装新七道梁隧道预埋（留）件（洞）主要有：消防洞室、监控设备机箱、设像机、车道限制灯、射流风机、预埋钢管及分线盒等。其中风机安装需在衬砌时预埋I20拱墙拱架、L125X125X14角钢及M16X380螺栓。若施工方法不当，就会造成预埋螺栓位置不正确、不能漏出衬砌面，给风机安装带来困难。通过实践，在该隧施工中，利用三个套管，成功解决了预埋螺栓安装问题。三套管及螺栓安装组合如图7所示。依据设计，L125X125X14角钢垂直安装于I20工字钢拱架之上。图中A、B起封堵作用，避开混感凝土和螺栓凝为一体；C起导向作用。A上端封口，下端和角钢焊接，将螺帽套于其中；B上端和角钢焊接，下端开口；C两端开口。台车就位前，将螺栓和C钢管向上收起，用水泥口袋片或塑料袋（有确定强度）包袱；台车就位后，再将螺栓和C钢管放下，使二者下端紧贴台车面板，并将螺栓和C钢管一起包袱于B钢管上，达到封堵混凝土和螺栓定位的作用。预埋（留）洞室，则根椐设计尺寸，在洞外加工成木模型，在台车就位后按设计位置安装即可；预埋钢管，则需预先加工成和衬砌弧度一样的弯管，安装前，先依据设计长度下料、对接。预埋件的安装需专人负责，安装精确，功能有效。关台车端头模之前需质检、监理详细核对，以免漏装、错装，给后期工作带来麻烦。4.3紧急停车带衬砌台车简易改造自动脱模技术新七道梁隧道紧急停车带和隧道关系如图8所示。此段衬砌接受平移模板台车123厘米至紧急停车带结构中心线后在模板台车上加设钢结构支撑结合组合钢模板拼装而成的模板进行紧急停车带衬砌。紧急停车带衬砌组合钢模板结构如图9所示。紧急停车带边基、铺底施作完后，测量组精确测定加宽段衬砌端头里程，标出法线方向，并依据此里程按每榀拱间距1.2m，用双红线将拱架位置放样至边基上，且每榀拱位置配好中线、水平（需考虑隧道纵向坡度）。再移动模板台车，使台车中线和加宽段衬砌结构中线重合。然后依据拱架中线、水平及模板台车尺寸精确架立（留意台车倾斜）第一榀和最终一榀（第十一榀）I16钢拱架，拱架靠外侧和台车端面齐平，再用这两榀限制其余拱架。拱架立好并检验符合标准后，将钢拱架和模板台车接受I16钢支撑进行连接。最终进行钢模板（120×30cm）的拼装和焊接。钢模板从拱顶轴线处沿两侧向下方铺设。钢模板在I16拱架中线处要紧密接触，模板拼装要紧凑、平顺，焊接坚实。板面靠围岩一侧安装。钢模板铺设完后，多余部分予以割除。模板拼装过程中，应考虑窗口及杀尖孔的位置。I16钢拱架及钢模板拼装应符合下列条件：a、拱架弧度符合设计图纸要求。b、所接受的钢模板规格必需一样，强度满足规范要求。c、每榀拱架拼装后无扭曲现象，各节点、接缝不大于2mm，无错台现象。d、螺孔钻孔位置符合设计要求，保证各纵向梁可以通用。e、拱架拼装后整体精度及平面精度不得大于1cm。钢模板拼装好，组织相关人员验收合格后，方可进行下道工序。该隧每段紧急停车带衬砌长度46.46m，分四斗施工，每斗11.615m，台车就位前均由测量组精确定位。每斗混凝土浇注完毕，达到脱模时间后方可脱模。脱模时，利用台车自动收缩装制，先将边板回收，再使顶板下拉，达到自动脱模的目的。4.4混凝土衬砌施工工艺利用模板台车进行隧道模筑混凝土衬砌施工主要工序有：模筑前的准备工作、台车就位、混凝土制备和运输、混凝土灌注、混凝土拆模和养护等。模筑前的准备工作在台车模筑衬砌施工起从前，应完成边墙基础、铺底混凝土，并进行清理场地、中线和水平施工测量、检查开挖断面是否符合设计要求，对欠挖部分加以修凿（有钢筋及防水板地段，还应提前完成这两道工序），然后放线定位。台车就位依据中线、水平、台车端头里程，移动模板台车至隧道中线位置（台车中线和隧道中线重合），并使端头在放线位置，然后升台车至设计高程，最终关挡头板。挡头板和围岩岩壁间隙应嵌堵紧密，挡头板之间应密封，支撑应坚实，防止漏浆、模板走动变形及脱落等。混凝土制备和运输该隧混凝土的协作比均满足设计要求。现场接受拌和楼自动计量系统进行机械拌和。协作比、水灰比和坍落度等得到有效限制。混凝土拌和后，接受有轨混凝土搅拌运输车运至浇筑现场。混凝土的运输时间一般不得超过45min，以防止产生离析和初凝。禁止在运输途中加水，并且在运输中坍落度损失不应超过30%。已经达到初凝的剩余混凝土不得重新搅拌运用。混凝土灌注该隧衬砌混凝土的浇注接受60泵进行。泵送前，先用按设计协作比拌制的水泥浆或按骨料减半配制的混凝土进行润滑管道。浇筑混凝土前，必需将基底石渣、污物和基坑内积水解除干净，严禁向有积水的基坑内倾倒混凝土干拌和物。墙基松软时，应做加固处理。接受片石混凝土时，片石应距模板5cm以上，片石间距应大于粗骨料的最大粒径，并应分层掺放，捣固密实。仰拱超挖在允许范围内可用和衬砌相同标号混凝土或10号砂浆浆砌片石回填，不得用渣体随意回填，严禁片石侵入衬砌断面。拱墙浇筑应从两侧边墙基础顶面对拱顶对称进行，间歇及封顶的层面应成辐射状。和帮助坑道交汇处的拱圈应置于坑道两侧基岩上。拱圈浇筑时，应使混凝土充溢全部角落，并应捣固密实。拱圈封顶应随拱圈的浇筑刚好进行，封口的混凝土应适当降低水灰比，不得漏水。混凝土拆模和养护该隧接受复合式衬砌，二次衬砌仅作为爱惜防水层的不承重结构，其厚度小、自重轻，当混凝土强度达到2.5MPa时方可拆模，拆模时间由试验确定，一般为混凝土浇筑结束后12～18小时。洞口段拆模后应刚好洒水养护，洞内一般为自然环境养护。