隧道渐变洞室衬砌整体施工技术

曾 兵

(中铁十九局集团 第二工程有限公司，辽宁 辽阳 111000)

0 前言

新高坡隧道位于云贵高原北部扬子准台地滇东台褶皱，地质构造复杂，为我标段控制性工程。本标段施工从新高坡隧道进口起D3K300+099至D3K304+059,标段施工全长3 960m。隧道洞身最大埋深约445m；隧道进口—D3K300+807段为兰家沟车站段，其中D3K300+099—+110段为三线双耳墙明洞，D3K300+100—+725段为三线车站段，线间距由5m渐变至8m衬砌结构形式，设有5种渐变方式550m渐变区段，隧道内设置有变压器综合洞室，其综合洞室三维变化形式为: 纵向侧墙起拱线为斜向上的直线，侧墙线性加高; 横向宽度线性缩窄，两侧墙向顶拱方向逐步以圆弧连接，最终形成城门洞型。对于正常断面通常采用整体式液压模板台车一次浇筑成型；而对于衬砌断面渐变的洞室，如果每种渐变形式都单独加工制作液压模板台车，必将大大增加施工成本[1]。

1 工艺原理

模板采用工厂生产的宽40cm、长150cm的标准小钢模，不足一块钢模处用与钢模板等厚、表面抛光的木板代替，确保衬砌净空曲线圆顺。通过多道纵向钢管对拱架进行纵向连接，增加拱架模板整体稳定性。环向每隔1m一道径向钢管斜撑对每榀拱架进行支撑，承受混凝土及施工主要荷载；对标准钢模板进行再加工，制作工作窗口，满足混凝土浇筑作业及人工振捣作业要求；使用钢拱架、标准钢模板及支护加固材料替代整体式液压台车，钢拱架及支撑材料规格根据衬砌厚度及荷载计算确定，挡头封堵与加固方式同整体式液压台车施工，工作平台为钢管脚手架。

2 关键技术

施工准备工作中包括：(1)混凝土自重及施工动荷载等荷载计算，以确定各类材料规格；(2)钢拱架半径的绘图计算确定;(3)钢拱架制作；(4)辅助支护加固材料制作；(5)堵头板制作等[2-3]。渐变洞室衬砌整体施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程图

2.1 断面渐变规律分析及数据确定

在AutoCAD中绘制渐变段衬砌起点、终点断面(以下分别简称大断面、小断面)，形成三维图，掌握衬砌整体尺寸，如图2所示。在隧道两侧设置贯通的救援通道，救援通道宽150cm，高200cm，外侧距线路中线2.3m。为便于对照加宽值，正常双线隧道内轮廓如图3所示,渐变段衬砌内轮廓如图4所示。

图2 渐变段衬砌三维图

图3 正常线间距5m隧道衬砌内轮廓

图4 渐变后间距8m隧道衬砌内轮廓

2.2 拱架及钢模板的制作

根据混凝土自重及施工动荷载，对钢拱架—模板及支撑结构按受力程序验算其强度、刚度和稳定性，在验算满足要求的基础上确定型钢、钢管等材料的规格。衬砌能否满足设计净空尺寸要求，取决于钢拱架半径的确定及钢拱架能否精确制作，所以要做好钢拱架制作技术交底及对钢拱架的验收[4-5]。

本施工技术钢拱架采用I18工字钢进行制作，由于每榀钢拱架尺寸均不同，因此要对每榀钢拱架的每个节段进行编号并喷涂在各节段钢拱架上，按顺序码放，避免安装出错。钢拱架连接钢板外侧与钢拱架齐平，以便于模板安装。标准模板采用150cm×40cm钢模板，标准钢模板预留绑扎用孔洞。同时，利用两块钢模板中间开窗，制作50cm×50cm可开合的工作窗口，并对工作窗口边缘进行加固。如图5、图6所示。

图5 工作窗总体布置断面图

图6 工作窗展开示意图

2.3 钢拱架及模板安装

钢拱架按照测量放样交底位置及宽度、高度要求安装，要保证每榀拱架法线位置在同一断面上。在搭设好的钢管脚手架上进行钢拱架安装，安装过程中设置临时斜撑加固。钢拱架安装完成后，用Φ89 钢管进行纵向连接，每侧设置2—4道(根据实际情况设置)，钢管与拱架连接采用焊接形式，形成固结。钢拱架安装完成后开始安装钢模板。钢模板安装要遵循从下到上的原则。每块钢模板安装都要及时用铁丝与钢拱架固定牢固，钢模板间用高强螺栓连接，且在安装模板过程中，要观察周围相邻模板之间有无错台，一旦发现及时调整。模板面板之间应平整，接缝严密，不漏浆，保证衬砌外露面美观， 线条流畅。由于是渐变断面，钢模板安装到拱顶时会有三角形区域，不足以安装整块钢模板，该区域用与钢模板等厚、表面抛光的木板裁切安装。为了便于拱架及模板的拆除，应根据荷载大小、净空尺寸等，在支架和拱架适当部位设置相应的木楔，方便拆模[6]。

2.4 斜撑排架搭设

模板安装完成后，用Φ89钢管对每榀拱架进行径向加固，两侧拱腰以下按环向每隔0.7—1.0m设置一道斜撑施作，如图7所示。排架搭设需设计专门的排架搭设图，确定排架立柱的间排距及支撑方式，并进行必要的荷载计算，确保排架的整体稳定性和承载能力。

图7 钢拱架及模板加固示意图

图8 施工完成后的渐变截面洞室

2.5 混凝土浇筑

混凝土浇筑时最大下落高度不能超过2m，所以预留工作窗口必须按照预定位置留设，不可随意更改安装高度。浇筑时先从侧模下排工作窗口进行，混凝土浇注高度前后相差不超过60cm，左右高差不超过50cm，要尽量做到两侧均匀对称浇筑混凝土。衬砌混凝土需要连续浇筑，不得间歇时间过长，避免因间歇时间过长导致冷缝出现。由于采用标准模板拼装作为混凝土模板，因此混凝土振捣不使用附着式振捣器，而采用插入式振捣器配合敲击模板进行振捣，振捣时间每次不超过30s，振捣棒移动距离不超过振捣器作用半径的1.5倍。

2.6 模板拆除及混凝土养护

按施工规范采用最后一盘封顶砼试件达到的强度来控制拆模时间。不承受外荷载的拱、 墙砼强度应达到5MPa或

在拆模时混凝土表面和棱角不被损坏并能承受自重时拆模。拆除时应遵循先装后拆、后装先拆的顺序，拆模时严禁抛扔。拆除下来的钢模板要堆放整齐，并及时清理模板表面混凝土；钢拱架拆除后要按照节段编号顺序整齐堆放。混凝土养生应配备养护喷管，拆模后对混凝土表面进行喷淋养护。

3 质量控制

坚决实行质量一票否决制，工程质量不达标的，坚决返工重做。施工前，组织全体班组人员学习有关技术标准、质量标准，预先向参与施工的人员进行施工工艺过程的技术交底，说明工艺质量要求以及技术规程，同时加强质量意识教育，树立高度的质量意识，确保工程的施工质量。拱架制作要保证足够的精度，要对拱架先行试拼；防排水系统施工前要仔细检查各材料质量，要严格按照设计及规范要求施做，确保完工后排水系统通畅。模板安装要固定牢固，接缝要对齐；模板面板之间要平整，接缝严密，不漏浆，以保证衬砌外露面美观，线条流畅。要严格控制混凝土来料质量，加强混凝土振捣工作，保证混凝土密实，拆模后衬砌外观无气泡、蜂窝麻面。

4 结论

渐变洞室衬砌整体施工采用钢拱架加标准散模板拼装施工的方法，避免了由于多个渐变形式而需要制作多台整体式台车造成的成本增加的问题(需要制作整体式台车64m)。同时衬砌整体施工避免了因衬砌分块施工而造成多条施工缝的问题，降低了因此而造成的衬砌渗漏水风险，避免了不必要的返工、返修费用发生，经济效益显著，与整体式模板台车相比，采用自制钢拱架结合定型钢模板施工渐变段衬砌，直接降低施工成本474.78万元。同时该工法施工效率高，质量控制较好，施工进度快，适应性强，社会效益显著。