隧道联络风道渐变段二衬施工技术研究

樊永泰

（中铁十二局集团有限公司，太原 030024）

0 引言

随着我国建设事业的快速发展，将会出现越来越多的特长公路隧道，一般地，特长公路隧道通过斜井或竖井实施分区段通风。因隧道主洞与斜井或竖井断面差异大，其间的联络风道通常采用渐变断面进行过度。施工期间，特长公路隧道需要进行双线送、排风联络风道的二衬施工，渐变段落多，每种渐变形式长度较短。根据传统的施工方法，都是采用液压台车进行二衬施工，如果在渐变段也采用液压台车施工二衬混凝土，那么将很大程度增加了施工成本投入，且每个渐变区段都需要对台车进行安装、拆卸，耗时、难度大且成本高，渐变段二衬的整体、快速施工成为了急需解决的关键问题。[1-4]

本文依托某特长公路隧道，基于联络风道不同断面间线性渐变关系，提供了一套隧道联络风道渐变段二衬快速施工技术，可为今后类似工程的施工提供一定的借鉴和参考。

1 工程概况

某特长公路隧道采用四斜井三区段分段纵向式通风，设置地下风机房，联络风道共22 条，总长1352m，其中，联络风道二衬结构形式设有8 种渐变方式15 个渐变区段，共长342.3m，最大跨径15.2m，最小跨径5.8m。

联络风道渐变段连接主洞隧道一侧断面相对大于连接斜井一侧断面面积，两连接断面间面积呈渐变关系。联络风道断面构成为上部为三心圆三段圆弧相切连接，两侧圆弧对称，两侧边墙为直墙。

联络风道渐变段存在跨越主洞隧道洞顶、相互跨越的位置关系，竖向净间距最小2.6m，联络风道跨越主洞段两侧最大纵坡26%，爆破及二衬施工难度均较大。

2 施工工艺原理分析[5-8]

在AutoCAD 绘图软件中，对联络通道渐变段进行绘制，形成三维模型图，联络风道渐变段三维模型见图1。

分别绘制渐变段衬砌两端部起点（大断面）、终点断面（小断面），并置于同一轴线及水平高程（底板）上，比较两断面的差异，渐变段二衬两端断面尺寸对比图见图2。

图2 渐变段衬砌两端断面尺寸对比图

图2 中，各关键点位分布如图2 所示，大断面端头拱部为三心圆，圆心分别为A、C、D，边墙为直墙。而小断面端头为单心圆，圆心为B，边墙为直墙，高度较大断面边墙尺寸小。

由大断面向小断面的尺寸渐变规律为：A、C、D 三圆心渐渐归于圆心B 点，大断面直边墙高度逐渐降低至小断面的直边墙高度。

假设大断面直边墙高度为H1，小断面直边墙高度为H2，渐变长度为L1，以大断面为起点参考断面，根据相似三角形判定定理，则任意距大断面长度为△L 的断面直边墙高度为Hx=H1-（H1-H2）/L1*△L。

因大断面、小断面拱部各对应点的渐变过程为线性渐变，则同理，假设大断面以D 为圆心的圆弧半径为R1，小断面拱部圆弧半径为R2，则任意断面以D’为圆心的圆弧半径为Rx=R1-（R1-R2）/L1*△L。

而A、C 两圆心的位置同样可以通过A、C 两点与B点的水平距离和高差的渐变规律找到任意断面的A’和C’，从而确定出任何一个断面尺寸，并可根据需要制作任一断面拱架。

3 渐变段二衬施工关键技术

3.1 变径大断面钢拱架制作

根据渐变段断面变化规律及计算式每1.5m 绘出断面图，根据断面图做好拱架制作技术交底。

钢拱架连接钢板外侧与钢拱架齐平，以便与模板紧靠安装。拱架制作完成后，要先进行试拼，保证钢拱架尺寸满足设计要求。由于每个断面的钢拱架的尺寸都是不同的，因此，要对每个节段进行编号、喷涂进行辨识，避免施工期间发生错乱。[9]

3.2 钢模板加工

模板采用长150cm、宽40cm 的钢模板，以两块钢模板接触的边为轴线进行50×50cm 窗口制作，通过工作窗的开、关，可以进行相应的混凝土施工操作。工作窗环向每侧预留3 层，上下排窗口交错布置，纵向工作窗数量根据渐变段实际施工长度预留，一般间距取3m，顶部预留注浆孔。工作窗总体布置断面图见图3，工作窗展开示意图见图4。

图3 工作窗总体布置断面图

图4 工作窗展开示意图

两标准模板间工作窗细部图见图5。

图5 工作窗细部图

3.3 内撑钢拱架安装

在两侧边墙拱脚位置测量出二衬混凝土模板位置，按纵线拉线，向中心方向预留钢模板厚度空间，即为拱架拱脚位置。按照加工拱架时的断面位置，将每一榀钢拱架都放置在对应的断面位置处，利用脚手架作为作业平台，进行全环安装。[10-11]

3.4 模板安装

拱架安装完成后，紧贴拱架外侧安装钢模板，钢模板长边沿联络风道纵向方向，钢模板与钢拱架通过铁丝固定，钢模板间通过高强螺栓连接，依次从两侧向拱部对称安装，模板大面应平整、过度圆顺，模板间错台应满足设计要求。纵向采用钢管进行加固连接。

当长条状钢模板从两侧对称安装至拱顶时，会在拱顶位置出现小于钢模板宽度40cm 的范围，在这个区域，需要使用等厚度的方木进行定制模板，来完成最后拱顶这个区域模板的安装，至此，整圈模板安装完成。

最后对模板进行加固处理，根据二衬断面尺寸合理布置纵向、斜撑钢管的数量，保证整体结构稳定。钢拱架-模板支撑加固示意图见图6。

图6 钢拱架-模板支撑加固示意图

在前期拆模的过程中，发现钢拱架拆除后，全环模板形成了“拱桥”效应，镶嵌紧密，人工撬动难度非常大，并且增加了施工作业风险。所以，在后期的模板安装过程中，在拱部位置安装一道小条方木作为拆模突破口，大大减轻了拆模劳动强度。

本技术所用材料除二衬常规要求的混凝土、土工布、防水板、止水带、排水管外，其他主要材料见表1。

表1 主要材料表

3.5 混凝土浇筑

因为是散装模板施工，在混凝土浇筑过程中，应严格落实工作窗口使用，控制混凝土的浇筑速度、高度，避免混凝土冲击力过大，造成模板体系松动、移位。

混凝土浇筑过程中，应按照交底要求进行振捣，振捣方式为插入式振捣棒振捣，辅以敲击，保护模板结构稳定性，并注意混凝土供应及时。[12]

3.6 拆模及混凝土养生

因为是渐变结构，同时使用了散装模板，所以拆模时要特别注意“拱桥”效应。拆模应从拱部开始，以铺设木板的脚手架作为作业平台，用一端带斜尖头的撬杆进行模板拆除，拆除过程中，应及时躲避掉落的模板。模板拆除后，应立即进行混凝土养生，以提高混凝土早期强度。

4 施工控制要点

①因施工工艺特殊，施工前，应组织全体项目管理、施工班组人员进行学习，透彻理解该渐变段施工技术的原理，明确每一步工序的操作要点及控制要求。

②对每一榀钢拱架进行精确制作，才能保证现场模板大面平整，保证二衬净空满足设计要求。

③因渐变段的特殊性，沿联络风道纵向，防水层会出现多次裁切，注意防水板焊接施工质量。

④异于整体式液压台车，该模板体系在混凝土施工前要检查其加固的强度、刚度、牢固性，确保混凝土施工期间整体的受力稳定性。

⑤二衬施工期间，因联络风道同时兼做施工期的通风巷道，应加强混凝土拆模后养生工作，保证养护时间。

5 结束语

隧道联络风道渐变段二衬施工技术，能够较好地解决特长公路隧道地下多形式联络风道渐变段二衬施工难题，二衬净空满足要求，施工安全、质量受控，极大程度降低了施工成本，研究成果可对类似变断面混凝土结构施工提供指导和借鉴。