大跨度双连拱隧道混凝土衬砌施工技术研究

李晓龙

摘要：常规的混凝土衬砌施工技术虽然简单易行，但由于其承重强度不高，容易出现开裂、剥落等质量问题。设计一种全新的双连拱隧道混凝土衬砌施工技术，并详细介绍了各项技术的施工步骤和注意事项。实例分析结果表明，大跨度双连拱隧道各个部位的混凝土衬砌强度，比传统的混凝土衬砌技术有明显提高，验证了该方案可行性，对提高大跨度双连拱隧道的施工质量和效率具有重要意义。

关键词：大跨度;双连拱隧道; 混凝土衬砌; 施工技术

0   引言

大跨度双连拱隧道的安全性和稳定性，对城市的发展具有重要的意义。在大跨度双连拱隧道的设计和施工中，混凝土衬砌是重要的结构组成部分。常规的混凝土衬砌施工技术虽然简单易行，但由于其承重强度较低，容易出现开裂、剥落等质量问题，影响隧道的使用寿命和安全性。

本文通过研究和分析大跨度双连拱隧道的结构特点和地质条件，结合现有的混凝土衬砌施工技术和钢筋网格增强技术，提出了一种新的混凝土衬砌施工技术。该技术采用高性能混凝土和钢筋网格增强，有效提高了衬砌的承重强度，解决了传统混凝土衬砌施工技术承重强度不高等问题。

1   混凝土衬砌施工技术设计

1.1   衬砌台车布置

在大跨度双连拱隧道混凝土衬砌施工中，单个作业面衬砌台车是一种常用的施工设备，应用该设备可以有效提高衬砌作业的效率和质量。大跨度双连拱隧洞单个作业面上衬砌台车布置如图1所示。

在衬砌施工过程中，单个作业面衬砌台车的运行轨迹、衬砌台车上混凝土搅拌与输送装置，都会对钢筋搭接效果产生影响，因此在钢筋模板搭设过程中，需要对其进行合理管控[1]。

1.2   钢筋搭设

1.2.1   钢筋加工与运输

衬砌混凝土所需钢筋，在钢筋加工厂要严格按照设计图纸要求进行，尺寸、长度、弯曲角度等必须符合标准。下料加工成型后运至各作业面，对加工好的钢筋挂牌编号按序整齐堆放，同时对于钢筋的质量和表面状态进行检查和评估，确保其符合施工要求。钢筋安装允许偏差值见表1。

1.2.2   钢筋搭设施工要点

检查底拱混凝土的质量，确保底拱混凝土已达到设计要求的强度和密实度，同时确保底拱表面平整。按照设计图纸要求的钢筋直径和布置方式，将钢筋绑扎好并放置在底拱的预留钢筋支架上。用钢丝或其他固定材料将钢筋固定在支架上。

在钢筋固定后，检查钢筋的位置和间距是否符合设计要求。确认底拱钢筋的安装符合要求后，可开始边顶拱的钢筋安装。边顶拱的钢筋安装与底拱类似，需要注意的是，在进行边顶拱钢筋安装时，需要特别注意钢筋与地面的距离，以确保钢筋的弯曲半径符合要求。

隧道的底拱和边顶拱钢筋安装完成后，施工人员需要进行检查，确保钢筋的位置和间距符合设计要求，同时需要注意钢筋的防腐处理和防止受潮。

1.3   底拱及边顶拱混凝土浇筑

1.3.1   搭设模版

在进行底拱混凝土浇筑作业前，需要搭设好混凝土浇筑模板，并进行检查。模板的搭设应符合设计要求和规范，模板应无裂缝、变形和破损等缺陷。

1.3.2   钢筋绑扎

在底拱钢筋安装过程中，先进行立筋焊接，使其起到支撑钢筋的作用，然后进行钢筋的绑扎。绑扎时可以使用镀锌铁丝，其长度要满足绑扎的要求。对于双层钢筋，每层的绑扎需要在一个班次内完成。先完成主筋的绑扎，然后可以同时进行分布筋、边墙苗子筋、加强筋、堵头模板及加固工作[2]。绑扎过程中需要保证钢筋牢固可靠，以确保底拱结构的稳定性和安全性。绑扎的操作要严格遵循要求，确保每一根钢筋都牢固地固定在位，以使底拱结构在使用过程中能够承受各种力和荷载，并提供良好的支撑和加固效果。

1.3.3   搭设钢筋台车

在进行边顶拱混凝土澆筑之前，需要进行一系列的准备工作。首先是搭设钢筋台车，并进行技术交底，确保施工人员清楚了解操作要点。钢筋台车主要在渐变段较宽部位进行搭设，以不影响前面底板的施工进程。

完成搭设后，需要进行施工、设计、技术和安全部门的联合验收，以确保台车的质量和安全性。验收通过后，台车可推至第1仓标准段使用，同时开始组装边顶拱浇筑台车，见图2。

组装边顶拱浇筑台车时，根据具体的施工情况，添加满足需求的溜桶和溜槽。组装完成后，同样需要进行施工、设计、技术和安全部门的联合验收，并进行技术交底，确保台车的使用符合相关要求。

1.3.4   浇筑质量提升措施

在混凝土浇筑过程中，常常会遇到泵送阻力大的问题，其中一个常见原因是堵泵。为了避免这种情况的发生，在确保泵送和输送顺利进行的前提下，要尽量缩短泵管长度，减少弯管的使用。此外，接头卡箍也需要紧固到位，确保接头密封严密，避免浆液的泄漏。

为确保混凝土表面质量，边拱浇筑过程中采用插入式和附着式振动器进行振动。振动时间应根据现场试验结果确定，避免时间过长影响钢模台车的稳定性。同时，要避免时间过短导致混凝土表面产生气泡[3]。

1.4   综合防裂施工技术

隧洞衬砌过程中常会出现结构缝的问题，因此本文采用了一种新的综合防裂施工技术，即双连拱隧道混凝土衬砌诱导缝技术。应用该技术的目的是避免规则性的环向裂缝的产生，通过设置结构缝，可以有效地降低衬砌所承受的应力，从而避免裂缝的形成。

该综合防裂施工技术的关键，在于合理设置诱导缝的位置和形式。通过科学的设计和施工操作，可以使诱导缝在衬砌中起到缓冲应力、分散应力的作用。这样，衬砌在受到外力作用时能够更好地适应变形，避免结构缝的产生[4]。同时，通过严格控制混凝土的拌合比、坍落度等参数，保证混凝土的质量，并通过安装钢筋，增加混凝土的抗拉强度和稳定性。

在混凝土浇筑时，采用从上部向下进行的浇筑方式，控制混凝土的流动性和浇注高度，以避免空洞和缺陷的产生。在混凝土硬化后，通过对结構缝进行处理，包括结构缝的切割、清理、填充和密封等，进一步增加衬砌的抗裂性能。最后，通过对混凝土的养护，保证混凝土的强度和稳定性，从而避免衬砌产生裂缝，提高衬砌的稳定性和使用寿命[5]。

2   实例应用效果分析

2.1   工程概况

为了解决交通拥堵问题，计划在重庆市开县赵家镇工业园区修建赵家清桥隧道。为确保施工过程的顺利进行和施工质量达标，在制定施工方案时充分考虑了地质条件和当地交通环境。在隧道洞口端，已有当地居民自行铺设了石板路，为施工有序组织提供了一些便利。

该隧道采用双连拱公路隧道设计方案，设计参数如下：隧道总长度为455m，整体高度为8.27m，可用空间高度为5.4m，宽度为14.75m。隧道路面设计高程为207.19～200.91m。隧洞的衬砌断面尺寸为15.25m×19.65m，采用C25二级配钢筋混凝土进行衬砌。

2.2   施工要点

2.2.1   选取施工设备

由于所在区域的地质条件限制，工程尾水隧洞的施工进度受到了一定影响，且混凝土衬砌的施工周期相对较短，为了满足施工质量和工期等要求，有必要采用衬砌台车进一步加快隧洞混凝土衬砌的施工速度。

衬砌台车的使用可以在很短的时间内完成钢筋的定位和校正，从而有效减少处理施工缝的时间。同时，它还能提高混凝土最终浇筑质量，使衬砌表面具有更好的外观效果。此外，衬砌台车上还配置了多种所需设备，可以显著缩短混凝土浇筑的准备时间。

2.2.2   振捣

在进行底拱、顶拱浇筑施工过程中，要通过振捣器对其进行振捣。本文初步计划选用ZF75-150型高频混凝土振捣器，其主要参数见表2。将浇筑厚度控制在30～50cm范围内，当混凝土粗骨料不出现明显沉降且开始泛浆，即可停止振捣。按照面积选定振捣方式采取插入式振捣器。自动式插入高频振捣施工如图3所示。

2.2.3   设置诱导缝

当在施工过程出现规则性的环向裂缝时，将衬砌按照每台模间距12.2m划分为一个施工单元，每个施工单元的中间位置设置一道诱导缝。为了设置诱导缝，在岩体侧预埋景缝松木板，并使用钢筋进行固定。同时，使用手持切割机对环向缝进行切割，使缝深度达到4～5cm。在工期紧张情况下采用18.3m钢模台车进行施工，需在每个施工单元的中间位置设置2道诱导缝，且各段之间的距离为6.1m。

2.2.4   确定衬砌厚度和结构形式

在隧道施工过程中，过厚的衬砌层可能会导致隧道结构的过度加重，从而影响隧道的承载能力。因此在隧道设计和施工过程中，需要综合考虑弯矩值，来确定合适的衬砌厚度和结构形式，以保证隧道结构的承载能力和安全性。

一般来说，隧道拱顶和边拱所受弯矩较大，需要较厚的衬砌层来承担荷载，而隧道底部所受弯矩相对较小，因此衬砌厚度可以适当减小。

弯矩值与不同部位衬砌结构厚度的关系曲线如图4所示。由图4可知，随着隧道衬砌结构厚度的增加，弯矩值会逐渐增大，因此需要选择更厚的衬砌层来承担荷载。随着衬砌结构厚度的增加，位移变化值相对变小，隧道衬砌的承受强度会随之增大。为此通过增加衬砌结构的厚度，可以提高隧道的结构强度和稳定性，确保其能够承受来自地质和荷载的力量。

3   结束语

本文深入探究了大跨度双连拱隧道混凝土衬砌施工的技术方案，并成功地应用于实际工程中。该方案采用钢筋模板搭设、底拱混凝土浇筑、结构缝混凝土浇筑衬砌等技术措施，有效地解决了混凝土衬砌施工中面临的承受强度不高的问题，提高了隧道的安全性和可靠性。但本方案还存在一些需要完善的地方，需要不断进行技术创新和实践探索，以进一步提高大跨度双连拱隧道混凝土衬砌施工的质量和效率。

参考文献

[1] 刘建生.大跨度连拱隧道洞口段施工研究[J].公路，2023，68（4）：423-428.

[2] 陈志坚.大跨度连拱隧道施工过程中的数值模拟研究[J].工程技术研究，2022，7（8）：21-24.

[3] 孙根江.引水隧道混凝土衬砌中粉煤灰含量对抗压强度的影响[J].中国胶粘剂，2023，32（3）：47-52.

[4] 贾慧.隧道衬砌混凝土施工质量控制技术[J].价值工程，2023，42（6）：16-18.

[5] 薛东旭.引水隧洞混凝土衬砌的施工缺陷及措施研究[J].大众标准化，2022（19）：96-98.