论文部分内容阅读
[摘要]本文结合成武高速公路武都西特长隧道施工实践着重介绍新奥法分离式公路隧道二次衬砌砼施工，采用一模到底新工艺以及施工过程中应注意的问题和该工艺的优点等。
[关键词]公路隧道;二次衬砌;施工;新工艺;
中图分类号：U412文献标识码： A
引言：随着甘肃高速公路建设的不断发展，对公路隧道建设质量也提出了更高的要求，在隧道施工中，为防止隧道二次衬砌砼早期病害，使衬砌砼达到内实外美。传统的施工方法已不适应现在公路隧道施工的质量要求。本文以成武高速公路武都西特长隧道施工实践为例，重点介绍传统隧道二衬砼施工先墙后拱与一模到底全断面浇筑施工方法，以及对通病治理，缩短工期、材料节约等问题进行探讨，要解决这些问题就必须在工艺上取得新突破。
1. 工程概况：
1.1项目位置：成县至武都高速公路，位于甘肃省陇南市，起点位于成县纸坊镇府城村，与国家高速公路网规划的十堰至天水高速公路以枢纽立交相接，终点位于陇南市武都区两水镇黄家坝村，与在建的武罐高速公路以枢纽立交相连接，沿线经过成县、康县、武都区三个县区，途经太石乡、平洛镇、佛崖乡、甘泉镇、安华镇、马街镇等九个乡镇，路线全长92.04公里（其中康县连接线3.82km）。
1.2工程内容：本项目全线主要工程量为：路基挖方348.68万m³，路基填方533.66万m³，路面基底层44.52万㎡，基层42.26万m³，面层59.0万㎡，隧道72814m/37座，桥梁57306m/
147座（其中特大桥10496m/8座），天桥188.06m/3座，互通式立交7处。全线控制性工程为米仓山隧道（单洞长8862m）、太石隧道（单洞长5028m）、樊家山隧道（单洞长3812m）、武都西隧道（单洞长3781m）、黑马关隧道（单洞长3812m）及平洛河2#特长大桥（单桥长2026m）。本项目工程概算总投资120.96亿元，建设工期4年。
1.3建设特点：一是沿线山大沟深，水文地质条件较为复杂，建设难度属全国罕见；二是沿线自然环境优美、山清水秀、气候宜人，为了避免大填大挖，设计以桥隧为主，全线的桥隧累计占到总长度的72.43%，是我省目前为止桥隧比例最高的一个项目；三是平面布线上以大半径平曲线为主，蜿蜒穿行，最大限度地保护自然生态的原始面貌；四是陇南属于四大泥石流频发地区，年降雨量大，施工困難较多；五是地址破碎，水保环保要求高；六是沿线处于山谷狭窄地段，建设场地狭小；便道、弃渣场等开辟困难；七是成武高速公路与省道205线存在多处平行交叉路段，要边施工边通车，保畅难度大。
2、武都西隧道技术数据：
武都西隧道特长隧道位于武都区黑坝里北侧上没水山山体内、该隧道设计为分离式岩质隧道。起止桩号为ZK83+810~ZK87+573长3763m，右线为YK83+813~YK87+612，长3781m，平面线型为半径R=2650m的圆曲线，中间段为直线，后半段为半径R=2800m的圆曲线。右线设计纵坡-2.0~-2.22%，左线设计纵坡为-2.0~-2.27%。
2.1地形地貌：隧址区位于剥蚀中山地貌区，地面标高1036~2074m，山体地形总体较陡，呈中间高两侧低形，进口自然坡度约40°，出口自然坡度约50°，进口段位于省道S205右侧上部，与北峪河12号大桥相连，穿越上设没水山后以互通式形式上跨G212国道、白龙江后与在建的武罐高速公路相接。
2.2隧道地质岩性：据钻探及地质图，隧址区地层由第四系中上更新统黄土、粉质粘土（Q2-3）和中—上志留统—白龙江群（S2+3b1）组成，白龙江群中下部（S2+3b11）岩性为千枚岩夹灰岩、片岩组成，千枚岩由泥岩、泥灰岩变质而成，整体呈现千枚岩、板岩、灰岩、呈互层或夹层状，隧址区出露的地层自上而下为：1、第四系中上更新统黄土（Q2-3）：黄褐色，中密-密实土质较匀，垂直节理少量发育，多分布于洞身段所在地的半山坡，覆盖厚度不大；2、第四系中上新统洪积粉质粘土（Q2-3）：褐黄色，硬塑，土质不匀，含大量卵石，砾石及少量块石，具水平层里。厚度40～60m，分布于隧址区出口段右侧。
2.3围岩稳定性评价
武都西特长隧道洞轴走向约为210°～260°，隧址区中前部岩性分布为中一上志留统—白龙江群上部（S2+3b12）：中薄层一厚层白云质灰岩、硅质条带灰岩夹千枚岩、细砂岩、板岩。为较硬岩、呈中厚层状，岩层产状85°＜50°为主，岩层走向与洞轴走向部分呈小角度斜交，对开挖有不利影响。隧址区后半部岩性、夹少量的板岩、灰岩，千枚岩及碳质千枚岩变质较深岩石强度很低，板破碎，属软岩类，岩层产状110°＜60°为主，主要分布于隧道后半部分。
隧道进出洞口处于山前陡峭斜坡上，植被不发育，出口段洞轴走向240°自然边坡坡角50°，右线进口段为强中风化灰岩，呈镶嵌碎裂结构，为较软岩、岩体基本稳定围岩级别为Ⅳ级、洞室顶部会有少量掉块。洞门上方仰坡陡峭，分布有少量坡积层，施工时应设置防护措施。
2.4.隧道设计
隧道建筑限界内轮廓设计，按照高速公路标准设计，设计速度80km/h。
单向双车道，隧道建筑界限如下表所示：
隧道建筑限界表（单位m）
隧道内轮廓设计采用规范推荐的标准断面，及拱顶顶采用R=543cm的半径，边墙为R=793的大半斤圆弧，仰拱与侧墙间用半斤R=100cm的小半径圆弧连接，仰拱半径R=1500。见图1-1：
3. 隧道二衬模筑砼施工方法。
3.1传统的隧道二衬模筑砼施工方法
公路隧道二次衬砌的主要目的是承载结构设计设计，因此二次衬砌应紧跟开挖面，在初期支护落地后应及时施做二次衬砌、仰拱及仰拱回填层。然后紧跟施做二衬衬砌。传统的国内公路隧道二次衬砌多采用“先墙后拱”的施工方法。即隧道在初期支护落地后，施做二次衬砌仰拱和仰拱回填层。然后在仰拱二次衬砌拱脚处支模施工1.2-1.5m的二次砼及边墙，待边墙砼达到一定强度在采用定型移动式模筑砼台车浇筑二衬砼。此种施工方法，施工中，施工工序多，二衬钢筋砼主筋接头、砼施工缝多，且小边墙不易形成与设计一致的弧形半径，外观线型难以控制。（见图1-2）
武都西隧道设计图1-1
传统的小边墙施工方法（图1-2）
3.2一模到底全断面二衬模筑施工新工艺
成武高速公路从已开始就规定隧道二衬砼施工，不充许采用传统式的先墙的“先墙后拱”施工方法。必须采用全断面衬砌模板台车施工新工艺二次衬砌施工。即隧道在初期支护落地闭合后，施做二次衬砌仰拱与填充层回填设计标高处。不在施做小边墙砼，直接就位全断面门架式轨道液压衬砌台车，实施一模到底全断面二衬模筑施工新工艺。此种施工方法施工工艺适应性强，工艺合理，同时减少施工工序，钢筋砼主筋焊接接头和土工布防水板焊接接头。而且环向施工缝易形成与设计一致的弧形半径，外观线型通顺，同时还能避免隧道衬砌渗水病害的发生。（见图1-3）
一模到施工新工艺（图1-3）
3.2.1减少施工工序缩短工期问题
新的施工方法是在隧道施工初期支护落底，施做二次衬砌仰拱和仰拱回填层之后，便不再施做小边墙施工内容，直接就安设防水设施，焊接二衬主筋，就位模筑砼台车，检验。报验合格后，及施工浇筑二衬砼。这样一来在施工工序上减少一道施工小边墙工序，减少防水板设施安装布设工序，减少二衬主筋安装焊接工序，同时也缩短了施工工期。
3.2.2一模到底全断面二衬模筑砼施工方法和操作程序。
归纳起来，一模到底全断面二衬模筑工艺的施工方法和操作流程可按下述步骤进行。
1、隧道仰拱初期支护已落地，施做了二次衬砌仰拱与仰拱回填片石砼填充。
2、施工放样已复测，认真检查洞身初期支护是否有侵限。切割锚杆与钢筋头，凿除补平收敛变限凸出部分。
3、安设纵、横排水管，布设防水板。
4、安装焊接二衬砼主筋，仰拱预留端主筋长度必须符合设计与规范要求的搭接长度，仰拱主筋和拱圈主筋搭接后采用双面焊接，焊接长度不小于20cm。
5、检查上道二衬砼接茬处止水带。防水板的安设，对墙角砼进行凿毛清理干净。
6、就位模筑砼台车，检查复核隧道中线断面尺寸，以保证衬砌厚度，衬砌台车端头模板必须与模板台车外侧拱璧衔塞紧密，期间空隙必须采取措施，防止衬砌施工中漏浆，影响砼质量。
7、二衬砼施工，砼浇筑时要从两侧对称浇筑，防止形成偏压，每浇筑一层，必须采用插入式振动器振捣密实，使砼充满所有空间和排出空气泡，封顶采用钢管压筑法施工，每隔一次距离预埋注漿管，对拱顶部进行压浆，确保封顶密实无空腔。
8、待砼达到一定程度后进行拆除模筑砼台车，对于洞口浅埋及Ⅴ级围岩二次衬砌施做后，要加强养护，充分发挥二次衬砌的承载能力。
9、重复循环以上步骤。
3.2.3工期与效率的比较
传统的先墙后拱（小边墙）施工方法，施工工序多，周期长，成本高，又不易线性控制，施工缝多，易造成质量隐患。一模到底模筑砼施工新工艺，无需在仰拱填充砼施工完成后，焊接钢筋与防水板、浇筑砼小边墙，而是采用仰拱与二衬在砼填充以上边拱墙处一次性钢筋加工、焊接防水设施，防水板焊接接长之后，一次性支模浇筑二衬砼，隧道二次衬砌施工采用此工艺，可以缩短工期，节约焊接材料达1/3，又能为工程提前交工赢得时间。
3.2.4施工效果
经过32个月的紧张施工，成武高速公路第六合同段驻地监理办，所管辖的三个标段的一座长隧道和两座特长隧道二衬砼施工非常顺利，其中马街、樊家山、武都西（CW17标）特长隧道提前贯通，完成100%的二次衬砌砼的施工。马街武都西隧道因采用此工艺施工，不仅外观线性好，而且经多方质量检测部门检验鉴定，各项检验指标均符合公路工程质量评定标准要求。2012年3月和4月被项目办评为全线质量样板工地（见甘交成武发[2012]25、26、27、76、209号文分别表彰奖励），成武项目办分别给予成武十六、十八合同段和第六合同段驻地监理办表彰奖励。
结束语
综上所述，公路隧道二次衬砌作为持久保持隧道功能的重要结构，除应满足使用，增强安全感外，还必须具有外观耐久的功能。二次衬砌砼施工采用一模到底新工艺，既能提高衬砌质量，预防隧道通病的发生，又能减少施工环节、节约资金，加快施工进度。同时为甘肃公路隧道建设标准化施工提供了借鉴依据。
参考文献：
1、《公路隧道施工技术细则》JTG/T F60-2009，人民交通出版社2009年 北京
2、《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004 人民交通出版社 2004年 北京
3、《公路工程施工监理规范》JTG G10-2006 人民交通出版社 2006年 北京
4、毛瑞祥、程翔云主编公路桥涵设计手册。基本资料，人民交通出版社1995年
作者信息：
李新社，男，汉族，1981年工作，高级工程师，毕业于北京交通大学公路工程与管理专业，曾参加过广东佛开、陕西铜黄、浙江沪杭、甘肃柳忠、兰海、刘白、宝天、平定﹑成武等国家重点高速公路项目建设。
工作单位：甘肃省交通科研院有限公司
邮编：730050E-emli: [email protected]
电话：18719599927 0931-8488254
日期：2014.4.28
[关键词]公路隧道;二次衬砌;施工;新工艺;
中图分类号：U412文献标识码： A
引言：随着甘肃高速公路建设的不断发展，对公路隧道建设质量也提出了更高的要求，在隧道施工中，为防止隧道二次衬砌砼早期病害，使衬砌砼达到内实外美。传统的施工方法已不适应现在公路隧道施工的质量要求。本文以成武高速公路武都西特长隧道施工实践为例，重点介绍传统隧道二衬砼施工先墙后拱与一模到底全断面浇筑施工方法，以及对通病治理，缩短工期、材料节约等问题进行探讨，要解决这些问题就必须在工艺上取得新突破。
1. 工程概况：
1.1项目位置：成县至武都高速公路，位于甘肃省陇南市，起点位于成县纸坊镇府城村，与国家高速公路网规划的十堰至天水高速公路以枢纽立交相接，终点位于陇南市武都区两水镇黄家坝村，与在建的武罐高速公路以枢纽立交相连接，沿线经过成县、康县、武都区三个县区，途经太石乡、平洛镇、佛崖乡、甘泉镇、安华镇、马街镇等九个乡镇，路线全长92.04公里（其中康县连接线3.82km）。
1.2工程内容：本项目全线主要工程量为：路基挖方348.68万m³，路基填方533.66万m³，路面基底层44.52万㎡，基层42.26万m³，面层59.0万㎡，隧道72814m/37座，桥梁57306m/
147座（其中特大桥10496m/8座），天桥188.06m/3座，互通式立交7处。全线控制性工程为米仓山隧道（单洞长8862m）、太石隧道（单洞长5028m）、樊家山隧道（单洞长3812m）、武都西隧道（单洞长3781m）、黑马关隧道（单洞长3812m）及平洛河2#特长大桥（单桥长2026m）。本项目工程概算总投资120.96亿元，建设工期4年。
1.3建设特点：一是沿线山大沟深，水文地质条件较为复杂，建设难度属全国罕见；二是沿线自然环境优美、山清水秀、气候宜人，为了避免大填大挖，设计以桥隧为主，全线的桥隧累计占到总长度的72.43%，是我省目前为止桥隧比例最高的一个项目；三是平面布线上以大半径平曲线为主，蜿蜒穿行，最大限度地保护自然生态的原始面貌；四是陇南属于四大泥石流频发地区，年降雨量大，施工困難较多；五是地址破碎，水保环保要求高；六是沿线处于山谷狭窄地段，建设场地狭小；便道、弃渣场等开辟困难；七是成武高速公路与省道205线存在多处平行交叉路段，要边施工边通车，保畅难度大。
2、武都西隧道技术数据：
武都西隧道特长隧道位于武都区黑坝里北侧上没水山山体内、该隧道设计为分离式岩质隧道。起止桩号为ZK83+810~ZK87+573长3763m，右线为YK83+813~YK87+612，长3781m，平面线型为半径R=2650m的圆曲线，中间段为直线，后半段为半径R=2800m的圆曲线。右线设计纵坡-2.0~-2.22%，左线设计纵坡为-2.0~-2.27%。
2.1地形地貌：隧址区位于剥蚀中山地貌区，地面标高1036~2074m，山体地形总体较陡，呈中间高两侧低形，进口自然坡度约40°，出口自然坡度约50°，进口段位于省道S205右侧上部，与北峪河12号大桥相连，穿越上设没水山后以互通式形式上跨G212国道、白龙江后与在建的武罐高速公路相接。
2.2隧道地质岩性：据钻探及地质图，隧址区地层由第四系中上更新统黄土、粉质粘土（Q2-3）和中—上志留统—白龙江群（S2+3b1）组成，白龙江群中下部（S2+3b11）岩性为千枚岩夹灰岩、片岩组成，千枚岩由泥岩、泥灰岩变质而成，整体呈现千枚岩、板岩、灰岩、呈互层或夹层状，隧址区出露的地层自上而下为：1、第四系中上更新统黄土（Q2-3）：黄褐色，中密-密实土质较匀，垂直节理少量发育，多分布于洞身段所在地的半山坡，覆盖厚度不大；2、第四系中上新统洪积粉质粘土（Q2-3）：褐黄色，硬塑，土质不匀，含大量卵石，砾石及少量块石，具水平层里。厚度40～60m，分布于隧址区出口段右侧。
2.3围岩稳定性评价
武都西特长隧道洞轴走向约为210°～260°，隧址区中前部岩性分布为中一上志留统—白龙江群上部（S2+3b12）：中薄层一厚层白云质灰岩、硅质条带灰岩夹千枚岩、细砂岩、板岩。为较硬岩、呈中厚层状，岩层产状85°＜50°为主，岩层走向与洞轴走向部分呈小角度斜交，对开挖有不利影响。隧址区后半部岩性、夹少量的板岩、灰岩，千枚岩及碳质千枚岩变质较深岩石强度很低，板破碎，属软岩类，岩层产状110°＜60°为主，主要分布于隧道后半部分。
隧道进出洞口处于山前陡峭斜坡上，植被不发育，出口段洞轴走向240°自然边坡坡角50°，右线进口段为强中风化灰岩，呈镶嵌碎裂结构，为较软岩、岩体基本稳定围岩级别为Ⅳ级、洞室顶部会有少量掉块。洞门上方仰坡陡峭，分布有少量坡积层，施工时应设置防护措施。
2.4.隧道设计
隧道建筑限界内轮廓设计，按照高速公路标准设计，设计速度80km/h。
单向双车道，隧道建筑界限如下表所示：
隧道建筑限界表（单位m）
隧道内轮廓设计采用规范推荐的标准断面，及拱顶顶采用R=543cm的半径，边墙为R=793的大半斤圆弧，仰拱与侧墙间用半斤R=100cm的小半径圆弧连接，仰拱半径R=1500。见图1-1：
3. 隧道二衬模筑砼施工方法。
3.1传统的隧道二衬模筑砼施工方法
公路隧道二次衬砌的主要目的是承载结构设计设计，因此二次衬砌应紧跟开挖面，在初期支护落地后应及时施做二次衬砌、仰拱及仰拱回填层。然后紧跟施做二衬衬砌。传统的国内公路隧道二次衬砌多采用“先墙后拱”的施工方法。即隧道在初期支护落地后，施做二次衬砌仰拱和仰拱回填层。然后在仰拱二次衬砌拱脚处支模施工1.2-1.5m的二次砼及边墙，待边墙砼达到一定强度在采用定型移动式模筑砼台车浇筑二衬砼。此种施工方法，施工中，施工工序多，二衬钢筋砼主筋接头、砼施工缝多，且小边墙不易形成与设计一致的弧形半径，外观线型难以控制。（见图1-2）
武都西隧道设计图1-1
传统的小边墙施工方法（图1-2）
3.2一模到底全断面二衬模筑施工新工艺
成武高速公路从已开始就规定隧道二衬砼施工，不充许采用传统式的先墙的“先墙后拱”施工方法。必须采用全断面衬砌模板台车施工新工艺二次衬砌施工。即隧道在初期支护落地闭合后，施做二次衬砌仰拱与填充层回填设计标高处。不在施做小边墙砼，直接就位全断面门架式轨道液压衬砌台车，实施一模到底全断面二衬模筑施工新工艺。此种施工方法施工工艺适应性强，工艺合理，同时减少施工工序，钢筋砼主筋焊接接头和土工布防水板焊接接头。而且环向施工缝易形成与设计一致的弧形半径，外观线型通顺，同时还能避免隧道衬砌渗水病害的发生。（见图1-3）
一模到施工新工艺（图1-3）
3.2.1减少施工工序缩短工期问题
新的施工方法是在隧道施工初期支护落底，施做二次衬砌仰拱和仰拱回填层之后，便不再施做小边墙施工内容，直接就安设防水设施，焊接二衬主筋，就位模筑砼台车，检验。报验合格后，及施工浇筑二衬砼。这样一来在施工工序上减少一道施工小边墙工序，减少防水板设施安装布设工序，减少二衬主筋安装焊接工序，同时也缩短了施工工期。
3.2.2一模到底全断面二衬模筑砼施工方法和操作程序。
归纳起来，一模到底全断面二衬模筑工艺的施工方法和操作流程可按下述步骤进行。
1、隧道仰拱初期支护已落地，施做了二次衬砌仰拱与仰拱回填片石砼填充。
2、施工放样已复测，认真检查洞身初期支护是否有侵限。切割锚杆与钢筋头，凿除补平收敛变限凸出部分。
3、安设纵、横排水管，布设防水板。
4、安装焊接二衬砼主筋，仰拱预留端主筋长度必须符合设计与规范要求的搭接长度，仰拱主筋和拱圈主筋搭接后采用双面焊接，焊接长度不小于20cm。
5、检查上道二衬砼接茬处止水带。防水板的安设，对墙角砼进行凿毛清理干净。
6、就位模筑砼台车，检查复核隧道中线断面尺寸，以保证衬砌厚度，衬砌台车端头模板必须与模板台车外侧拱璧衔塞紧密，期间空隙必须采取措施，防止衬砌施工中漏浆，影响砼质量。
7、二衬砼施工，砼浇筑时要从两侧对称浇筑，防止形成偏压，每浇筑一层，必须采用插入式振动器振捣密实，使砼充满所有空间和排出空气泡，封顶采用钢管压筑法施工，每隔一次距离预埋注漿管，对拱顶部进行压浆，确保封顶密实无空腔。
8、待砼达到一定程度后进行拆除模筑砼台车，对于洞口浅埋及Ⅴ级围岩二次衬砌施做后，要加强养护，充分发挥二次衬砌的承载能力。
9、重复循环以上步骤。
3.2.3工期与效率的比较
传统的先墙后拱（小边墙）施工方法，施工工序多，周期长，成本高，又不易线性控制，施工缝多，易造成质量隐患。一模到底模筑砼施工新工艺，无需在仰拱填充砼施工完成后，焊接钢筋与防水板、浇筑砼小边墙，而是采用仰拱与二衬在砼填充以上边拱墙处一次性钢筋加工、焊接防水设施，防水板焊接接长之后，一次性支模浇筑二衬砼，隧道二次衬砌施工采用此工艺，可以缩短工期，节约焊接材料达1/3，又能为工程提前交工赢得时间。
3.2.4施工效果
经过32个月的紧张施工，成武高速公路第六合同段驻地监理办，所管辖的三个标段的一座长隧道和两座特长隧道二衬砼施工非常顺利，其中马街、樊家山、武都西（CW17标）特长隧道提前贯通，完成100%的二次衬砌砼的施工。马街武都西隧道因采用此工艺施工，不仅外观线性好，而且经多方质量检测部门检验鉴定，各项检验指标均符合公路工程质量评定标准要求。2012年3月和4月被项目办评为全线质量样板工地（见甘交成武发[2012]25、26、27、76、209号文分别表彰奖励），成武项目办分别给予成武十六、十八合同段和第六合同段驻地监理办表彰奖励。
结束语
综上所述，公路隧道二次衬砌作为持久保持隧道功能的重要结构，除应满足使用，增强安全感外，还必须具有外观耐久的功能。二次衬砌砼施工采用一模到底新工艺，既能提高衬砌质量，预防隧道通病的发生，又能减少施工环节、节约资金，加快施工进度。同时为甘肃公路隧道建设标准化施工提供了借鉴依据。
参考文献：
1、《公路隧道施工技术细则》JTG/T F60-2009，人民交通出版社2009年 北京
2、《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004 人民交通出版社 2004年 北京
3、《公路工程施工监理规范》JTG G10-2006 人民交通出版社 2006年 北京
4、毛瑞祥、程翔云主编公路桥涵设计手册。基本资料，人民交通出版社1995年
作者信息：
李新社，男，汉族，1981年工作，高级工程师，毕业于北京交通大学公路工程与管理专业，曾参加过广东佛开、陕西铜黄、浙江沪杭、甘肃柳忠、兰海、刘白、宝天、平定﹑成武等国家重点高速公路项目建设。
工作单位：甘肃省交通科研院有限公司
邮编：730050E-emli: [email protected]
电话：18719599927 0931-8488254
日期：2014.4.28