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摘 要:双联拱隧道通常采用直墙式中隔墙,防渗水效果差,曲墙式顶部进行无接缝处理,较直墙式双联拱隧道大大提高防渗水效果,本文结合龙丽高速公路西凹口隧道工程实践,介绍了曲墙式双联拱隧道施工技术,提出了双联拱隧道防渗水施工技术措施。
关键词:双联拱隧道 曲墙式 防渗水
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)06(a)-0035-02
曲墙式中隔墙不同于直墙式,其下面作为二次衬砌一部分,二次衬砌设计为整体式,避免了直曲交界处接缝,减少防渗水的隐患,从而提高了防水效果。
1 工程概况
西凹口隧道位于浙江省龙丽高速公路段内,全长265m,隧道断面为单心圆,半径5.5.15m,横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌,本隧道路面为4车道,最大开挖宽度24.1m。为发送直墙式双连拱隧道防渗水效果,本隧道中隔墙设计为曲墙式,结构为高5.05m,中部厚1.0m～1.3m的钢筋混凝土结构。
2 主要施工工艺
2.1 中隔墙施工
中隔墙施工工序如下:中导洞贯通—清底—施作锁脚锚杆—高压水冲洗—绑扎钢筋—立模-泵送混凝土—养护拆模—顶部压浆—中隔墙防护(正洞开挖前)。
(1)中导洞开挖。
导洞开挖前,根据设计尺寸,对开挖轮廓进行测设,爆破的地段根据炮眼布置图结合围岩情况进行炮眼布置,先进行试爆选定爆破参数。
导洞开挖根据围岩情况选定正台阶开挖法(Ⅱ、Ⅲ类围岩)和全断面开挖法(Ⅳ围岩),对于软石和强风化岩石,采用人工配合风镐开挖。需爆破的地段根据中导洞开挖炮眼布置及参数,结合试爆情况及掌子面围岩情况,确定下一开挖参数。
导洞开挖检查合格后,及时支护,有超前支护的同时施做完毕。
(2)中隔墙施工。
中隔墙可以看做双联拱的“人工支座”,施工过程中受力变化大且存在承受单向不平衡力的作用,极易发生失稳、破坏。在施工中隔墙时重点控制墙顶混凝土密实度,墙顶与中导坑拱顶之间做到不留有任何空隙,同时主洞开挖和衬砌时采取有效的措施保护中隔墙,减少对中墙的振动。由于在施工中采取有利中隔墙稳定的措施,同时加强开挖爆破震动过程中的测量和监控,保证了隧道开挖的安全。
中导洞开挖完毕后,根据中隔墙设计图纸对其中线水平进行测量放线,洞底欠挖部分,人工配合风稿将其凿除,超挖部份将松散的浮石淤泥清理干净,用同标号混凝土将其找平。
中隔墙混凝土采用混凝土输送泵输送,人工配合插入式振动器捣固。浇筑混凝土时按0.3m厚分层浇筑,上层混凝土在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成。采用插入式振动器捣固,移动间距控制在不超过振动器作用半径的1.5倍,与侧模保持50mm～100mm的距离,插入下层混凝土50mm～100mm;每一处振动完毕后,边振动边徐徐提出振动棒,避免振动棒碰模板、钢筋及其他预埋件,混凝土浇筑过程中随时检查模板是否错位,支撑是否牢固,确保浇灌混凝土连续进行。
2.2 正洞开挖
施工前,选定两种开挖方案,双侧壁导坑开挖方法,无侧导洞正洞上下台阶开挖法。根据中导洞开挖地质情况,经过仔细分析比选,Ⅲ类及以上围岩地段施工中采用了无侧导洞开挖法,效果良好。
2.3 防水施工
原设计中隔墙为直墙,直墙式中墙与正洞二次衬砌间存在连续缝的缺陷,易渗水。改为曲墙式中墙后,衬砌背面(喷锚面和中墙外露面)均设置隧道专用复合防水卷材,环向设置φ50波纹管,墙脚设纵向φ100波纹管,使漏水能从衬砌背面通过排水滤层排至墙脚,再由墙脚处纵向波纹管集水,通过横向排水沟引至路面边沟排出洞外。
路面以下设置纵向中央排水沟,由带孔内径φ300mm离心式钢筋混凝土水管外裹200g/m2土工布滤层及级配碎石滤层组成,将路基围岩涌水排出洞口。
同时,二次衬砌采用自防水结构,抗渗标号为S8,提高了防涌效果。
2.4 复合防水卷材防水层施工
衬背防水层施工以可靠便利为原则,采用洞外先拼接成大块体,再在洞内大块体铺挂。大块体先在洞外平台上拼接而成。大块体沿隧道纵向3～4幅卷材拼接。环向长度根据隧道喷混凝土层内壁周长决定,即设计长度加1.1～1.5系数。
拼接时,卷材搭接宽度为6cm～8cm,每幅之间采用双接缝热熔工艺,两条接缝之间留空隙,采用充气(或吸气)检验焊接质量。洞内大块体之间环向接缝使用专用粘合剂粘合,局部采用玻璃胶(硅胶)粘缝。
防水层铺挂,铺挂前,对喷射混凝土基面进行如下处理:基面要求平缝,无大的明显的凹凸起伏,喷混凝土基面有钢筋、钢丝及凸出的管件等尖锐突出物时,进行切断,铆平或用砂浆抹平。
防水层铺挂采用吊带铺挂,铺挂点壁面每1平方米不少于1个,采用自制的U型氏(以无尖角为原则)。防水层铺装做到只存在环向接缝,不存在纵向接缝。衬背防水层施工铺装超前隧道,二次衬砌30m～50m,防水层施工质量在经监理工程师验收合格并签发文件后才浇筑二次衬砌。防水层施工完成后严加保护,防止破坏,避免防水工程质量下降乃至完全失效,采取以下措施。
防水层做好后,及时灌注二次衬砌混凝土进行保护。
在没有保护层处(如拱顶)进行其他工作时避免破坏防水层,焊接钢筋时在此周围石棉水泥板进行遮挡,避免溅出火花烧坏防水层。
在灌注二次衬砌模注混凝土时,振捣棒不接触防水层,以免破坏防水层。
施工人员不穿带钉子的鞋在防水层上走动。
施工中不断对现场施工人员加强防水层保护意识教育,严禁破坏。
2.5 施工缝、伸缩缝防水施工
隧道衬砌时前一节与后一节或在混凝土灌注间歇超过规定时,均按施工缝处理,即在施工缝旧混凝土面钻设10×15mm的凹槽,灌注新混凝土前将遇水膨胀橡胶止水条埋入,外露10×15mm。
根据设计要求,需设伸缩缝处按伸缩缝办理,即在前一节衬砌时,利用堵头板固定E5型桥式橡胶止水带,止水带埋入前一节衬砌混凝土内一半,止水带固定时采用自制的钢筋夹固定,灌注混凝土时,派专人时刻注意止水带偏离中心,避免产生单向透径缩短,使之与止水带很好地结合。
2.6 正洞二次衬砌施工
进、出口Ⅱ类围岩地段,采用无侧导洞开挖法施工后,左洞开挖跨度最大12m,为确保洞口稳定,结合监控量测情况,确定左洞开挖后,先施作一段衬砌(20m),待其混凝土强度大于70%时,开始另一侧洞身的开挖。
Ⅲ类及以上围岩地段,围岩自稳性较好,按照异线同向方法开挖,即A洞与B洞同时开挖,B洞的施工进度控制在使两正洞掌子面间保持30m左右。为防止B洞开挖爆破震动对A洞衬砌施工造成危害,B洞掌子面与衬砌之间距离保持在30m以上。
3 防渗水控制措施
为了提高典墙式双联拱隧道防渗水效果,施工中采取了如下措施进行加强。
(1)隧道进洞前按设计要求先做好洞顶截水沟和边仰坡开后的锚喷加固及封闭,完善地面排水系统,避免了地表水下渗和冲刷。
(2)加强施工过程中防排水工作。
隧道洞内为顺坡排水,临时排水水沟断面满足排除隧道中渗漏水和施工废水需要,并经常清理排水设施,确保水路畅通。
有水地段喷射混凝土时,在涌水不多时,进行导水处理后再喷射,当涌水范围大时,设树枝状排水导管后再喷射。
洞内有大面积渗漏水时,集中汇流引入排水沟,并将位置详细记录,在施工拱墙背后防水设施时在此位置采取了加强措施。
(3)结构防排水施工。
衬砌背面复合防水卷材与喷铺面和中墙外露面之间设置φ50mm波纹管环向盲沟,环向间距控制在3m。在富水区段拱部局部渗水较大形成径流区段,加密环向盲沟间距,确保渗水过盲沟汇入墙脚。同时将透水管固定牢靠,确保灌注衬砌混凝土时不松动移位。
衬砌墙脚处的纵向盲沟采用φ100mmHDPE双壁打孔波纹管,外面裹一层200g/m2无纺土工布。纵坡与线路坡度保持一致。纵向盲沟集水通过横向排水盲沟(φ100mHDPE双壁波纹管)引至路面边沟排出洞外。横向排水盲沟位置准确,固定牢靠,接头处密封牢固,做到不松动。衬砌背面(喷锚面和中墙外露面)均设置隧道专用复合防水卷材,大块体之间采用双接缝热熔工艺,拼接缝宽度不小于6cm,确保了焊缝质量。接头处无气泡,折皱及空隙。开挖,安装焊接衬砌钢筋和衬砌作业时不损坏防水层,发现层面有损坏时及时进行修补。
防水层在初期支护变形基本稳定后及二次衬砌施作前进行。防水层铺设前,喷射混凝土表面清除锚杆头和钢筋断头;对凸凹不平部位进行修凿、喷补,使混凝土表面平顺,喷层表面漏水时及时引排。防水层铺挂采用吊带铺挂,不用钉子将卷材钉在喷混凝土层表面上,铺持点壁面每1m2不少于1个,并与喷层表面密贴。防水层铺装避免出现环向接缝,并超前隧道二次衬砌30m～50m。附属洞室与正洞连接处的防排水工程与正洞同时完成,其搭接处平顺,不在破损和折皱现象。
衬砌环向施工缝处设置BF遇水膨胀橡胶止水条(20×15mm),施工时在施工缝旧混凝土面预留10×15mm的凹槽,灌注新混凝土前将止水条埋入,外露10×15mm。
二次衬砌采用自防水结构,为C30微膨胀混凝土(AEC)抗渗标号为S8。施工中严格按以下措施进行加强控制。
①砂石集料符合级配要求,水泥标号不低于425号。
②严格控制水灰比,水灰比是对抗渗性起决定作用的因素,水灰比不大于0.55。
③调制混凝土拌和物时,水泥重量偏差控制在±5%以内,水及外加剂重量偏差控制在±2%以内。
④混凝土浇筑前,清除模板上的泥污杂物,且用水湿润,确保模板不漏浆。
⑤二次衬砌混凝土养护时间不少于14d,强度达到2.5MPa时拆模,拆模时内外温差控制在不大于20℃。
4 结语
双联拱隧道施工,通过贯通中导洞,这样起超前预报地质作用,又能改善洞内施工环境。正洞开挖方法应根据工期和地质状况合理确定。
中隔墙在施工过程中,受力转换十分复杂,容易产生偏心、扭曲,在中墙两边回填碎石,起到初期支护与二次衬砌一样的作用,有利于中墙稳定。
施工中一定要搞好爆破震动的测量和监控,同时要做好中隔墙安全防护。在墙顶回填混凝土要密实,不能留有空隙。
隧道防水,除渗水管及防水布要严格施作外中,特别是Ⅱ、Ⅲ类有钢筋混凝土地段,钢筋作极易扰动防水层,要加强防护,在围岩变化地段,要增设沉降缝。
参考文献
[1] 铁道科学研究院.客运专线隧道施工技术指南[M].北京:中国铁道出版社,2005.
[2] 中华人民共和国行业标准,JTJ024-94公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,1992.
[3] 孙钧.地下工程设计与实践[M].上海:上海科学技术出版,1996.
[4] 文献江.四连拱隧道施工技术[J].现代隧道技术,2000(2):44～50.
[5] 李俊,李泳伸,王志杰,等.双联拱隧道开挖探讨[J].现代隧道技术,2003(4):20～24.
关键词:双联拱隧道 曲墙式 防渗水
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)06(a)-0035-02
曲墙式中隔墙不同于直墙式,其下面作为二次衬砌一部分,二次衬砌设计为整体式,避免了直曲交界处接缝,减少防渗水的隐患,从而提高了防水效果。
1 工程概况
西凹口隧道位于浙江省龙丽高速公路段内,全长265m,隧道断面为单心圆,半径5.5.15m,横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌,本隧道路面为4车道,最大开挖宽度24.1m。为发送直墙式双连拱隧道防渗水效果,本隧道中隔墙设计为曲墙式,结构为高5.05m,中部厚1.0m～1.3m的钢筋混凝土结构。
2 主要施工工艺
2.1 中隔墙施工
中隔墙施工工序如下:中导洞贯通—清底—施作锁脚锚杆—高压水冲洗—绑扎钢筋—立模-泵送混凝土—养护拆模—顶部压浆—中隔墙防护(正洞开挖前)。
(1)中导洞开挖。
导洞开挖前,根据设计尺寸,对开挖轮廓进行测设,爆破的地段根据炮眼布置图结合围岩情况进行炮眼布置,先进行试爆选定爆破参数。
导洞开挖根据围岩情况选定正台阶开挖法(Ⅱ、Ⅲ类围岩)和全断面开挖法(Ⅳ围岩),对于软石和强风化岩石,采用人工配合风镐开挖。需爆破的地段根据中导洞开挖炮眼布置及参数,结合试爆情况及掌子面围岩情况,确定下一开挖参数。
导洞开挖检查合格后,及时支护,有超前支护的同时施做完毕。
(2)中隔墙施工。
中隔墙可以看做双联拱的“人工支座”,施工过程中受力变化大且存在承受单向不平衡力的作用,极易发生失稳、破坏。在施工中隔墙时重点控制墙顶混凝土密实度,墙顶与中导坑拱顶之间做到不留有任何空隙,同时主洞开挖和衬砌时采取有效的措施保护中隔墙,减少对中墙的振动。由于在施工中采取有利中隔墙稳定的措施,同时加强开挖爆破震动过程中的测量和监控,保证了隧道开挖的安全。
中导洞开挖完毕后,根据中隔墙设计图纸对其中线水平进行测量放线,洞底欠挖部分,人工配合风稿将其凿除,超挖部份将松散的浮石淤泥清理干净,用同标号混凝土将其找平。
中隔墙混凝土采用混凝土输送泵输送,人工配合插入式振动器捣固。浇筑混凝土时按0.3m厚分层浇筑,上层混凝土在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成。采用插入式振动器捣固,移动间距控制在不超过振动器作用半径的1.5倍,与侧模保持50mm～100mm的距离,插入下层混凝土50mm～100mm;每一处振动完毕后,边振动边徐徐提出振动棒,避免振动棒碰模板、钢筋及其他预埋件,混凝土浇筑过程中随时检查模板是否错位,支撑是否牢固,确保浇灌混凝土连续进行。
2.2 正洞开挖
施工前,选定两种开挖方案,双侧壁导坑开挖方法,无侧导洞正洞上下台阶开挖法。根据中导洞开挖地质情况,经过仔细分析比选,Ⅲ类及以上围岩地段施工中采用了无侧导洞开挖法,效果良好。
2.3 防水施工
原设计中隔墙为直墙,直墙式中墙与正洞二次衬砌间存在连续缝的缺陷,易渗水。改为曲墙式中墙后,衬砌背面(喷锚面和中墙外露面)均设置隧道专用复合防水卷材,环向设置φ50波纹管,墙脚设纵向φ100波纹管,使漏水能从衬砌背面通过排水滤层排至墙脚,再由墙脚处纵向波纹管集水,通过横向排水沟引至路面边沟排出洞外。
路面以下设置纵向中央排水沟,由带孔内径φ300mm离心式钢筋混凝土水管外裹200g/m2土工布滤层及级配碎石滤层组成,将路基围岩涌水排出洞口。
同时,二次衬砌采用自防水结构,抗渗标号为S8,提高了防涌效果。
2.4 复合防水卷材防水层施工
衬背防水层施工以可靠便利为原则,采用洞外先拼接成大块体,再在洞内大块体铺挂。大块体先在洞外平台上拼接而成。大块体沿隧道纵向3～4幅卷材拼接。环向长度根据隧道喷混凝土层内壁周长决定,即设计长度加1.1～1.5系数。
拼接时,卷材搭接宽度为6cm～8cm,每幅之间采用双接缝热熔工艺,两条接缝之间留空隙,采用充气(或吸气)检验焊接质量。洞内大块体之间环向接缝使用专用粘合剂粘合,局部采用玻璃胶(硅胶)粘缝。
防水层铺挂,铺挂前,对喷射混凝土基面进行如下处理:基面要求平缝,无大的明显的凹凸起伏,喷混凝土基面有钢筋、钢丝及凸出的管件等尖锐突出物时,进行切断,铆平或用砂浆抹平。
防水层铺挂采用吊带铺挂,铺挂点壁面每1平方米不少于1个,采用自制的U型氏(以无尖角为原则)。防水层铺装做到只存在环向接缝,不存在纵向接缝。衬背防水层施工铺装超前隧道,二次衬砌30m～50m,防水层施工质量在经监理工程师验收合格并签发文件后才浇筑二次衬砌。防水层施工完成后严加保护,防止破坏,避免防水工程质量下降乃至完全失效,采取以下措施。
防水层做好后,及时灌注二次衬砌混凝土进行保护。
在没有保护层处(如拱顶)进行其他工作时避免破坏防水层,焊接钢筋时在此周围石棉水泥板进行遮挡,避免溅出火花烧坏防水层。
在灌注二次衬砌模注混凝土时,振捣棒不接触防水层,以免破坏防水层。
施工人员不穿带钉子的鞋在防水层上走动。
施工中不断对现场施工人员加强防水层保护意识教育,严禁破坏。
2.5 施工缝、伸缩缝防水施工
隧道衬砌时前一节与后一节或在混凝土灌注间歇超过规定时,均按施工缝处理,即在施工缝旧混凝土面钻设10×15mm的凹槽,灌注新混凝土前将遇水膨胀橡胶止水条埋入,外露10×15mm。
根据设计要求,需设伸缩缝处按伸缩缝办理,即在前一节衬砌时,利用堵头板固定E5型桥式橡胶止水带,止水带埋入前一节衬砌混凝土内一半,止水带固定时采用自制的钢筋夹固定,灌注混凝土时,派专人时刻注意止水带偏离中心,避免产生单向透径缩短,使之与止水带很好地结合。
2.6 正洞二次衬砌施工
进、出口Ⅱ类围岩地段,采用无侧导洞开挖法施工后,左洞开挖跨度最大12m,为确保洞口稳定,结合监控量测情况,确定左洞开挖后,先施作一段衬砌(20m),待其混凝土强度大于70%时,开始另一侧洞身的开挖。
Ⅲ类及以上围岩地段,围岩自稳性较好,按照异线同向方法开挖,即A洞与B洞同时开挖,B洞的施工进度控制在使两正洞掌子面间保持30m左右。为防止B洞开挖爆破震动对A洞衬砌施工造成危害,B洞掌子面与衬砌之间距离保持在30m以上。
3 防渗水控制措施
为了提高典墙式双联拱隧道防渗水效果,施工中采取了如下措施进行加强。
(1)隧道进洞前按设计要求先做好洞顶截水沟和边仰坡开后的锚喷加固及封闭,完善地面排水系统,避免了地表水下渗和冲刷。
(2)加强施工过程中防排水工作。
隧道洞内为顺坡排水,临时排水水沟断面满足排除隧道中渗漏水和施工废水需要,并经常清理排水设施,确保水路畅通。
有水地段喷射混凝土时,在涌水不多时,进行导水处理后再喷射,当涌水范围大时,设树枝状排水导管后再喷射。
洞内有大面积渗漏水时,集中汇流引入排水沟,并将位置详细记录,在施工拱墙背后防水设施时在此位置采取了加强措施。
(3)结构防排水施工。
衬砌背面复合防水卷材与喷铺面和中墙外露面之间设置φ50mm波纹管环向盲沟,环向间距控制在3m。在富水区段拱部局部渗水较大形成径流区段,加密环向盲沟间距,确保渗水过盲沟汇入墙脚。同时将透水管固定牢靠,确保灌注衬砌混凝土时不松动移位。
衬砌墙脚处的纵向盲沟采用φ100mmHDPE双壁打孔波纹管,外面裹一层200g/m2无纺土工布。纵坡与线路坡度保持一致。纵向盲沟集水通过横向排水盲沟(φ100mHDPE双壁波纹管)引至路面边沟排出洞外。横向排水盲沟位置准确,固定牢靠,接头处密封牢固,做到不松动。衬砌背面(喷锚面和中墙外露面)均设置隧道专用复合防水卷材,大块体之间采用双接缝热熔工艺,拼接缝宽度不小于6cm,确保了焊缝质量。接头处无气泡,折皱及空隙。开挖,安装焊接衬砌钢筋和衬砌作业时不损坏防水层,发现层面有损坏时及时进行修补。
防水层在初期支护变形基本稳定后及二次衬砌施作前进行。防水层铺设前,喷射混凝土表面清除锚杆头和钢筋断头;对凸凹不平部位进行修凿、喷补,使混凝土表面平顺,喷层表面漏水时及时引排。防水层铺挂采用吊带铺挂,不用钉子将卷材钉在喷混凝土层表面上,铺持点壁面每1m2不少于1个,并与喷层表面密贴。防水层铺装避免出现环向接缝,并超前隧道二次衬砌30m～50m。附属洞室与正洞连接处的防排水工程与正洞同时完成,其搭接处平顺,不在破损和折皱现象。
衬砌环向施工缝处设置BF遇水膨胀橡胶止水条(20×15mm),施工时在施工缝旧混凝土面预留10×15mm的凹槽,灌注新混凝土前将止水条埋入,外露10×15mm。
二次衬砌采用自防水结构,为C30微膨胀混凝土(AEC)抗渗标号为S8。施工中严格按以下措施进行加强控制。
①砂石集料符合级配要求,水泥标号不低于425号。
②严格控制水灰比,水灰比是对抗渗性起决定作用的因素,水灰比不大于0.55。
③调制混凝土拌和物时,水泥重量偏差控制在±5%以内,水及外加剂重量偏差控制在±2%以内。
④混凝土浇筑前,清除模板上的泥污杂物,且用水湿润,确保模板不漏浆。
⑤二次衬砌混凝土养护时间不少于14d,强度达到2.5MPa时拆模,拆模时内外温差控制在不大于20℃。
4 结语
双联拱隧道施工,通过贯通中导洞,这样起超前预报地质作用,又能改善洞内施工环境。正洞开挖方法应根据工期和地质状况合理确定。
中隔墙在施工过程中,受力转换十分复杂,容易产生偏心、扭曲,在中墙两边回填碎石,起到初期支护与二次衬砌一样的作用,有利于中墙稳定。
施工中一定要搞好爆破震动的测量和监控,同时要做好中隔墙安全防护。在墙顶回填混凝土要密实,不能留有空隙。
隧道防水,除渗水管及防水布要严格施作外中,特别是Ⅱ、Ⅲ类有钢筋混凝土地段,钢筋作极易扰动防水层,要加强防护,在围岩变化地段,要增设沉降缝。
参考文献
[1] 铁道科学研究院.客运专线隧道施工技术指南[M].北京:中国铁道出版社,2005.
[2] 中华人民共和国行业标准,JTJ024-94公路隧道施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,1992.
[3] 孙钧.地下工程设计与实践[M].上海:上海科学技术出版,1996.
[4] 文献江.四连拱隧道施工技术[J].现代隧道技术,2000(2):44～50.
[5] 李俊,李泳伸,王志杰,等.双联拱隧道开挖探讨[J].现代隧道技术,2003(4):20～24.