长大隧道风机段二次衬砌施工技术

长大隧道风机段二次衬砌施工技术

张小君

张小君

中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原030032

摘要：本文通过对怀邵衡铁路黄岩隧道（17034m）风机段的施工总结，为今后大段面隧道二次衬砌施工提供了宝贵的施工经验。

关键词：大断面隧道二次衬砌

引言

长大隧道二次衬砌在特殊地，比如下锚段、风机段等净空面比标准断面增大，这就给二次衬砌的施工带来了诸多困难，也制约了隧道的施工速度，下面就黄岩隧道超大断面二次衬砌施工技术做以总结。

1工程概况

新建怀邵衡铁路黄岩隧道全长17030m，运营通风采用射流风机诱导全纵向通风方式，黄岩隧道进口DK17+965～DK17+998、DK18+065～DK18+098，黄岩隧道出口DK34+627～DK34+660共计3处风机为安装段，风机安装段衬砌断面较大，施工复杂。

图1风机段衬砌断面

2施工方法

2.1施工准备

（1）按施工场地布置图作好水、电、路、临建工程。

（2）对设计单位交付使用的基点桩、水准基点桩等按图纸进行校对，若发现桩志不足、不稳妥、被移动或测量精度不符合要求时，除应恢复原桩志外，尚需进行补测、加桩、加固、移设桩志、水准点等工作，并将检测资料书面报监理工程师批准。

（3）根据施工设计资料及有关合同条款，编制开工报告后交监理工程师批准后正式开工。

2.2隧道施工测量控制

2.2.1、控制测量

按测量作业程序图进行控制测量。

⑴施工前平面控制网复测

施工前,现场接收测量控制桩点，办理相关手续。对接收的导线网点和水准基点进行复核测量，并将测量成果报监理工程师和业主方，核实无误批准后，可作为施工用控制点。

⑵平面控制附合导线测设

洞口导线点位埋设使用钢筋（钢筋顶上刻十字线），并用砼固定桩位，点与点之间通视良好，点位布置完毕后，利用接收的导线网点GPS点（已知）作基准点，以三维坐标法，使用全站仪引测附合导线上各点的精确坐标值（并经平差），使用精密水准仪从高等级的2个BM点测定导线上各点准确高程（并经平差）。水平角观测正倒镜六个测回中误差≤±2.5″，每条附合导线长度必须往返观测各三次读数，在允许值内取均值，导线全长闭合差≤±1/30000。

⑶高程控制

利用平面控制点的埋石作为高程控制点，如特殊需要时进行加密，加密的水准点其布置形式也为附合水准线路。采用S1等级水准仪对所接收精密水准点进行复测，往返测量。观测精度符合偶然误差±2mm，全中误差±4mm，往返闭合差≤±8（L为往返测段路线段长，以km计）。两次观测误差超限时重测。当重测结果与原测成果比较不超过限值时，取三次成果的平均值。

2.2.2、施工放样

在模筑施工前，按设计尺寸现场放样出预浇筑段两端的以下几何要素：隧道中线、隧道中线处高程、中线的宽度，以利于台车就位。

2.3风机段拱墙衬砌台车设计

图3风机段衬砌台车

2.4拱墙衬砌

拱墙衬砌施作时间由监控量测来确定，通过监控量测，确认围岩及初期支护已趋于稳定后，可施作二次衬砌。二次衬砌设计为C30防水砼，厚度设计为70cm。

二次衬砌施工时间应符合以下条件：①.隧道周边变形速率明显趋于减缓；②.拱脚附近水平收敛速度＜0.2mm/d或拱顶下沉速度＜0.15mm/d；③.施作二次衬砌前的累计位移值，已达极限相对位移值80%以上；④.初期支护表面的裂隙不再继续发展。位移值与位移速率是以采用收敛计实测数据为依据的，水平收敛与拱顶下沉速度，从安全考虑，是指至少7d的平均值，总位移量可由回归分析计算取得。

拱墙衬砌施工工序如下：

通过测量检查初期支护的断面情况→环向排水板铺设→纵向排水管铺设→土工布、防水板铺设→止水条、止水带安装→测量放样→钢筋安装→预埋件安装→台车定位→测量复核→浇筑混凝土→拆模养生。

2.4.1、通过测量检查初期支护的断面情况

钢筋网等凸出部分，先切断后用锤铆平抹砂浆素灰；锚杆有凸出部位时，螺头顶预留5mm切断后，用塑料帽处理；补喷混凝土使其表面平整圆顺，凹凸量不得超过+5cm。在二次衬砌施工前，我部技术人员对隧道净空进行检查，以确保二次衬砌厚度。对于侵入二次衬砌的初期支护视其大小进行处理。拱脚和墙脚以上1m内断面严禁欠挖。

2.4.2、环向排水板

环向排水板采用高密度聚乙烯凹凸型排水板。环向排水板在初期支护施作完成之后，土工布铺设之前安装，结合施工缝布置。环向排水板纵向间距一般4～5m，并根据地下水发育情况调整。

2.4.3、纵向排水管

纵向排水管在初期支护施作完成之后，土工布铺设之前安装，结合施工缝布置。纵向排水管长约10m一段，两端利用135。弯头后直接接入隧道侧沟，采用HDPEφ107/96打孔波纹管；

纵向排水管按设计规定测量划线，以使排水管位置准确合理，排水管安设的坡度同隧道纵坡。

纵向排水管固定采用铆钉加压条固定。为确保纵向排水盲管安装牢固，施工时采取自制L型螺纹钢筋托起纵向盲管，每间隔3m设置一个，利用钢丝将纵向排水盲管与L型螺纹钢钢筋绑扎牢固

图4纵向排水盲管断面示意图

2.4.4、土工布、防水板铺设

（1）土工布铺设

铺设前隧道内放线定位，确定土工布铺设位置，保证土工布铺设环向在同一里程上，土工布固定采用热熔衬垫及射钉将其固定在喷射混凝土上。热熔衬垫及射钉按梅花形布置，拱部间距0.5～0.8m，边墙0.8～1.0m，底部1.0～1.5m。土工布铺舍要预留一定的松弛度，防止铺设过紧被撕裂或铺设过松形成人为蓄水点。土工布搭接宽度不小于5cm。

衬垫布置图见下图：

（2）防水板铺设

①铺设防水板

先将防水板横向中线与隧道中线对齐重合定位，再由拱顶方向向侧墙方向铺设，铺设时防水板搭接宽度15cm，接缝采用热熔焊接机双焊缝焊接，单条焊缝宽度不小于2cm。

操作程序：

a防水板安装前，对开包后的防水板进行检查，无漏胶、缺损等，如有及时修补。

b铺设防水板时，以防水板的长度方向在隧道环向布置，应边铺边将其与衬垫焊接牢固。

c防水板由拱部向两侧边墙施工，第一环安装完成后，同法安装第二环，第三环，直至该衬砌一个循环段全部安装完成，移动台架，绑扎二衬钢筋。

②防水板焊接

防水板焊接前，进行防水板小样试焊，以初步确定适当的焊接温度及爬焊机行走速度。

两块防水板之间的连接采用搭接焊接，搭接长度15cm。爬焊机采用JIT-810型爬焊机，细部处理和修补采用手持焊枪。焊接前将EVA防水板焊接部位搽拭干净，然后检查电源电压，爬焊机电压（220V）符合要求时，方可给爬焊机接通电。将温度旋钮旋至260℃，打开开关，预热升温，当红指示灯亮后，将速度旋钮旋至1m/min，打开开关，试运转当运转正常后，关闭速度开关。此时将防水板送入爬焊机，摆正位置，用压轮压紧，随即开启速度开关，焊接机自动前进，开始焊接。在焊接过程中，红灯亮，应适当加快焊接速度，绿灯亮，表明焊接正常。待焊完一条焊缝后，松开压轮，关闭温度和速度开关。每焊完每一个循环（4m）要清理爬焊机电烙铁上的粘结物，以保证下一循环焊接质量。

防水板与垫圈焊接采用超声波焊接机，防水板与垫圈焊接牢固。

每次焊接完成后，将爬焊机擦拭干净，并对爬焊机进行检查，爬焊机在不正常情况下不得工作，温度指示灯不亮，可能是电源插头电线脱开，应重新接线。焊接中间透明度不一致，可能压轮不紧，或因皮带轮长时间使用变松所致，应更换压轮旋卡片或者更换皮带轮。

（3）防水板焊接质量检测

铺设后仔细检查，焊接完毕后焊缝焊迹应透明，无杂质，无气泡。表明焊接严密，要确保无纺布和防水板的搭接宽度，并着重检查焊缝焊接质量。

检查内容包括：

①防水板的接头处不得有气泡，褶皱及空隙，接头处应牢固，焊接强度不低于母材，通过抽样试验检测。

②焊接质量检测：焊缝见空腔采用充气法进行检测，将5号注射针与压力表相接，然后进行充气，当压力表达到规定压力（一般为0.25MPa）时停止充气，保持15分钟以上，若压力下降在10%以内，说明焊缝合格；如压力下降过快，说明焊缝不严，须用检测液检查出漏气部位并对漏气部位进行全面的手工补焊，知道不漏气为止。

2.4.5、背贴橡胶止水带、中埋橡胶止水带安装

考虑到风机段衬砌渐变段结构尺寸渐变，施工中采用木模作为衬砌断模板。

止水带的安设工艺：①沿设计衬砌轴线，每隔不大于1.0m钻一直径为φ12mm的钢筋孔；②将制作的钢筋卡，由待灌混凝土侧向另侧传入，内侧卡紧止水带之半，另一半止水带平靠在挡头板上；③待混凝土凝固后拆除挡头板，将止水带靠钢筋拉直、拉平，然后弯钢筋卡套上止水带。

背贴止水带安装时利用衬砌环向钢筋支撑背贴止水带。

2.4.6、测量放样

测出隧道中线和横断面方向，测出拱顶板高和拱脚高度，标出预埋件位置等。

2.4.7、钢筋安装

待防水板安装完成后，进行钢筋的安装，按照设计的间距绑扎主筋，钢筋的接头避免出现在同一断面上，交错设置。衬砌钢架采用连接套筒连接。按设计要求安装好箍筋连接筋。

2.4.8、预埋件安装

隧道的各种预埋件要及时安装，不能遗漏。特别是风机安装预埋钢板。

2.4.9、台车定位

考虑到风机安装段断面尺寸渐变及实际施工需要，采取衬砌台车框架，外部支撑异形钢拱架，外背小块钢模板的方式进行施工。

(1)台车框架在厂家进行定做，刚度及丝杠支拆模系统等均符合施工要求。

(2)台车拼装后的调试

a衬砌台车框架现场拼装完成后，必须在轨道上往返走行3-5次后，再次紧固螺栓，并对部分连接部位加强焊接以提高其整体性。

b检查台车外撑钢拱架尺寸是否准确。

c衬砌前对小钢模板表面采用抛光机进行彻底打磨，清除锈斑，涂油防锈。

台车中间门架结构的净空预留足够的高度及宽度，供其它施工机械通行。门架结构、支撑系统及模板的强度和刚度满足各种荷载的承压，模板台车的外轮廓在灌注混凝土后要保证隧道净空。模板台车墙部作业窗分层交错布置，层高不大于1.5m，每层设置3～4个窗口，其净空为50×50cm，两端设检查孔，并设有相应的混凝土输送管支架或吊架。

10m长风机渐变段衬砌采用12m台车，外背11榀渐变钢拱架，外部安装小钢模板进行施工。

(3)轨道布设

轨道采用铁路P38钢轨，钢轨下铺设枕木，用道钉将钢轨固定在枕木上，枕木间隔每50cm一根，钢轨之间的纵向接头用夹板连接固定。轨道中心线尽可能与隧道中心线重合，偏差控制在±1cm以内。

(4)台车准确定位

台车定位采用五点定位法，即以衬砌圆心为原点建立平面坐标系，通过控制拱部模板中心点、拱部模板同墙部模板的两个铰接点、两墙部模板的底脚点来精确控制台车就位。台车走行至立模位置后，先利用竖向丝杠调整其标高，再利用横向和侧向丝杠调整其平面位置，使模板中心线与隧道中心线重合，并用五点定位法复测台车模板两端断面，拉线检查中部模

板是否翘曲或扭动，直至准确为止。

为避免混凝土浇注过程中台车上浮，采用三个30t的千斤顶在台车前端端部拱顶增设支撑，以防台车上浮造成拱部错台。

2.4.10、测量复核

钢筋完成后，再次测量复核，确认无误后进入下道工序。

2.4.11、立模

外侧采用定制钢模板拼装，安装过程要贴双面胶，确保模板瓶装密贴，防止漏江。封头板的安装要支撑牢固，紧贴开挖面的封头板可能受断面平整度影响出现局部空隙，补块时要注意加固支撑。

2.4.12、浇筑衬砌砼

(1)混凝土灌注

混凝土采用分层、左右侧交替对称浇注，每层浇筑厚度不大于lm。两侧高差控制在50cm以内。浇注过程连续，避免停歇造成“冷缝”，间歇时间超过1.5h则按施工缝处理。

(2)两侧对称灌注更替时间控制

采取混凝土灌注时间和灌注高度两个指标进行双控，即单侧混凝土灌注高度达1m时，必须换管；单侧混凝土灌注间歇时间不超过混凝土的初凝时间，每侧连续灌注时间达70min时，必须换管。

(3)混凝土浇筑

①准备工作

a输送泵在压送混凝土时，有脉冲式振动。为防止泵体因振动引起滑移，施工中无论采用什么型式的混凝土输送泵，都应设置在坚实的平地上，并进行适当的固定。

b操作人员除要做好与机械有关的准备工作外，还要做好直接与混凝土压送有关的准备工作，如检查受料斗与输送管，清除堵塞物，对泵体与混凝土直接接触的部位，如泵室、受料斗、管路等用水洗净或润湿。

c为防止初压送时，混凝土配合比的改变，在正式压送前应用砂浆或水泥浆进行预压送，以润滑泵和输送管内壁。

②混凝土压送

正确的操作方法，合理的配合比，有效的保护，混凝土输送泵的使用寿命会更长。在压送时，操作者应注意：

a开始压送时，首先应使混凝土输送泵低速运转，同时，注意观察泵压（工作压力），当确认可以顺利运转后，才能提高到正常运转速度。

b压送时连续进行，尽量避免中途中断。因此，混凝土在输送管内连续压送时处于运动状态，匀质性好；一旦中断，管内混凝土处于静止状态，混凝土就泌水，混凝土中骨料也会按密度不同而下沉分层。停歇时间越长越容易使混凝土离析，还可能会引发堵管。所以，混凝土压送时，宁可降低压送混凝土速度，也要保证压送的连续性，同时，慢速压送应保证混凝土从搅拌机出机至浇筑的时间不超过1.5小时。如果由于某种技术或组织上的原因，迫使泵送停止时，应每隔5分钟就开泵1次将混凝土泵转动2～3圈。常温下间隔时间不宜大于30～40min。如果预计泵送中断时间超过45分钟，或混凝土发生离析，应立即用压力水或其他方法冲洗管内残留的混凝土。

c混凝土压送中，有计划的停歇应事先确定中断浇注的位置。中断浇注的位置必须是允许留置施工缝的位置。一般情况下，停歇时间应作不宜超过1小时。并且在停歇时间内，为防止混凝土在输送管内离析，离析水量较多及压送困难时，更要进行间歇推动。

d在压送困难，泵压异常，输送管路振动增大的情况下，不可高速压送，应及时慢速压送或作正反转往复推动，并在管路易堵塞的位置，如弯管，锥型管，Y型管等，用木锤敲击，以防堵塞。当已堵塞时，木锤敲击管路，找出堵塞段，在混凝土输送泵卸压后拆卸堵塞管段，取出堵塞物，再进行其余管路的检查，确认通畅后方可接管，重新压送时，应等管路内空气排尽后，才可把拆卸过管段的接头上紧。

③混凝土的浇筑

混凝土泵送软管从模板台车的进料窗口（从最低一级窗口逐渐上移）处注入混凝土。混凝土应对称、分层浇筑，分层捣固。每层浇筑高度不大于50cm，为保证混凝土的密实性，采用高频振捣器振捣。

采用模板台车浇筑钢筋混凝土二衬地段，先绑扎钢筋骨架，然后台车就位，钢筋与模板间的距离（混凝土保护层）、钢筋与防水板间的距离（防止损伤防水板）应进行调整，通过作业窗用支撑、垫块将钢筋固定在其间，边灌注混凝土边拆除支撑。

混凝土运到场后作坍落度检查，泵送混凝土现场坍落度控制14～18cm。

拱部泵送压力不能过大，以防导致模板台车变形，所以拱顶往往会形成月牙状空腔（特别是线路标高较高的一端）。采用在模板台车拱尖处设预留注浆孔措施能达到在二次衬砌背后注浆的目的。当混凝土浇筑面接近顶部（以高于模板台车顶部为界限），进入封顶阶段，为了保证空气能够顺利排除，在堵头的最上端预留两个圆孔，安装排气管，其大小以φ50mm为宜。排气管采用轻质胶管或塑料管，以免沉入混凝土之中。将排气管一端伸入仓内，且尽量靠前，以免被泵管中流出来的混凝土压住堵死，另一端即露出端不宜过长，以便于观察。随着浇筑继续进行，当发现有水（实为混凝土表层的离析水、稀浆）自排气管中流出时（以泵压≤0.5MPa为宜），即说明仓内已完全充满了混凝土，立即停止浇筑混凝土，撤出排气管和泵送软管，并将挡板的圆孔堵死。封顶混凝土按规范严格操作，从内向端模方向灌注，排除空气，保证拱顶灌注厚度和密实。

混凝土泵送到施工面后，浇筑要充分考虑泵送混凝土输送速度快、投料集中，出管口时，混凝土尚有一定冲击的特点。因此，应注意：当混凝土入模时，输送管或布料杆的软管出口应向下，并尽量接近浇筑表面，必要时可以借用溜槽、串筒或挡板，以避免混凝土直接冲击模板和钢筋。

为便于集中浇筑，保证混凝土的捣固质量，要配备足够的操作人员。

2.4.13、脱模养护

在初期支护已稳定地段二衬混凝土强度达到8MPa以上时即可脱模，初期支护未稳定，二次衬砌提前施做时混凝土强度达到设计强度的100％以上。特殊情况下，根据设计、试验及监控量测结果决定拆模时间。

混凝土灌注完毕12h小时后，当湿度不够时，脱模后喷雾洒水养护,养护时间符合验标规定。

3施工质量控制

3.1、混凝土输送管路布置

接头管箍连接牢靠避免爆脱，管路用方木支垫高出地面，穿过台车时管箍不与台车构件直接接触。混凝土输送管路端部设置一根软管，软管管口至浇筑面垂距控制在1.5m以内，以避免混凝土产生离析。

3.2、钢筋保护层厚度保证措施

由于采用泵送混凝土，灌注速度较快，钢筋变形较显著，容易造成拱部钢筋保护层减小，甚至造成露筋。因此要保证拱部混凝土垫块有足够的强度并在灌注过程中注意混凝土灌注速度。

3.3、边墙反弧段混凝土表面气泡的控制

在反弧段施工中为控制混凝土表面气泡，主要采取以下三种措施：

3.3.1掺加优质泵送剂(水泥重量的1％)以改善混凝土性能；

3.3.2严格控制混凝土坍落度；

3.3.3插入式振动器捣固，辅以木锤模外敲振，减少反弧段气泡，有效改善衬砌混凝土表面质量。

3.4、克服混凝土接缝错台的措施

混凝土接缝错台是模筑衬砌外观质量的通病之一，采取以下措施的，使墙面平整度偏差值控制在5mm之内。

3.4.1克服环形接缝处错台措施

为克服环形接缝处错台应采取以下方面的措施：

a台车就位前，将混凝土搭接部位及台车搭接部分表面彻底清理干净，使台车与混凝土表面尽量紧贴；

b加强台车支撑，将所有的支撑全部支撑到位，保证台车整体受力，台车两端边墙部位增加丝杠支撑；

c台车前端端部拱顶增设竖向支撑(采用三个30t的千斤顶)，以防台车上浮造成拱部错台；

d放慢边墙0-3m高部位混凝土的灌注速度(约4小时)和严格控制混凝土坍落度(14cm)；

e及时检查和消除台车两端断面尺寸误差；

f中线和标高准确控制；

g保证台车模板与上一环混凝土的搭接长度10cm。

3.4.2克服台车模板板块拼缝处错台措施

对模板板块拼缝进行焊联并将焊缝打磨平整，形成三块大模板(拱部一块，左右边墙各一块)，以抑制使用过程中模板局部翘曲变形，避免了板块拼缝处错台。

3.4.3控制台车作业窗处错台

作业窗关闭前，必须将窗口边框混凝土浆液残碴清理干净，并用湿抹布擦拭后锁紧压紧卡，并将关闭支点用楔形木塞紧，防止由于作业窗口关闭不严，使窗口部位混凝土表面凹凸不平。

3.5、克服漏浆措施

3.5.1环形接缝处漏浆处置措施：

一是挡头板要厚实，可选用5cm厚木板制作，木模径向安装以适应端部尺寸的不规则性，在台车端部模板板肋处钻眼用槽钢和螺栓固定；二是台车钢模板与上一环混凝土表面的搭接长度10cm，不宜过大，否则搭接处不易密贴造成漏浆；三是在搭接处混凝土表面粘贴海绵条止浆。

3.5.2矮边墙顶面处混凝土接缝浆处置措施：

一是矮边墙顶面与台车模板底边间的空隙用梯形木封堵密贴；二是混凝土开盘前先泵送同级砂浆，砂浆量以矮边墙上平铺2cm为宜，既可保证矮边墙同拱墙混凝土的连接，又可防止模板缝隙漏浆造成混凝土泛砂或暴露骨料。

3.6、克服混凝土表面花纹、颜色不一致的措施

消除冷缝和减少不必要的施工缝。混凝土要分层、左右侧交替对称浇注，浇注过程要连续，避免停歇造成“冷缝”，并控制好两侧对称灌注更替时间控制，避免形成不必要的施工缝。采用专用脱模剂。

3.7、防止和减少二次衬砌开裂主要措施

混凝土加减水剂，可以减少单位水泥和水的用量。

设置防水隔离层。

提高混凝土灌筑工艺和提高业务水平，并加强混凝土震捣和养护，精心施工，以提高混凝土衬砌的施工质量。

在两侧边墙对称分层灌筑混凝土，到拱脚处停止1h左右，待边墙混凝土衬砌下沉稳定后，再灌筑拱部混凝土衬砌。

3.8、二次衬砌有害裂缝处理方法

隧道二衬衬砌结构一旦发现漏水的裂缝将用水泥砂浆等嵌缝和补强。根据裂缝宽度大小，采用不同材料嵌缝：细小裂缝用水泥浆或环氧树脂等涂刷和嵌缝；对较大裂缝，用M10号水泥砂浆或膨胀水泥砂浆嵌缝；对大裂缝（缝宽大于5mm），采用环氧树脂砂浆，或采用压浆、钢筋网喷混凝土等进行补强。

4结论

怀邵衡铁路黄岩隧道（17034m），射流风机安装加宽段总计三段，均采用以上方法施工，施工方法简单，易操作，投资小，速度快，有一定的推广价值。

参考文献：

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[2]中铁一局集团有限公司.铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2008

[3]张进军，大跨度多断面变径隧道衬砌台车设计与应用[J].施工技术：2017

[4]刘谭升，大跨度变截面(燕尾段)衬砌台车设计、制造与应用［J］铁道建筑技术，2008