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1、连拱隧道施工方法及防治水新技术中铁十一局集团四公司 王毕【摘 要】 连拱隧道在中短隧道建设中经常被采用，但因跨度较大，施工较复杂，容易产生一些质量病害。根据瑞赣告诉公路白鹅隧道施工实践经验对连拱隧道的施工方法及渗漏水的整治提出了一些具体的意见及建议。【关键词】 连拱隧道 施工方法 防治水 可排水止水带 无接头安装工艺1 前 言 随着我国经济的发展以及环保意识的增强，道路交通建设中特别是高速公路采用隧道方案越来越多，出现了较多的连拱隧道。鉴于施工技术复杂和造价较高，连拱隧道一般只用于短隧道。与隧道分修即分离式路基方案相比，连拱隧道方案具有土地占用少、环境污染小、植被保护好、减少路线总长度，节约总
2、投资的优点，同时线路条件较好。2 工程概况 瑞赣高速公路白鹅隧道是一座四车道复合式中墙连拱隧道，位于江西省会昌县白鹅乡，隧道起讫桩号K60+125-K60+335，长210m。全隧净宽21.5m，净高5.0m。隧道基岩主要是燕山早期第一阶段中粗粒花岗岩，出口端地形不对称，易产生偏压，地下水不发育；地质及水文条件均单一。 隧道为连拱结构形式，跨度大、施工工艺复杂、工序繁多、施工干扰大等是其主要特点；另外，出洞口全风化层较厚，结构松散，级别高，易坍塌，浅埋偏压的不利条件也给施工带来困难。3 隧道设计3.1 净空、衬砌及路面全隧净宽21.5m、净高5.Om，内轮廓采用曲墙半圆拱。隧道外侧检修道下设置
3、电缆沟，路面外缘及中墙两侧设置排水沟。结构形式如图1。图1.隧道结构型式简图隧道进口设计为削竹环框式洞门，出口为端墙式洞门；洞口明挖段设置明洞衬砌，洞口段施工采用超前长管棚预支护措施。洞身采用复合式衬砌，其支护参数见表1。隧道内设水泥混凝土路面，路面板厚26cm。表1.复合衬砌支护参数表支护型式支护参数及措施III类围岩IV类围岩V类围岩超前支护无超前锚杆超前长管棚初期支护22药卷锚杆，长3m，8钢筋网双层，间距2020， C25喷射混凝土厚1522药卷锚杆，长3m，8钢筋网双层，间距2020，16工字钢间距100，C25喷射混凝土厚2322砂浆锚杆，长3.5m，8钢筋网双层，间距2020，1
4、8工字钢间距50，C25喷射混凝土厚25二次衬砌C25混凝土40厚C25混凝土45厚C25混凝土50厚3.2 导坑和中隔墙 设计采用中导坑及中墙先行的方法。导坑均采用锚、网、喷及钢架临时支护，中隔墙均为钢筋混凝土结构，其基底设置了砂浆锚杆，以提高其稳定性。3.3 防排水设计 隧道防排水遵循“以排为主，堵排结合，因地制宜，综合治理”的原则，在洞内外设置了完整、严密的防排水系统，确保隧道建成后达到规定的防水要求，保证结构和设备的正常使用和行车安全。具体措施有：在初期支护和二次衬砌之间设置由50HDPE透水双向盲沟、沟槽式排水板、土工布、PVC防水板组成的防排水层，作为第一道防水措施，防水板设置范围
5、为自拱部至边墙下部引水管；拱部及边墙衬砌采用不低于S8级的防水混凝土，作为第二道防水措施；二次衬砌变形缝采用中埋式橡胶止水带，环向施工缝、纵向施工缝(拱部与中隔墙)采用遇水膨胀止水条；针对不同阶段的渗漏水，在衬砌背后洞身环向设置软式透水管，将水汇集至墙脚背后的纵向集水管(PVC管)，并经横向引水管引入侧沟排出洞外；中隔墙顶部汇水采用通长预埋塑料盲沟通过竖向PVC排水管引入侧沟；路面板下渗水采用纵横向塑料盲沟引入侧沟排出洞外；进出口洞顶设置天沟以拦截地表水。4 施工技术4.1 施工工序 大跨连拱隧道施工一般采用导坑先行的减跨原则，但由此也带来洞室经多次开挖引起应力频繁地重分布、荷载变化大、工序烦
6、琐。尤其两隧洞相距较近时，由于两隧洞相互作用，相邻侧的应力明显大于相反侧的应力，这使得选择合理的施工顺序减少应力变化，保证连拱隧道中墙的稳定至关重要。为此，隧道施工采用中导坑单侧先行台阶法施工，如图2示。在洞口段施工完成后，先进行中导坑开挖及中墙施工，中墙顶及侧边回填后开挖左洞，右侧主洞开挖面应滞后于左洞20m30m。在二次衬砌混凝土施作前注意防水层、排水管和预埋管件以及预留洞室的设置。图2.隧道施工工序图4.2 施工方法 本隧道总体上采用先施工中导洞和浇筑中墙混凝土，再进行单线断面施工，初期支护和二次衬砌紧跟的支护原则。 导坑均采用微台阶法施工。土质地段上部采用人工开挖，下部采用挖掘机挖运；
7、石质地段采用控制爆破。为防止荷载重分布造成中墙偏压倾斜及“群洞效应”对中导坑产生附加荷载，导致较大变形，中墙侧边回填后再设地梁横撑和顶部斜撑。 正洞施工根据不同地质条件采用弧形导坑或台阶法开挖，拱部开挖支护一次成型，初期支护严格按照设计施作，对地质条件变化地段及时提出设计变更，修改支护参数。为减少开挖爆破作业对初期支护及二次衬砌结构的影响，采取了以下几个措施： 采用微震控制爆破技术，单段装药量控制在3kg以下，周边眼间距控制在50cm内； 控制爆破进尺，一次掘进长度控制在0.8m左右，并采取分部爆破； 在二衬混凝土施工过程及终凝前禁止施工爆破作业； 在爆破时将防水板翻卷，用木板遮挡，保证防水板
8、完好无损。5 防水技术 由于连拱隧道纵环向施工缝较多，结构复杂，故成为防水施工的薄弱环节。防水施工遵循“以防为主、防排结合、因地制宜、综合治理”的原则进行。 5.1 抹光表层喷射混凝土，保护防水层 在隧道复合式衬砌中设置防水层是目前山岭隧道防水技术的核心，保证防水层的完好对隧道的长期防水效果有着至关重要的影响。防水层由防水板与土工布组成，防水层的损伤主要是防水板的损伤。5.1.1防水层损伤原因 防水层在服务期间，一侧是喷射混凝土，另一侧是二次衬砌混凝土。两侧虽然同是混凝土，但由于施工方法的不同，它们与防水层相邻表面的粗糙程度大不相同。喷射混凝土表面十分粗糙，局部还会呈葡萄状与泼粥状，而二次衬砌
9、混凝土与防水层的接触面相当光滑。隧道建成后，由于隧道围岩的流变而使围岩内的应力与位移逐渐调整。二次衬砌为人工结构，其整体性较好并相对来说变形很小。由于喷射混凝土与二次衬砌间的变形不协调，在局部，喷射混凝土会对二次衬砌施加极大的压力。当然，介于两个承载结构之间的防水层也要承受极大的压力。在围岩应力重分布过程中，喷射混凝土与二次衬砌之间还可能出现相对错动；另外，二次衬砌还会因季节变化出现纵向伸缩，也会引发二次衬砌与喷射混凝土之间出现相对错动。这些错动会使防水层承受较大的剪力。不论是两承载结构之间的压力还是其间的剪力，都会在应力值达到一定限度时，因喷射混凝土表面的粗糙不平，导致防水板损伤。5.1.2
10、 防水层保护 防水层在长期服务过程中会受压受剪，它们均会对防水层造成一定的损伤。保护防水层免遭损伤的途径主要有两条：一是降低喷射混凝土表面的粗糙度，二是增加防水板垫层的厚度。具体做法： （1）喷射混凝土的表面用砂浆罩面。砂浆层可用喷射机喷射，也可用人工抹压，或两者结合，使防水层铺设基面平整光滑。 （2）喷射混凝土的表面用卵石作粗集料。当用卵石作粗集料喷射表层混凝土时，应在初凝前由人工或用机械压抹，使表面平整光滑。 5.2 可排水止水带预防施工缝渗漏 5.2.1施工缝渗漏原因 施工缝有环向与水平之分，其中环向施工缝不可避免，数量多；水平施工缝在特殊情况下出现，数量少，但处理困难。目前，工程上常用
11、的衬砌环向施工缝防水构造主要有两种，一是衬砌厚度的中部沿环向设置内置式止水带（图3）；二是在同样的位置设置遇水膨胀橡胶条。两种构造的防水效果均不甚理想，其主要原因如下。 （1）渗水下排不畅 图3 现行的施工缝防水构造衬砌施工缝渗水下排不畅有两种情况，一是沿施工缝环向下排不畅，二是施工缝下部下排不畅。在衬砌基础以上，穿过防水板的渗水常向施工缝汇聚。施工缝虽然具有一定的宽度和一定的渗水下排能力，但此排水能力往往较小，不能满足渗水的下排要求。在全断面一次衬砌情况下，衬砌基础总是先于衬砌施工。衬砌基础施工的分段位置往往与上部衬砌的分段位置不重合，因此，常常在衬砌施工缝的下部没有与隧道排水系统相连通的衬
12、砌基础施工缝，从而引发渗漏。（2）止水带、膨胀橡胶条周围不密实 造成止水带周围不密实的原因主要是混凝土的干缩和端头模板漏浆。前者在混凝土浇筑时，混合料与止水带虽然紧密接触，但在混凝土凝结硬化过程中，混凝土会产生一定量的干缩，使止水带与其周围混凝土的界面出现间隙，此间隙便为渗水提供了外渗的通道。特别是在止水带固定钢筋的周围，这种间隙更大，渗水更容易绕过止水带。后者则由于衬砌端头模板构造复杂，端头模板在止水带两侧不够严密，混凝土浇注时容易漏浆，使止水带周围混凝土不密实，导致隧道建成后渗水绕过止水带从混凝土中渗出。5.2.2可排水止水带可排水复合橡胶止水带是能对环向施工缝中的渗水进行先排后堵的新型止
13、水带。它由绕道、翼缘、膨胀橡胶条和止浆滤水带组成（图4），其中绕道和翼缘构成止水带主体，止浆滤水带粘贴在翼缘上并与绕道形成排水通道。 图4可排水止水带及其设置可排水复合橡胶止水带为内置式止水带，设置在衬砌厚度的中间，横断衬砌环向施工缝。当环向施工缝内出现渗水时，渗水沿环向施工缝流至止浆滤水带，由于止浆滤水带可透水，渗水很容易进入排水通道，并由其排入隧道的排水系统。如果部分渗水在穿越止浆滤水带时沿止水带与混凝土之间的间隙横向流动，则会遇到粘贴在止水带翼缘上的遇水膨胀橡胶条的阻挡，遇水膨胀橡胶条遇水后膨胀，使止水带翼缘与混凝土之间的间隙密实，渗水沿横向流动阻力增大，从而提高了止水带的止水能力。5.
14、2.3 环向施工缝下部排水构造 为了使可排水复合橡胶止水带的下排水顺畅流入隧道的排水系统，衬砌环向施工缝下部必须有相应的排水构造（图5）。在衬砌基础内，每道环向施工缝的下方设置一条弹簧排水管，弹簧排水管的下端与纵向排水盲管相通，上端弯折在止水带安装槽内。当止水带下端与弹簧排水管接通后，止水带内的下排水就会顺利流入隧道的纵向排水盲管，并由其排出。从而可实现止水带的无压止水。 图5衬砌环向施工缝下部排水构造 5.3 止水带无接头安装工艺5.3.1 传统施工工艺目前在隧道施工中止水带的设置方法是：先将每道环向施工缝的止水带截成两节或三节；然后在浇注衬砌基础时，在两侧衬砌环向施工缝位置各预埋一节止水带
15、，并将外露部分顺着隧道边墙放置；最后，在架设衬砌段模板时，将该道环向施工缝的两节或三节止水带相互搭接（图6）。这样便在衬砌环向施工缝的止水带上出现了接头。如果止水带接头能够严密结合，则渗水将不易直接穿越止水带。事实上，目前工程上使用的止水带多为橡胶止水带，其横断面常有复杂的造型，即使在止水带生产厂家的试验室内也不易将其严密结合。一些工程施工中经常对接头不加整形打磨便象征性地涂以某种胶进行胶合，其粘结效果甚差。更多的工程在施工中将止水带在接头处直接搭接，接头的水密性无从可言。因此，环向施工缝止水带接头不严是目前隧道渗漏的原因之一。 a)三节止水带搭接；b）两节止水带搭接图6止水带传统安装方法5.
16、3.2 止水带无接头安装工艺 止水带无接头安装工艺与传统的止水带安装工艺不同，它事先在衬砌基础内按环向施工缝的间距预留了止水带安装槽。安装止水带时，先通条将上部止水带用钢筋固定在衬砌混凝土的端头模板上，止水带下端插入预留的安装槽内，并使可排水复合橡胶止水带的排水孔与下部的弹簧排水管连通。然后用防水混凝土固定植入在安装槽内的止水带。最后浇注衬砌混凝土（图7）。这样，在衬砌混凝土施工结束后，每条止水带的中间均无接头，并且每条环向施工缝上都有一道通向隧道排水系统的排水孔。 图7衬砌基础上预止水带安装槽6.结束语 通过本工程的施工实践，有以下几点体会，供设计施工借鉴参考。6.1 保证中墙稳定是建成连拱隧道的关键基础 连拱隧道周边荷载通过拱部结构传递到中墙，使中墙集中受力。施工中必须有足够的措施，保证中墙不偏移、不倾斜、不发生不均匀沉降。必要时对中墙基础进行地基改良处理，提高地基承载力。6.2 隧道渗漏水的防治直接影响隧道的使用年限渗漏水是隧道的常见病害，只有科学设计，合理选材和精心施工，才能避免隧道渗漏水的发生。本文在试验、分析的基础上，提出了三项隧道渗漏水防治技术与措施： （1） 抹光表层喷射混凝土，保护防水层长期完好； （2） 可排水止水带预防施工缝渗漏水； （3） 止水带无接头施工工艺。