隧道衬砌施工质量影响因素及控制方法

内容提要：本文结合后云台山隧道二次衬砌工程的施工，综合分析了影响衬砌施工进度与质量的主要原因：①超欠挖处理、②防水施工、③混凝土施工常见病害等。总结了针对上述问题所采取的应对处理措施，可为以后类似工程的施工提供参考。

    关键词：后云台山隧道    超欠挖处理    防水施工    施工质量

1   引言

    二次衬砌是隧道施工工程的重要环节，二次衬砌混凝土结构要求安全稳定，不渗不漏，内实外美，无麻面、蜂窝、孔洞，工程质量要求较高。后云台山隧道衬砌采用全液压大模板整体式衬砌台车，台车长度为12m。单模衬砌长度较长，跨度大，工程质量要求标准高，给衬砌施工增加了一定的难度。

2   工程概况 

后云台山隧道为连云港东疏港高速公路工程的控制性工程，位于连云港市老港区以东约500m处，即在841隧道东侧。后云台山隧道左线长3745m，右线长3730m，隧道最大埋深393m，属特长隧道。隧道最大开挖断面宽度达16.54m，衬砌断面宽度15.74m，高度7.9m，属宽大隧道。 隧道采用复合式衬砌，最大衬砌厚度60cm，最小衬砌厚度40cm。

后云台山隧道采用进出口双向同时掘进，二次衬砌自2009年2月开始施工，衬砌施工时隧道出口右线已累计掘进812m，左线累计掘进876m。掌子面距离衬砌较远，增加了安全隐患，同时衬砌也成为了工程工期控制的决定性工序。在工期紧、任务重、工程质量标准要求高的形势下，寻求一种高效的，保质保量的施工方法成为了后云台山隧道衬砌施工的重点。

3   施工质量影响因素和控制方法

3.1 超欠挖处理

在隧道爆破施工过程中，由于岩性、周边眼外插角及装药量控制不同等原因，超欠挖成为了隧道爆破施工中不可避免的现象。超欠挖的存在势必影响后期二次衬砌的施工进度，超挖会增加二次衬砌混凝土方量，浪费原材料且增加了衬砌施工时间，影响施工进度。欠挖时，混凝土衬砌厚度达不到设计及规范要求，直接影响衬砌施工质量，增加质量及安全隐患，且欠挖经处理后又变成超挖。因此，在二次衬砌施工前应全面检查初期支护断面轮廓，及时掌握超欠挖情况进行针对性处理，避免衬砌台车盲目就位后才发现欠挖等情况发生。在后云台山隧道衬砌施工过程中，我们采取了超前测量初期支护轮廓的方法，即提前测量断面，一般每5m测量一断面，局部鼓包部位与预埋件安装部位加密量测。发现欠挖之处提前处理，一是不影响后续衬砌施，二是避免处理欠挖时爆破对已施工二衬及防水板的破坏。断面超欠挖测量图见图1所示。

图1  断面超欠挖测量图

3.2 防水施工

防水是隧道施工的重难点工程，在后云台山隧道衬砌施工过程中我们遵循“防、截、排、堵相结合，因地制宜、综合治理”的原则，以混凝土结构自防水为主，形成完整的防排水体系，使隧道防水可靠，排水通畅，达到基本干燥要求，保证结构的正常使用和行车安全。

明水处理，在洞内局部渗漏水严重地段，以排为主，即通过安装软式透水管将渗漏水引至拱脚纵向排水管内有效的防止了渗水的漫流。无明显渗漏水地段，导水盲管按设计每10m一道均匀布置。导水盲管安装布置图见图2所示。隧道全断面铺挂EVA复合式防水卷材，防水卷材采用双焊缝搭接，手动专用熔接器热熔焊接，其焊接温度和速度应根据材质由试验确定。焊接方式见图2。检查时用微型自动调压空压机打气加压至0.2Mpa，保持5分钟压力不少于0.16Mpa即为合格。

图2  导水盲管布置图

图3  防水板连接示意图

根据隧道施工完成后，渗漏水情况分析，衬砌渗漏水部位大部分出现在衬砌施工缝与变形缝部位，故施工缝与变形缝防水为防水施工的重中之中。后云台山隧道衬砌施工中对施工缝与变形缝的防水处理措施为采用背贴式止水带与中埋式止水带双层止水。处理措施图见图4所示。

图4  施工缝与变形缝止水措施图

    显然，止水带的施工质量是施工缝防水施工成败的关键，这就要求：①背贴式止水带要与防水板紧密相贴，②中埋式止水带尽量位于二衬断头中间部位。现场施工中，背贴式止水带较易施工，采用强力胶粘贴在防水板上即可，而中埋式钢边橡胶止水带受端头模影响，施工极为困难，若不采取有效施工方法，中埋式钢边橡胶止水带施工既费时又无法保证安装质量。

原设计中中埋式止水带安装工艺为：在模筑混凝土空间内安装定位钢筋（图5所示），预先加工钢筋卡（图5所示），定位钢筋沿环向每隔40cm设一道，钢筋卡与定位钢筋用铁丝绑扎，止水带与钢筋卡用铁丝绑扎，施工时先将钢筋卡弯成90°，然后将钢筋卡固定在定位钢筋上（止水带在钢筋卡中），安装堵头模板，浇筑混凝土施工。待混凝土达到一定强度后拆除堵头板，调直钢筋卡，移动台车为下模衬砌做施工准备。安装工艺流程见图5所示。

图5  原设计中埋式止水带安装示意图

实际现场施工时发现，采用原设计施工极为困难。在有钢筋衬砌段，钢筋卡可以直接固定在衬砌钢筋上（用铁丝绑扎在衬砌箍筋上即可），完全可省去定位钢筋，这样既可节省材料又加快了施工进度。在Ⅱ级，Ⅲ级围岩等无衬砌钢筋段，定位钢筋没有固定物可以固定，钢筋卡也就无处可放，此时原设计施工工艺流程不再适用。

为较好的固定中埋式止水带，使之与模筑混凝土连接密实且位于衬砌厚度中间，真正起到防水止水作用。在施工中我们采用了如下方法：

①预先加工钢筋卡，型号为φ8钢筋，形状尺寸如图6所示。

②在地面上将中埋式止水带折叠成近乎90°角,用铁丝间隔绑扎固定。

③将止水带整体提升至安装位置，间隔安装堵头板，间距大致为4m。早期安装的堵头板一方面可以支撑住背贴式止水带，防止其垂落，另一方面可以为中埋式止水带提供固定支撑体。将止水带用预先加工的钢筋卡套牢，在堵头模板上刻槽或利用相邻两块模板的间隙固定钢筋卡，同时可截断束缚止水带的铁丝，使之形成图6所示状态。全断面安装堵头模板，紧固丝杠，准备浇筑混凝土。

④待混凝土达到一定强度后，拆除堵头模板，调平止水带，用钢筋卡固定，移动衬砌台车，为下模混凝土施工做准备。

图6  现场施工中埋式止水带安装示意图

3.3 混凝土施工中出现的问题及处理措施

(1)蜂窝、麻面、气泡现象。

蜂窝：混凝土结构局部出现酥松、砂浆少、石子多、石子之间形成空隙类似蜂窝状的窟窿。

麻面：混凝土局部表面出现缺浆和许多小凹坑、麻点，形成租糙面。  

原因分析：混凝土搅拌时间短，加水量不准，和易性差，塌落度控制不合适，形成蜂窝。混凝土浇灌没有严格分层浇灌，下料不当，造成混凝土离析，因而出现蜂窝麻面。弧形段衬砌表面气泡是因混凝土在捣固过程中，浆液水泡上浮，附着在模板表面上，又不能及时排出而形成的。

处理措施：严格控制施工配合比，增加混凝土搅拌时间。浇筑时按照窗口分层交替浇筑，控制混凝土下料高度，分层振捣，做到不漏振不过振。弧形段衬砌表面气泡的防治，首先，严禁在泵车外加注水。水灰比是强度的重要保证要素，过多的自由水是引起麻面、水泡、气泡等缺陷的主要原因。因此，应严格按试验室签发的施工配合比进行搅拌施工，严禁在泵车外加生水，如混凝土塌落度不合适确需调整，可通过增加适量减水剂的方法解决。其次，加强振捣，在窗口内振动棒振捣不道的部位，可通过适当振捣模板的方法将附着在模板表面的气泡排出，减少蜂窝的出现。

(2)小边墙底部错台、烂根现象，小边墙上部出现砂溜。

前期施工的小边墙与二衬混凝土接触部位不能平滑的衔接，有小的错台，连接部位有漏浆现象出现。

原因分析：错台、烂根现象的出现是由于台车模板与小边墙接触不紧密，有漏浆现象发生，砂溜的出现是因为漏浆造成小边墙上部水泥浆流失，细砂外露。

处理措施：对于小边墙根部漏浆现象，我们采取在台车与小边墙接触部位粘贴双面胶的方式，得到了很好的解决。由于台车与小边墙的接触属于是线接触而非面接触，所以在使用双面胶控制漏浆的同时也要注意紧固丝杠，使两者衔接紧固，避免错台出现。

(3)前后两模二衬混凝土间出现小的错台。

原因分析：利用台车进行二次衬砌施工，容易出现衬砌环接缝处错台，衬砌环接缝处产生错台的原因很多主要有以下几方面：第一，台车在使用过程中产生变形，造成前、后端断面局部尺寸不一致，最终造成衬砌施工时出现前后段的错台。其次，台车支撑刚度不够，在混凝土压力作用下致使台车模板向内收敛变形，造成衬砌环接缝错台。

处理措施：对于错台的预防处理措施，即在台车就位前，将混凝土与台车搭接部位表面彻底清理干净，使台车与混凝土表面尽量紧贴，在浇筑混凝土之前，将所有的支撑丝杠全部紧固到位，保证台车整体受力。在混凝土浇筑过程中，经常检查丝杠的紧固程度，发现有松弛的丝杠及时紧固，保持台车模板的整体稳定性。检查台车前后断面尺寸，及时消除制造误差，中线位置要求准确设定，使台车中线与隧道中线尽量保持一致。在混凝土浇筑过程中放慢台车底部高3m内的混凝土灌注速度并控制混凝土塌落度在16cm以内。

(4)施工冷缝的出现。

原因分析：施工冷缝的出现是由于混凝土浇筑过程中，间隔时间过长，混凝土有初凝现象产生，使得先后两层混凝土不能衔接密实，出现冷缝。

处理措施：施工冷缝是相接的两层混凝土间隔时间过长引起的，在施工中，只要保证混凝土供应速度，台车两侧对称浇灌，施工冷缝即可很好的避免。

4   结束语

后云台山隧道二次衬砌工程工期紧、任务重，工程质量要求高。在前期施工中，遇到了上述一些问题，但很快就得了处理与解决，确保了施工进度与质量。通过本工程实践的积累与总结，可为以后类似工程的施工分享经验提供参考。

参考文献：

[1] 地下防水工程质量验收规范（GB 50208—2002）

[2] 王林成。秦岭1号隧道二次衬砌施工技术[J].山西建筑，2007，33（8），297-298.