隧道衬砌技术在水利工程中的应用

2015-12-18罗杰华

水利技术监督 2015年1期

罗杰华，宁健

(江西省水利水电建设有限公司，江西南昌 330025)

水利工程建设关系着国家及人民的共同利益，受其高技术标准的要求，在水利工程建设发展过程中，相关水利技术措施也逐步得到了发展和成熟。实际施工过程中，衬砌技术凭借工艺操作简单、防渗作用强、使用寿命长、支护作用强等特点，被广泛应用于水利工程中的隧道工程、水利渠道中。针对隧道安全问题突出这一现状，国内外广大学者通过理论分析［1～4］、工程经验总结［5］等方法对衬砌技术进行大量深入研究。为了更好地分析水利工程中隧道衬砌技术的应用概况，在资料总结的基础上，对衬砌技术的形式、试用条件、工艺流程及控制方面进行探讨研究，为衬砌技术在水利工程隧道建设中的应用提供理论支持。

1 隧道衬砌结构形式

衬砌简单说来就是内衬，在隧道施工过程中，具体的衬砌形式有整体式模筑混凝土衬砌、装配式衬砌、喷锚支护、复合式衬砌。

整体式模筑混凝土衬砌即在施工现场就地灌筑混凝土衬砌;装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件(构件在现场或工厂预制)，然后将构件运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌;喷锚支护是通过喷射混凝土、加设锚杆、金属网和钢架进行共同支护;复合式衬砌简称“双层衬砌”，分为外衬和内衬两层，其复合形式可以具化为以下几种。

(1)喷锚支护和混凝土衬砌。

(2)喷锚支护和喷射混凝土衬砌。

(3)可缩式钢拱喷射混凝土支护和模筑或喷射混凝土衬砌。

(4)装配式衬砌(管片)和模筑混凝土衬砌等。

需要说明的是，复合衬砌中最通用的是外层采用喷锚支护或轻型管片，内层采用整体式模筑混凝土衬砌。

2 隧道衬砌适用条件

受不同的施工环境条件限制，水利工程施工过程中，宜采用的衬砌形式不同。针对不同地质条件，应采用不同的衬砌形式。

2.1 整体式模筑混凝土衬砌

该衬砌形式适用范围广，易于按需要成型，整体性好，防渗性能强，对地质条件的适用性强。同时，对施工条件的配合度高，可用于木模板、钢模板或衬砌模板台车等。

2.2 装配式衬砌

装配式衬砌目前多用于使用盾构法施工的城市地下隧道工程中，其拼装成环后立即受力，便于机械化施工，可以有效节省工程实际中的劳动力投入。

2.3 喷锚支护

喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。

2.4 复合式衬砌

复合式衬砌采用先后两次支护，对衬砌受力非常有利。围岩在柔度较大的外层支护影响下，产生较大形变，变形能在很大程度上被释放，进而使后设的内层衬砌减小受力，内层衬砌又会对外层支护产生径向抗力，从而改善外层支护的受力条件。在内、外衬砌的共同作用下，隧道表面光洁，通风和防水性得到显著提高。

总之，复合式衬砌是一种较为合理的结构形式是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件，有其广阔的发展前景，但这种衬砌的缺点是造价较高，施工比较复杂。

3 隧道衬砌工程实例

不同施工环境下，采用的衬砌技术不同，现以塔石岭隧道衬砌工程为例，对相关衬砌技术进行介绍。

某隧道右线起讫里程为:K104+895～K106+000，全长1105m。进口 RK104+895～RK105+935.206位于缓和曲线上，RK104+935.206～RK106+000位于直线上，隧道路面采用人字纵坡，上坡0.6%，下坡－0.8%。隧道穿越低山丘陵，山体坡陡，相对高差260m，主要岩性为晶屑溶结凝灰岩，水文地质主要为基岩裂隙水，水量贫乏。根据现场条件及设计，采用锚喷支护和二次衬砌相结合的形式(由于二、三类围岩初期支护工作已完成，且变形基本稳定)，其中二次衬砌采用C30混凝土(抗渗S10)进行浇筑。

实际施工过程中，施工技术要点如下。

(1)洞身衬砌时，先做仰拱，后施工边墙及拱圈。

(2)使用强制性搅拌机进行混凝土的搅拌，且时间≥2min。

(3)在初期支护及二次衬砌间设置防排水层，施工过程中确保防水层与喷层基本密贴。

(4)为确保衬砌的连续性及衬砌质量，采用长10m的台车。

(5)混凝土拆模时间拟定为:二、三类围岩必须达到混凝土设计强度的75%，四类围岩则需达到70%。

(6)边墙的扩大基础部分及仰拱的拱座与边墙一次性完工。

4 衬砌施工工艺

通过上述具体隧道施工实例分析可知，水利工程隧道施工过程中，衬砌的施工要严格按照标准，且结合实际施工环境进行，但整体而言，隧道衬砌施工过程的具体施工工艺流程如下。

(1)检测:衬砌前，检查开挖断面是否符合设计要求。

(2)总体方法:隧道拱墙衬砌在围岩及初期支护变形基本稳定后进行。隧道二次衬砌采用10m左右衬砌台车，整体浇筑;特殊地段(如锚段、风机段)采用台架和组合钢模板衬砌。

(3)钢筋制安:钢筋混凝土衬砌地段，钢筋在洞外成型后送至洞内绑扎或拼装焊接。

(4)衬砌台车定位:施工前准确进行衬砌台车定位，保证衬砌台车中线与隧道中线一致，拱墙模板成型后固定，测量复核无误;然后清理基底杂物、积水和浮碴，装设挡头模板，按设计要求装设止水带，并自检防水系统设置情况。

(5)混凝土浇筑:各隐蔽工程验收合格后，开盘浇筑混凝土，灌注混凝土应自下而上、先墙后拱、对称浇筑，且分三班制进行连续施工，浇注混凝土因故中断时，在初凝前将接缝处的混凝土振实，并插上拉结筋，使缝面有一个合理的、均匀稳定的坡度。在重新浇注混凝土前，先凿除已硬化的前层混凝土表面的松软层和浮浆，并将表面凿毛，用压力水冲洗干净。

(6)拱顶衬砌混凝土施工:混凝土泵送软管从模板台车的进料窗口处注入混凝土，当混凝土浇筑面接近模板台车顶部时，进入封顶阶段，为保证空气顺利排出，在堵头的最上端预留两个圆孔，安装排气管(φ50mm为宜)，排气管一端伸入仓内前部，另一端(露出端)则不宜过长，以便观察。

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)，混凝土充满仓内，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。

施工过程中，要落实三级检查签认制度，并配备相应的无损检测仪器(地质雷达)进行检测，保证施工质量。水利工程中隧道衬砌施工流程图如图1所示。