隧道二次衬砌混凝土施工技术要点

　　摘要:介绍了隧道二次衬砌的作用，从施工方法、施工时间、混凝土施工等方面，对隧道二次衬砌混凝土施工要点进行了详细论述，并总结了其施工注意事项，最后对混凝土裂缝的防治提出了相关建议。
　　关键词:隧道工程，二次衬砌，混凝土施工
　　1隧道二次衬砌的作用
　　相比于初衬结构，隧道二衬对工程质量影响更大，其作用因围岩级别不同而存在差异。对于一级稳定围岩，由于其结构较为稳定，施工过程中初衬结构与围岩变形系数较小，此时二衬则以隧道防水、安全储备以及美化外观为主要作用，基本不用承受围岩压力;对于二级硬质围岩，虽然初衬结构与围岩变形系数同样较小，并且也无需承受较大围岩压力，但在具体施工中出于锚杆钢筋锈蚀的考虑，容易导致初衬结构稳定性较差，因此该类围岩中隧道二衬以提升支护衬砌的安全性为主要目的。
　　2隧道二次衬砌混凝土施工要点
　　2．1施工方法
　　根据工程实际与经典支护理论，隧道二衬施工是以初衬支护为基础，施工技术表现复杂。对于二衬混凝土施工，由于其前提是初衬结构已趋于稳定，因此混凝土浇筑通常采用顺作法(即由下至上、先墙后拱)连续灌注。
　　2．2施工时间
　　作为隧道二衬混凝土施工的重要参数，施工时间的确定对工程整体质量影响重大。通常情况下，二衬混凝土施工应在锚喷支护(初衬)与围岩变形基本稳定后实施，而喷锚支护与围岩稳定的判定需满足3个条件:
　　1)围岩变形速率减缓趋势明显;
　　2)拱脚附近水平收敛量应小于0．2mm/d;
　　3)已产生位移至少达到80%总位移量。其中，位移速率与位移量是以械式收敛计实测数据为依据，同时基于安全性考虑，拱顶下沉速度与水平位移应为不少于7d的实测平均值，而利用回归分析法则可计算出总位移量。
　　2．3混凝土施工
　　1)仰拱混凝土。基于混凝土流动性与密实度的保证，隧道仰拱施工宜使用坍落度为120mm 140mm的混凝土，并且采用插入式振捣器振捣，其过程应防止对背贴式止水带和防水层造成破坏。作为非承重结构，仰拱混凝土浇筑完成在强度达到2．5MPa时便可拆模，覆盖洒水养护时间不得少于14d(有防水要求)。
　　2)拱墙混凝土。拱墙混凝土坍落度宜为140mm 160mm之间，采用粒径为5mm 20mm级配良好的碎石作为粗集料，中砂为细集料。拱墙混凝土施工应由下至上分层(分层厚度不大于400mm)对称浇筑，采用平板式与插入式振捣器组合的方式实施振捣，同时为保证混凝土接缝质量和便于排气，浇筑作业应从施工段开始。混凝土浇筑过程中应控制好放料、停料及振捣时机，尤其以混凝土泵满后刹尖停泵时机为重点控制，不得强行泵送，以防将模板台车压垮。
　　3)拱顶混凝土。拱顶混凝土的施工，混凝土通过泵送软管(泵送压力不宜大于0．5MPa)由模板台车的进料窗口由低至高逐级注入，当混凝土浇筑面接近顶部时，实施封顶处理，同时在堵头上端安装两个?50mm的排气管(采用胶管或塑料管等轻质管，以防沉入混凝土中)，以确保仓内空气可以顺利排除。混凝土浇筑过程中，当发现排气管中有水(实为混凝土表层稀浆或离析水)流出时，即已表明灌注饱满，此时立即停止泵送作业并撤出泵送软管与排气管，最后堵死圆孔即可。混凝土封顶过程中，为便于空气排除，提升灌注密实度，应尽量从内向端模方向实施灌注。
　　2．4回填压浆
　　一般情况下，隧道二衬结构背后回填注浆应在二衬混凝土强度达到80%后进行，注浆材料采用1 1水泥净浆，注浆压力在0．05MPa 0．1MPa之间，终压宜为0．2MPa。纵向注浆管宜采用管径为20mm 42mm的PE管(聚乙烯管)，纵向间距结合施工缝位置按3m 5m控制，在防水板敷设完成后胶粘于拱顶模筑衬砌外缘、防水板内侧，两端分别连接于事先预设的镀锌钢管(管径根据注浆管管径确定)注浆口。同时为便于连接，镀锌钢管注浆口相对衬砌内缘应外露30mm 50mm。注浆完成后对于局部空洞部位应采用无损检测手段(如探地雷达)检测出来后进行个别钻孔压浆。
　　3隧道二次衬砌混凝土施工注意事项
　　3．1混凝土收缩
　　混凝土收缩分为干收缩与自收缩两种形式，其主要病害是使隧道二衬结构因开裂而出现渗水现象。干收缩是指混凝土停止养护后，处于干燥或高温环境中的混凝土结构因内部毛细孔和混胶孔吸附水的丧失而引起的体积收缩现象;而自收缩则是在恒温绝湿条件下，混凝土因胶凝材料(如水泥、粉煤灰等)水化作用所造成的自身收缩现象，二者均会不同程度的引发混凝土结构裂缝的出现。研究表明:当混凝土中W/C(水灰比) 0．35时，干收缩与自收缩程度基本相同;而当W/C 0．5时，混凝土以干收缩为主，自收缩则可忽略不计。故此，对于隧道二衬结构裂缝的防治，施工过程中应以混凝土干收缩(所占比例较大)为重点控制。混凝土干收缩为不可逆收缩，其对结构开裂影响严重。在混凝土环境湿度降低情况下，毛细管水因蒸发作用而使临界半径减小，管道负压增大，从而造成混凝土因管壁压应力产生而发生收缩。由于隧道二衬施工大多采用大流动性泵送混凝土，浇筑完成后早期含水量较大且失水较快，而此时混凝土强度极低，如若养护不及时，极易因毛细管负压迅速增加而出现开裂现象，这也是隧道二衬结构通常在拆模后出现裂缝的原因所在，因此，加强养护措施对于隧道二衬结构裂缝的控制极为重要。此外，混凝土干收缩程度还与其配合比密切相关，水泥用量大、水灰比较高、砂率较大时，均可加大混凝土收缩量，当然，混凝土徐变也会随之变化并对其变形性能产生影响，从某种程度而言，混凝土徐变的增加对其收缩危害具有一定的缓解作用。但需注意的是，混凝土收缩与徐变的影响因素并非完全一致，当混凝土水泥用量增加时，收缩增加而徐变减小，这将使混凝土开裂机率极大的提升。
　　3．2混凝土温裂
　　温度对混凝土的影响主要表现为环境温度与混凝土内部水化热引起的温升两个方面。具体为:
　　1)环境温度。对于地下结构而言，由于气候对其影响较小，因此通常可以忽略环境温度的影响，但是对于短隧道和中长隧道洞口来说，环境温度对二衬结构混凝土影响较大，尤其是夏季高温与冬季寒冷季节，混凝土热胀冷缩现象明显，极易造成二衬结构出现开裂病害;
　　2)水化热温升。随着大流动性泵送混凝土在隧道二衬结构中的广泛应用和混凝土强度等级的提升，加之人为主观＂强度等级越高越安全，就高不就低＂思想的影响，均使混凝土中水泥用量不断增加，导致结构因水化热提高、散热集中而出现温度裂缝。对于水泥标准的控制，国家在GB175—2007通用硅酸盐水泥中给予了规定，并对水泥强度要求更严(提高了等级)，而国内水泥市场供大于求，部分生产厂家为提升市场竞争力，采用高强度等级作为低强度等级出售，使水泥细度与早期水化热提高。近年来，隧道二衬与建筑基础结构混凝土开裂现象逐年增加，水化热以及温度变化已成为影响混凝土结构开裂的主要因素之一。
　　4结语
　　基于隧道二次衬砌混凝土结构强度与抗渗性能的提升，对于混凝土裂缝的防治，本文建议性提出以下3点措施:
　　1)当衬砌厚度大于500mm时，应按大体积结构考虑，综合分析水化热对混凝土结构的影响;
　　2)除不利受力影响外，泵送大流动性混凝土的施工工艺、配合比、结构温度与收缩为造成隧道二衬裂缝与渗水病害的主要因素，对此在施工过程中应引起重视;
　　3)对于隧道二衬裂缝及渗漏病害的治理，对结构承载力影响较小的裂缝可采用压浆法处理，渗水则可根据具体部位进行堵排(堵水建议采用化学压浆法)结合治理的方法。
　　参考文献:
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