公路隧道裝配式襯砌的應(yīng)用及發(fā)展

沈 昊，許 昱

(1.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089；2.中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100088)

1 裝配式襯砌施工技術(shù)的優(yōu)勢

1.1 施工工序簡單，施工效率高

襯砌施工是公路隧道施工中重要的一項工程，是隧道洞身周邊的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)襯砌施工要歷經(jīng)多道工序，包括：現(xiàn)場綁扎鋼筋、鋪設(shè)防水板、安裝止水帶、澆筑混凝土、進(jìn)行養(yǎng)護(hù)等，使公路隧道施工進(jìn)度受到嚴(yán)重制約。裝配式襯砌技術(shù)的應(yīng)用，有效簡化了施工工序，只需將事先預(yù)制的襯砌管片吊裝成環(huán)，直接進(jìn)行承載，這樣就使得隧道施工的進(jìn)度明顯加快，施工效率得到顯著提升。

1.2 設(shè)計多樣化，機械化水平高

(1)隧道裝配式襯砌以模塊為基本設(shè)計單位，通過組合各類模塊，形成不一樣的建筑外形，采用可裝配的內(nèi)隔墻對大開間進(jìn)行靈活分割，創(chuàng)造出不同的空間布局，使設(shè)計可以更加多樣化。

(2)裝配式襯砌技術(shù)的部件尺寸參數(shù)成套的統(tǒng)一起來，減少建筑部件的規(guī)格與類型，形成標(biāo)準(zhǔn)化的部件，使部件的通用性和互換性得以提升。

(3)傳統(tǒng)的公路隧道襯砌施工以現(xiàn)場濕作業(yè)為主，裝配式襯砌的主要部件由工廠預(yù)制后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，施工人員利用專業(yè)設(shè)備吊裝，由裝配工將運輸?shù)降母鱾€部件進(jìn)行連接，免除了傳統(tǒng)施工現(xiàn)場濕作業(yè)及其他工序。施工所需的工種少，節(jié)省了人員分配，施工過程主要為機械化操作，施工機械化水平較高。

1.3 提升施工質(zhì)量，保障施工安全

在裝配式襯砌技術(shù)還未廣泛應(yīng)用于隧道支護(hù)施工之前，普遍采用傳統(tǒng)工序進(jìn)行隧道支護(hù)施工。傳統(tǒng)施工手段存在的問題較多，主要包括：振搗不到位、注漿密實度不足、養(yǎng)護(hù)不及時、拆模過早等，因此容易出現(xiàn)二襯空洞、開裂，甚至造成隧道塌方，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。裝配式襯砌技術(shù)應(yīng)用于隧道支護(hù)施工，由工廠預(yù)制二襯管片，嚴(yán)格保障二襯施工質(zhì)量，有效避免了傳統(tǒng)施工可能導(dǎo)致的質(zhì)量問題，切實保障了施工的安全性。

1.4 可有效提升隧道的營運、救援效率

隧道營運的核心內(nèi)容依舊是安全，但一些不可避免的因素會影響隧道營運安全。由于交通事故、自然災(zāi)害、隧道自身質(zhì)量問題等引起的隧道塌方是應(yīng)急搶險的難點。隧道裝配式襯砌技術(shù)機械化施工水平高，襯砌管片的質(zhì)量好，經(jīng)過拼裝即可承載，一旦發(fā)生隧道內(nèi)的安全事故，該項技術(shù)可發(fā)揮巨大作用，為工作人員在隧道搶險中爭取寶貴時間，有效避免嚴(yán)重的生命、財產(chǎn)損失，確保隧道能夠盡快修復(fù)并恢復(fù)恢復(fù)營運。

2 隧道裝配式襯砌施工的工序流程和重點

2.1 襯砌管片的設(shè)計、制作及吊裝

分塊標(biāo)準(zhǔn)化是隧道襯砌管片設(shè)計的重心，需要先研究公路隧道斷面，詳細(xì)掌握后，制定管片分塊標(biāo)準(zhǔn)，由此實現(xiàn)襯砌拼裝結(jié)構(gòu)的通用性。工廠預(yù)制襯砌管片時，需注意控制管片精度(形狀、尺寸、預(yù)留埋設(shè)等)，確保管片符合工程要求，能被順利安裝至工程中；襯砌管片運輸至施工現(xiàn)場后實施吊裝作業(yè)，裝配工需整理管片，將不同型號的管片拼裝到位，如未按照要求拼裝或拼裝出現(xiàn)差錯，會影響到襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性、強度及防水、排水性能。因此拼裝工作時要格外注意。

2.2 襯砌管片的背后填充、注漿

襯砌管片的背后填充注漿是施工核心環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)開展時需注意選用合適的注漿材料及注漿工藝。要做到確認(rèn)初期支護(hù)與襯砌管片之間的空隙，根據(jù)施工要求選擇最為合適的注漿材料，同時以管片間空隙和注漿材料為基礎(chǔ)，設(shè)計注漿工藝。在開展注漿時要做到：跑漿少、注漿密實，避免空殼現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.3 連接襯砌管片

按照要求科學(xué)、嚴(yán)禁地進(jìn)行襯砌管片連接，可確保襯砌管片良好的防水效果。襯砌管片的連接工藝主要有：銷接結(jié)構(gòu)、鉸接結(jié)構(gòu)、楔接結(jié)構(gòu)、榫接結(jié)構(gòu)和螺栓連接結(jié)構(gòu)。施工人員需根據(jù)襯砌管片的連接要求及連接結(jié)構(gòu)形式特點，因地制宜的選擇最為合適的連接方式。

2.4 襯砌管片的防水

襯砌管片的連接孔道、注漿孔、管片接縫及管片自身的細(xì)微裂縫是裝配式襯砌結(jié)構(gòu)的主要出水點，因此可知，襯砌結(jié)構(gòu)的防水任務(wù)繁重，是隧道施工的重要工作之一。管片接縫防水是襯砌結(jié)構(gòu)防水的核心內(nèi)容，為了防止管片接縫處漏水，施工人員會將密封材料填充進(jìn)管片接頭密封槽中，以滿足防水要求，如水膨脹性材料，就是常用的一種密封材料。

3 國內(nèi)對于公路隧道裝配式襯砌的研究進(jìn)展

3.1 襯砌接縫連接的研究

襯砌管片間的接縫是影響襯砌結(jié)構(gòu)的一大因素，襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力會影響到整個公路隧道的承載能力。昝愛琴在研究中對比了不同襯砌接頭結(jié)構(gòu)形式的受力性能與施工特征，決定選取彎螺栓連接方式，襯砌環(huán)設(shè)13個環(huán)縫連接螺栓，沿圓均勻布置，用2個螺栓連接相鄰的管片塊，一共使用16個縱縫連接螺栓。

3.2 管片壁后填充的研究

依施工標(biāo)準(zhǔn)要求，襯砌與二襯管片間最少需預(yù)留10 cm空隙，當(dāng)完成管片拼裝作業(yè)后，需及時在壁后吹填豆礫石，同時灌注水泥漿進(jìn)行壁后填充。豆礫石需使用皮帶機運送，再裝入豆礫石泵中，利用壓縮空氣填充至管片后，此道工序可以有效避免管片沉降及側(cè)向錯動現(xiàn)象。

3.3 襯砌管片防水的研究

隧道襯砌管片防水當(dāng)前的主要研究方向。目前而言，襯砌管片防水措施主要是沿著管片四周設(shè)置一道密封的防水彈性密封墊，在預(yù)留的嵌縫槽里進(jìn)行嵌縫密封。同時將襯砌管片的螺栓預(yù)緊，螺栓就會擠壓管片的防水膠條，保證防水膠條滿足防水要求，從而實現(xiàn)隧道襯砌管片的防水目的。

3.4 現(xiàn)場施工模式的研究

隧道襯砌施工是一項復(fù)雜的，高難度的工程，由于隧道的斷面較大，施工人員一般不會采用同步開挖襯砌的施工方式，這樣會增加施工難度。會先進(jìn)行開挖初支作業(yè)，完成該環(huán)節(jié)后再開展二次襯砌拼裝。在設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場前需在洞口做圈梁，作為初環(huán)管片安裝定位基準(zhǔn)，設(shè)備出洞后進(jìn)行混凝土的現(xiàn)澆施工。

3.5 管片拼裝整機的研究

公路隧道裝配式襯砌施工時，管片襯砌的結(jié)構(gòu)強度、耐久性以及防水、排水效果，都受到拼裝設(shè)備的影響。當(dāng)前，國內(nèi)對于管片拼裝整機的研究集中在研發(fā)一種適用性廣、工作高效、拼裝精度高的裝配式襯砌拼裝設(shè)備，并取得了一定成果。管片拼裝整機的主要組成部件為：牽引車、管片拼裝機、管片吊運系統(tǒng)、空壓機組件、水系統(tǒng)、后配套拖車、液壓泵站、注漿系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和注豆粒石系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，我國公路隧道施工技術(shù)有了明顯提升，隧道工程取得了舉世矚目的成績。但總體來講，傳統(tǒng)的隧道施工技術(shù)還在某些地區(qū)延用，這些技術(shù)落后、低效，會影響隧道施工的進(jìn)度及整體質(zhì)量，甚至可能引發(fā)安全事故，造成生命財產(chǎn)損失。