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连拱隧道防排水施工技术

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连拱隧道防排水施工技术
杨 宏 俊
( 中国云南路桥建设集团股份有限公司)
【摘 要】本文主要对云南安宁至楚雄高速公路第10合同段连拱隧道施工过程中的防排水进行综合阐述, 并根据具体工程实践提出一些技术性体会和建议。
【关键词】连拱隧道 防排水 系统 施工技术
1、 工程概况
云南安宁至楚雄高速公路是上海至瑞丽国道主干线GZ65云南境内的一段, 是云南省连接滇西交通运输的大动脉, 辐射昆明、 楚雄、 大理、 保山、 怒江、 德宏、 丽江、 临沧、 迪庆等9个地、 州, 38个县、 市。也是中国通往缅甸的重要通道。云南安宁至楚雄高速公路第10合同段, 起点K104+000位于升坡路段, 于K104+500达平地垭口, 设长200米的连拱隧道穿平地垭口, 止于K114+716.19, 路线全长10.716km。
本项目主要技术标准为高速公路; 计算行车速度100公里/小时; 路基宽度26.0米, 行车道宽4×3.75米, 桥涵与路基同宽; 桥涵及构造物设计荷载汽车-超20级、 挂车-120; 设计交通量: 2024年远景年平均交通量49000辆/日( 小客车) 。抗震设防烈度按《建筑抗震设计规范》( GB50011- ) , 本合同段抗震设防烈度为Ⅶ度。
2、 地质构造
本工程地处云南山字型构造前弧西翼内侧马蹄形盾地北部, 南岭东西构造、 川滇南北构造与云南山字型构造交接地带, 历经多期构造运动的改造而复杂化, 并控制了测区构造( 包括新构造) 的发生和发展。西部属山字型构造西翼部份, 盖层构造形态及构造线方向受山字型构造控制, 盖层由厚逾数万米的中生界红层组成, 构造线呈北西向, 为紧密褶皱各压扭、 长扭性断裂组; 中部为川滇经向构造体系, 主要有绿汁江断裂带、 禄丰断烈及罗次—易门断烈带, 发育着近南北的褶皱断烈以及派生”入”字型断烈。东部发育近东西向的逆掩断层。测区构造运动主要为燕山运动, 造成全区褶皱隆起, 喜山运动及新构造运动时期, 间歇式升降活动较为频繁。本隧道工程地质围岩为Ⅱ类, 节理裂隙发育, 风化破碎, 且隧道埋深浅, 地下水位丰富, 防排水施工尤为重要。
3、 气象及水文
路线经过区段气候温和湿润, 冬无严寒, 夏无酷暑, 素有”四季如春”之称, 年平均气温14.8～17.1℃, 最热时为7月, 极端最高气温33.0～34.2℃,最冷时为1月, 极端最低气温-4.8～-7.0℃。受地形的影响,具有立体气候的特征,昼夜和垂直气温变化较显著。多年平均降水量829.4～908.1毫米, 最大1154～1533毫米。雨季多集中在6～10月, 占全年降水量80%以上, 11月至次年5月为干季, 年蒸发量1959.6～2031.1毫米, 平均相对湿度71～75%。
该隧道位于金沙江与红河水系分水岭地带, 东部螳螂江及西部龙川江属金沙江水系, 中部星宿江及其支流阿家河属红河水系。为山间沟谷河流, 受季节性降水制约, 流量动态变化大, 雨季暴涨, 旱季流量甚小, 支流干枯。对隧道的防水施工有较高的要求。
4、 防排水系统的施工
防排水系统遵循”以防为主、 防排结合、 多道防线、 综合治理”的原则。项目部防排水系统设置见图1。

图1 隧道防排水系统示意图
4.1 中隔墙顶防排水
连拱隧道在拱部和边墙部位的防排水与分离式隧道相同, 防排水难点主要位于中隔墙顶, 因为此部位二衬混凝土存在一条施工纵向通缝和中隔墙环向施工缝与沉降缝。拱部渗水经过防水板与初支之间的空隙下渗至中隔墙顶后如何顺利排走是连拱隧道处理渗漏水的难点所在。
隧道中隔墙防排水能够看作由环向排水管、 纵向排水管、 竖向排水管及墙顶防水板几个方面组成。见图2。纵向排水管沿隧道轴向铺设, 在中隔墙上设置竖向排水管与纵向排水管进行连接, 下方接入隧道排水边沟形成完整的排水系统, 在中隔墙顶面上铺设防水板, 与拱墙防水板进行焊接成为整体, 铺设成”U”形。

图2 中隔顶排水示意图
4.1.1 中隔墙顶排水系统施工技术难点
  中隔墙防排水采用预埋管道、 铺防水板及中隔墙混凝土采用牛角状进行防排水, 主洞初支应向中隔墙中间靠近放大, 使初支与中隔墙牛角之间形成一自然沟槽, 便于纵向排水管的安装和排水。中隔墙顶面上铺设的防水板在主洞扩挖时, 初支钢拱架要穿过防水板与预埋钢板进行焊接, 因此在钢拱架对应位置防水板开口处必须作二次处理, 待主洞钢拱架( 格栅) 架立好后, 对防水板开口处另加防水板焊接, 使其紧贴钢拱架并向上包裹30cm后再施工喷射混凝土。在实际施工中仍需注意以下几点: 其一中隔墙顶防水板与拱墙防水板衔接要良好; 其二防止防水板在中隔墙顶回填时破损, 如有破损应及时修补; 其三要防止纵向排水管在浇筑混凝土时堵塞。其四中隔墙顶部是汇水区, 衬砌时中隔墙部位先做, 由于受空间限制, 中隔墙顶部混凝土浇筑密实度较难保证, 拱部衬砌施工前对中隔墙两角接头处混凝土进行凿毛处理。
4.2 二衬防水混凝土的施工
二次衬砌混凝土是隧道防排水中最重要的一个环节, 二衬混凝土抗渗能力达到要求( S10) 后, 只要处理好施工缝处的防水, 便可解决大面积渗水问题。针对二衬防排水需注意以下几点:
( 1) 严格控制水灰比: 水灰比是对抗渗性起决定作用的因素, 增大水灰比,混凝土的密实度降低,相对渗透系数就显著增大,因此须严格控制水灰比。
( 2) 防水混凝土的运输: 缩短运输距离和等待时间,避免出现砼离析,还根据不同气候、 不同时间计算出运输过程中坍落度的损失,提前予以考虑,从而保证了砼浇注时有良好的和易性。
( 3) 混凝土振捣:防水混凝土振捣采用插入式振捣棒,振捣时,振捣棒等距离地插入、 均匀地捣实全部混凝土,插入点间距小于振捣半径的1. 5 倍,振捣棒的作用范围应相互重叠,避免漏捣和过捣,振捣时不得触及钢筋和模板,特别是严禁触及防水板。
( 4) 混凝土的养护: 根据防水混凝土的特性,采取得当的养护措施能最大限度减少混凝土的开裂,因此在防水混凝土灌注完毕及终凝后及时采用喷、 洒水养护,待拆模后,对结构表面及时进行洒水养护,保持混凝土表面湿润,养护期确保不少于14 天。
具体施工过程有以下几个方面:
( 1) 立模
台车就位应以隧道中线为准, 严格按设计标高、 中线进行。为保证隧道净空, 施工时将衬砌轮廓线扩大5cm。模板支立时, 横板应安设平直、 整齐、 牢固, 检查断面尺寸并校正合格, u型扣件和L型穿钉要上足, 做到接缝严密、 不漏浆, 脱模剂涂刷均匀, 挡头板与岩壁密贴, 支立牢固。
( 2) 搅拌运输
本隧道搅拌混凝土采用强制型搅拌机, 拟在每个隧道口分别安排两台强制式搅拌机。混凝土搅拌严格按照试验配合比进行, 采用自卸汽车运输。
( 3) 灌注混凝土
浇注混凝土采用输送泵直接入模。施工中输送泵距工作面20m以上, 出混凝土端采用软管人工把持对称喂入砼, 同时浇筑混凝土下落高度控制在2.0m以内。局部混凝土施工中辅以人工浇筑, 插入式振捣器分层振捣。
混凝土浇筑要连续进行, 捣固密实。如果浇筑因故中断, 则在继续浇筑新混凝土前, 先凿除前层混凝土表层已硬化的松软层和水泥砂浆薄膜, 并凿毛表面, 用水冲刷干净后方能浇筑新混凝土。超挖部分要用同标号混凝土填筑。
( 4) 衬砌检查
取样: 衬砌混凝土可按每工班取试件1组, 进行28d试压。
净空尺寸: 对已衬砌的结构, 要每板抽查拱脚断面宽度及拱顶高程。
混凝土厚度: 按每板浇筑前, 提查每一榀拱架处, 按环距1.0m一点进行, 不足处采取补强处理, 超厚处, 采用同级混凝土回填。
外观检查: 按每40m用2m直尺检查三处, 平整度差不超过20mm; 模板接头不大于5mm。对有缺陷的混凝土及时按规范要求修补。
4.3 复合防水板施工
防水板的焊接是隧道防排水施工的重要控制工艺之一, 我部采用洞外焊接( 长缝) , 洞内拼接( 短接缝或损坏修补) , 卷材之间的搭接宽度大于10cm, 采用双缝焊, 焊缝宽度不小于1cm, 中间留出空间进行充气检查, 检查气压为0.25Mpa, 15min的压力下降值不得小于10%为合格。当纵向焊缝与环向焊缝相并时, 首先要对纵向焊缝外的多余搭接部分削去, 将台阶修理成斜面, 以确保焊接质量( 见图3) 。在洞内拼接时, 要注意保护防水层在下道工序施工时的连接部分, 避免污染和损坏, 并留有一定的松弛度。首先用PVC垫片及射钉将无纺布沿环向固定在喷射混凝土表面时无纺布的搭接边宽不得

图3 防水板施工缝示意图
小于5cm, 搭接边用手动焊枪电焊连接, 再将防水板沿环向从一侧到另一侧用手动焊枪将防水板与PVC垫片一一点焊固定, 防水板接头应尽量减少。
4.4 纵、 横、 环向排水管的施工
在初期支护与防水层之间每隔5m左右设置一环向排水管, 有明显渗漏水处应加设排水管, 环向排水管与衬砌边墙底和中隔墙顶部设置的纵向排水管采用三通连接贯通, 并在隧道纵向间隔10-20m设置一道横向排水管与纵向排水管接通, 将衬砌背后水引入边沟排走, 隧道仰拱渗水经过设置的矩形盲沟引向两侧设置的排水边沟排出隧道区。洞内环向盲沟的位置还可根据实际地形和洞内渗水情况作适当调整。
4.5 施工缝及变形缝的施工
施工缝与沉降缝为结构不均匀受力和混凝土胀缩设置的缝隙,它是防水处理的难点,也是结构自防水中的关键环节。在施工缝中设置遇水膨胀止水条; 沉降缝在衬砌结构变化处设置, 采用橡胶止水带及浸沥青木丝板。见图4。

图4 施工缝、 沉降缝施工示意图
橡胶止水带的施工要求:
①按照设计要求确定止水带的准确位置及尺寸规格; ②橡胶止水带安装必须用模板固定。先安装一端,浇筑混凝土,同时另一端应用厢型木板保护,待混凝土达到一定强度拆除模板和另一端止水带的厢型保护; ③在止水带中央圆孔的上下方混凝土基面上涂刷粘结剂并固定填缝用的聚苯板; ④把另一端的止水带固定在钢筋上,支模浇筑混凝土; ⑤施工中必须保证止水带的准确位置和混凝土的浇捣质量,保证混凝土与止水带的紧密贴合; ⑥止水带的接头部位采用现场硫化的方法,接头处选在结构应力较小的部位。
施工缝是结构自防水的薄弱环节,处理的好坏将会直接影响结构的防水质量,因此须认真做好该处的防水处理。本隧道施工缝采用LJ-2 型遇水膨胀橡胶止水条。由于止水条钉过紧容易折断,过松则不能保证与混凝土密贴,容易造成灌注砼钻入止水条下部而失去止水效果,因此在施工中采用了衬砌堵头板背面钉设适当厚度及宽度的木条,混凝土灌注后拆模时将木条一起取出,即形成一道凹槽, 并配合加密了射钉的钉设间距,从而保证了施工缝的防水效果。
4.6 二衬背后回填注浆
二衬背后回填注浆由于混凝土的凝固收缩特性,在二衬混凝土与防水板之间一般会存在5～10 mm 的缝隙,再加上泵送混凝土、 模板台车灌注的衬砌施工特点,在拱顶处无法振捣密实,这样缝隙肯定会进一步加大,还可能在局部地段出现一定的空洞,容易造成地下水到处流窜侵蚀结构和腐蚀钢筋,因此,在二衬结束后进行背后回填注浆是必不可少的一道工序。见图5。本隧道每隔10m预埋一组注浆管, 一组2根, 注浆管垂直于结构表面设置,一根指向侧洞拱顶,另一根指向中洞拱顶, 间隔6m, 注浆浆液为单液水泥

图5 二衬背后注浆示意图
净浆, 注浆压力为0.5-1.0Mpa, 注浆进出口靠防水板端( 内端) 应打磨光滑, 以防刺破防水板, 进浆外端应设计与注浆泵相适应的注浆接头。注浆进口端应露出衬砌外, 注浆口内端应顶住防水板, 使防水板紧贴初支喷层。
5、 结束语
根据本隧道的防排水处理并结合连拱隧道中隔墙防排水设计思路, 隧道内漏水主要集中在中隔墙这一侧, 因此 要”排、 堵结合”, 防排水系统要严格把关, 中隔墙顶纵向排水槽管一定要畅通, 方可保证连拱隧道不渗不漏, 保证中隔顶汇集水顺利排走。
由于当前从隧道施工工艺、 防水材料可靠性、 作业人员的实际操作水平来说,均还处于较低水平,笔者认为在以后相当长的时间内,还是要以”防排结合,多层设防、 以防为主,适量排放”为原则来指导地下工程防排水系统的施工。