大断面隧道增设射流风机加宽段施工技术

张祖宁

摘要：铁路隧道后增射流风机加宽段施工，含设计、施工等相关内容。

关键词：大断面   开挖支护   衬砌模板   施工技术

中图分类号：G520     文献标识码：A

引言

新建***铁路***标段***隧道，位于**省**市**区**村北侧，设计时速为250km/h，全隧平面均位于直线上，隧道中心里程为DK146+995,全长5740m，隧道最大埋深88m，于***年**月在***隧道0#斜井辅助坑道处发现有瓦斯溢出现象，后定性为低瓦斯施工隧道，在***隧道出口工区增设三组射流风机加宽段，作为后期高速铁路隧道运营的通风保障。

1设计要求

1.1设计加宽段落

序号	风机段加宽段 起点	风机段			风机段加宽段 终点
		起点	风机中心里程	终点
1	DK149+352	DK149+359	DK149+367	DK149+375	DK149+382
2	DK149+202	DK149+209	DK149+217	DK149+225	DK149+232
3	DK149+052	DK149+059	DK149+067	DK149+075	DK149+082

1.2设计断面及工法

1.2.1新增射流风机加宽段最大加宽尺寸为单侧1720mm,最大加宽段长度为16m,前后均为7m由正常段向最大加宽段过渡的渐变段。

1.2.2风机加宽段埋深较浅，岩体地质界面较发育裂隙较多完整性较差，倾角较小，该段围岩主要为凝灰质砂岩，其组织结构清楚完整，裂隙两侧矿物变质，风化裂隙较发育，完整性较差，属于弱分化岩石；局部为强风化，节理裂隙发育，岩体破碎；衬砌结构设计为复合式衬砌，开挖工法为三台阶临时横撑工法。

1.2.3隧道断面开挖由134.68m³/m增加到179.09m³/m，开挖轮廓较大，现场开始挖进尺严格坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。

1.2.4射流风机加宽段扩大段平面图如下：

射流风机加宽段扩大段平面图

2施工技术

2.1总体施工方案

2.1.1总体施工安排：上台阶开挖并支护（支立拱架、喷射C25混凝土）后及时施作临时横撑，后及时开挖下台阶，初支、仰拱及时跟进。

2.1.2施工原则：始终坚持“上断面加固完成，确保下断面施工安全，仰拱、衬砌及时施作”的原则。

2.1.3施工控制：上台阶进尺不大于1榀；边墙进尺不大于2榀，并应左右交替开挖；仰拱开挖前必须完成边墙钢架锁脚,初期支护未封闭成环时，仰拱开挖进尺不得大于3m。开挖后初期支护应及时封闭成环。开挖方式以机械开挖为主，辅以弱爆破。初期支护采用I18型钢架，型钢钢架纵向间距0.8m/榀，钢架间用间距1.0mΦ22钢筋内外交错布置连接。临时横撑采用I20（轻型）工字钢，每两榀初支钢架施作一处临时横撑。临时横撑之间采用M30*60连接螺栓连接。拱墙与仰拱的初期支护采用厚度30cm的C25喷射混凝土施作。拱墙位置设置钢筋网片，规格尺寸：HPB300φ8钢筋，间距25cm*25cm。锁脚锚管采用Φ42热轧无缝钢管，单侧拱脚2根，长度4.5m，拱脚向上30cm处下倾30°；拱部锚杆采用Φ25中空组合注浆锚杆，长度4.0m，锚杆间距1.0m*1.0m（环*纵）；边墙锚杆采用Φ25砂浆锚杆，长度4.0m，锚杆间距1.0m*1.0m（环*纵），超前小导管采用Φ42无缝钢管，长度为4.0m，间距为40cm，10°～15°打设，搭接1m，每环设置根数为51根。

2.2三台阶临时横撑法施工工法

㈠、上台阶开挖与支护

⑴、利用上一榀初支钢架施工超前支护；⑵、机械开挖①部，同时每开挖一榀，掌子面喷5cm厚混凝土封闭；⑶、分部施作①部导坑周边的初期支护；⑷、架设临时横撑钢架，与初期支护钢架连接，上导坑初期支护封闭成环，施做系统锚杆。

㈡、中台阶开挖与支护

⑴、在滞后于①部一段距离后，机械开挖②部；⑵、导坑周边施作初期支护；⑶、架设临时横撑钢架，与初期支护钢架连接，中导坑初期支护封闭成环，施做系统锚杆。

㈢、下台阶开挖与支护

⑴、在滞后于②部一段距离后，机械开挖③部；⑵、周边及隧底部分初喷4cm厚混凝土，架设钢架（钢筋网）,并设锁脚锚管，复喷混凝土至设计厚度，施做系统锚杆。

㈣、仰拱开挖与支护

⑴、机械开挖④部，辅以弱爆破；⑵、隧底周边部分喷4cm厚混凝土，施作钢架；⑶、复喷混凝土至设计厚度。

㈤、灌注Ⅰ部仰拱、墙底及隧底填充。

㈥、根据监控量测结果分析，待初期支护沉降达到要求后，施工Ⅱ部衬砌。

（注：各台阶长度应控制在3～10m范围内）

2.3仰拱施工

2.3.1仰拱单次开挖长度不得大于2m（因射流风机加宽段开挖断面大）。开挖到位后，及时施工仰拱初支，然后绑扎仰拱钢筋，根据设计尺寸确定钢筋边缘距中线距离，并按照设计规范要求焊接牢固，后浇筑仰拱混凝土，仰拱与矮边墙应同时浇筑完成，混凝土采用C35钢筋混凝土，混凝土抗渗等级P10，矮边墙设置纵向钢边橡胶止水带及遇水膨胀止水条，仰拱中间设置中心水管，以便于隧道的排水，待中心水管安装完毕，仰拱填充采用C25混凝土进行回填。

2.3.2仰拱防排水：隧道中心水管浅埋段防水板背后与墙脚处纵向设置的φ80透水盲管，沿拱墙设一道φ50透水盲管，环向间距为10m，环、纵盲管直接弯入侧沟，将水直接导入侧沟，再从侧沟由φ100横向导水管导入中心检查井，后由中心水管排出洞外。仰拱环向施工缝采用中埋式橡胶止水带+遇水膨胀止水条+1mm后水泥基渗透结晶型防水涂料，中埋式止水带固定采用对夹工艺施做。矮边墙纵向施工缝采用中埋式钢边橡胶止水带+遇水膨胀止水条+1mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料，中埋式钢边橡胶止水带采用角钢夹具工艺施做，止水带居中埋设，接头搭接采用热熔焊接工艺，施工缝背后设置一道排水盲管。变形缝采用中埋式橡胶止水带+聚氨酯遇水膨胀止水条+填缝材料的复合防水措施。变形缝处衬砌背后设置一道排水盲管，变形缝空隙采用填缝料填塞密实。变形缝位置应按设计要求施做，严禁随意调整。

2.4大断面衬砌施工

2.4.1基面处理：采用全站仪测设隧道断面并绘制断面图，根据实测情况对超限部分，采用电镐凿等工具进行休整清除外露的尖锐物等，坑洞部位用砂浆抹平，使初支表面圆顺，无欠挖，侵线，凹凸不平等情况。

2.4.2衬砌模板：隧道风机加宽段衬砌模板采用木模拼装，30m加宽段共分四组浇筑完毕，组环衬砌长度为7m+9m+9m+7m；采用10m台车为支撑，采用沿隧道径向加装Ⅰ18弧形工字钢，工字钢纵向间距80cm~100cm（根据需要进行合理调整）弧形钢支撑与二衬台车通过Ⅰ18工字钢90°直角焊接牢固，纵向及环向支撑中间加设φ42小导管焊接作为斜撑，详见示意图（工字钢与台车链接增加28*26*16的钢板焊接），间距120cm~180cm（根据需要进行合理调整），外轮廓线采用竹胶板进行拼接，拼缝处采用双面胶带进行处理，以防止二衬混凝土灌注施工过程中拼缝漏浆。拱、墙二衬混凝土整体灌注，灌注过程中左右对称进行，防止出现偏压导致二衬错台等质量问题的发生。拱部每隔3m预留回填注浆孔，待混凝土达到设计强度后进行衬砌背后带模注浆处理，带模注浆料采用微膨胀注浆料（衬砌模板台车改造后示意图见下页）。

射流风机加宽段7米变截面尺寸变化
变截面米数	1米	2米	3米	4米	5米	6米	7米
加宽米数 （俩侧）	0.492	0.982	1.474	1.966	2.458	2.948	3.44
加高米数	0.09	0.18	0.27	0.36	0.45	0.54	0.63

射流风机加宽段7米变截面渐变尺寸变化表

2.4.3钢筋绑扎：衬砌钢筋可预先按整环设计长度焊接接长，在模板台车上设置固定钢筋，纵向固定钢筋安装完后安装环向钢筋再安装纵向分布钢筋，由于钢筋自重，在拆除台车架立钢筋后造成拱部钢筋下沉弧度不够，在安装时应预留一定预拱度，应在边墙钢筋与防水板之间安设混凝土保护层垫块，4个/㎡，防止钢筋破坏防水板。双层钢筋间的定位钢筋，应注意端头保护，不得戳破防水板。钢筋净保护层厚度为50mm，钢筋相邻连接位置要相互错开，同一区段内钢筋接头面积不大于全部钢筋面积的50%，且连接位置不得位于拱顶。钢筋拱顶可采用直螺纹套筒连接或焊接（焊接必须预弯），纵向施工缝位置采用绑扎连接，绑扎钢筋搭接长度不小于1.4倍锚固长度，锚固长度不小于30d直钩（d为钢筋直径）。

衬砌模板台车改造后示意图

2.4.4拱墙防排水及施工缝施工:二次衬砌背后设防水板，两侧拱墙墙设φ50透水盲管。每隔10m设边墙泄水孔，将地下水引入洞内侧沟，纵、环向盲管两端直接弯入洞内侧沟，设置一道横向导水管将侧沟水引入中心沟。根据设计及规范要求，仰拱与二衬同步施工缝、变形缝。环向施工缝设置中埋式橡胶止水带+聚氨酯遇水膨胀止水条+1mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料复合防水措施；仰拱采用中埋式橡胶止水带，纵向施工缝采用中埋式钢边橡胶止水带+聚氨酯遇水膨胀止水条+1mm水泥基渗透结晶型防水涂料的复合防水施工缝处衬砌背后设置一条排水盲管。风机加宽段与正洞交界处设变形缝一处，变形缝宽2cm，变形缝采用中埋式橡胶止水带+聚氨酯遇水膨胀止水条+填缝材料的复合防水措施，变形缝空隙采用聚乙烯泡沫塑料板材+聚硫密封胶。预埋槽道在台车摸板上进行预定位。两根一组的槽道固定时，需保证定位孔在垂直于槽道长度方向的误差不大于5mm。槽道在二衬中埋入深度误差不大于3mm，放入配套的T型螺栓水平旋转900，并拧紧螺母，使槽道紧贴摸板外表面，台车移动就位到合适位置，顶升摸板及槽道就位。

2.4.5混凝土浇筑：采用灌车进行混凝土运输，混凝土输送泵泵送灌注，衬砌浇筑采用逐窗分层浇筑，单侧采用3个窗口下料，溜槽需延伸到窗口。施工中采用附着式振捣器振捣（拱部混凝土）。每一振点的振捣延续时间宜为20～30s。拱墙灌筑砼应水平分层对称地进行、边浇筑边振捣，最大下落高度不得超过2m，台车前后高差不得超过0.6m，左右混凝土高差不得超过0.5m。二次衬砌灌注混凝土时，应振捣密实，防止收缩开裂，振捣时不应破坏防水层，单侧采用3个窗口下料，溜槽需延伸到窗口。

2.4.6二衬拱顶带模注浆：隧道回填注浆采用衬砌台车带模注浆法，注浆料采用微膨胀注浆料。

2.4.7衬砌分窗浇筑施工工艺流程图（见下页图）

衬砌分窗浇筑施工工艺流程图

结束语

在射流风机大断面施工中，开挖断面大，围岩稳定性差，施工难度高，经过认真分析研究，采取有效措施，开挖后及时完成初期支护，尽快封闭工作面，并及时施作临时横撑，有效控制了围岩变形收敛，后进行仰拱的及时施作，为二次衬砌创造了条件，使得后续工序及时跟进，做到了工序的连续衔接，在原有衬砌台车上进行改造加固大断面衬砌模板，便于大断面模板的定位及施工，并以衬砌台车主支撑体，提高了衬砌施工的支撑安全。

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