董進(jìn)成 賴(lài)鵬安

(中交第二公路工程局有限公司 陜西西安 710065)

0 引言

隨著我國(guó)“一帶一路”建設(shè)的不斷推進(jìn)，帶動(dòng)了大批長(zhǎng)、難、復(fù)雜地形隧道與地下工程的開(kāi)發(fā)，尤其是以云、貴、川、渝等西南地區(qū)為代表的山嶺隧道，常伴隨有滑坡、斷裂帶、溶洞等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)隧道施工的質(zhì)量有著更為嚴(yán)格的要求。而二襯施工作為隧道施工的重要環(huán)節(jié)，往往起到加固支撐、優(yōu)化排水、美化硐室等作用，其中二襯保護(hù)層控制的優(yōu)劣，更是直接決定了二襯的加固支撐能力。

目前，已有學(xué)者、工程師對(duì)隧道二襯鋼筋保護(hù)層厚度不足的成因以及其對(duì)整體耐久性的影響展開(kāi)了大量的研究，也取得了一定的成果[1-3]。同時(shí)，部分現(xiàn)場(chǎng)工程師也從施工過(guò)程管控的角度，提出了許多建議與措施。如：鄧毅[4]以某山嶺隧道為研究對(duì)象，研究了二襯保護(hù)層厚度控制的方式，得到了該條隧道二襯鋼筋保護(hù)層合格率控制的方法，提高了保護(hù)層厚度的合格率，確保了隧道施工的質(zhì)量。國(guó)忠東[5]等人針對(duì)某隧道二次襯砌鋼筋保護(hù)層厚度合格率不達(dá)標(biāo)、襯砌鋼筋定位不準(zhǔn)、測(cè)量不到位等現(xiàn)象，制定了相應(yīng)的處置方案，解決了二次襯砌鋼筋保護(hù)層厚度質(zhì)量缺陷，提高了外觀(guān)質(zhì)量。

本文則以黔在建五指山隧道為研究對(duì)象，摒棄純粹的經(jīng)驗(yàn)控制，取精用弘，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)二襯保護(hù)層預(yù)留量進(jìn)行不斷調(diào)整，并結(jié)合力學(xué)模型計(jì)算分析二襯鋼筋在自重作用下位移變化情況，最終得出該在建隧道二襯鋼筋保護(hù)層厚度控制情況，以期在確保施工質(zhì)量與安全的前提下，優(yōu)化施工組織步序、提高施工效率。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

黔在建五指山隧道為分離式隧道，左線(xiàn)全長(zhǎng)2087m，右線(xiàn)全長(zhǎng)2135m。為長(zhǎng)、大斷面隧道，地質(zhì)復(fù)雜，其中隧道單洞最大寬度為15.61m(除緊急停車(chē)帶加寬段)，其中V級(jí)圍巖占比15%以上，設(shè)計(jì)涌水量在1323.8～1688.0m3/d，施工時(shí)出水量較大。本分析依托該隧道V級(jí)圍巖段展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)其洞身圍巖為殘坡積層及全～中風(fēng)化巖層，巖體破碎，拱頂易坍塌，側(cè)壁易變形，雨季滲水現(xiàn)象嚴(yán)重。為保證其安全性及永久性，初期支護(hù)采用錨噴支護(hù)(Φ25中空注漿錨桿、Φ8鋼筋網(wǎng)(雙層)、I22b型鋼拱架、C25噴射混凝土)，二次襯砌(含仰拱)采用全斷面整體襯砌(Φ25環(huán)向主筋、Φ12縱向分布筋、C30砼)。該段(Va級(jí)圍巖)二襯混凝土設(shè)計(jì)厚度為60cm，鋼筋保護(hù)層厚度要求為4cm～8cm。

1.2 建設(shè)要求

鑒于貴州省山嶺隧道裂隙較多，出水量較大的特點(diǎn)，業(yè)主根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2017)規(guī)范相關(guān)要求，結(jié)合實(shí)際情況提升了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，將規(guī)范的抽點(diǎn)檢驗(yàn)改為測(cè)線(xiàn)處全檢，調(diào)整后二襯保護(hù)層抽檢的部位原則上為拱頂、拱腰(兩側(cè))、邊墻(兩側(cè))5條線(xiàn)，且5條線(xiàn)合格率平均值要求大于80%,如圖1所示。

圖1 二襯控制線(xiàn)位圖

此外，該工程在滿(mǎn)足上述基本要求前提下，還需著力提升隧道整體保護(hù)層控制效果，治理隧道二襯鋼筋保護(hù)層厚度合格率個(gè)值較低這一質(zhì)量通病。

2 常規(guī)控制要點(diǎn)

2.1 物料控制

物料控制為二襯施工過(guò)程中鋼筋保護(hù)層厚度控制的要點(diǎn)，也是直接影響二襯鋼筋保護(hù)層厚度控制的直接因素，其往往表現(xiàn)在環(huán)向主筋長(zhǎng)度及定位鋼筋數(shù)量?jī)煞矫妗?/p>

(1)“L”形定位鋼筋

“L”形定位鋼筋作為隧道整體二襯鋼筋控制的主線(xiàn)，其長(zhǎng)度控制上取1.15～1.30倍的二襯設(shè)計(jì)厚度為宜，多余部分在鋼筋綁扎完成后應(yīng)予以切除，彎曲長(zhǎng)度根據(jù)一般取其長(zhǎng)度的1/8～1/6。

該工程二襯設(shè)計(jì)厚度為60cm，從施工需求與經(jīng)濟(jì)適用性的角度出發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)采用同型號(hào)Φ25鋼筋，鋼筋長(zhǎng)度為75cm，其中彎曲部分為10cm。

(2)二襯鋼筋主筋安裝長(zhǎng)度控制

二襯鋼筋主筋長(zhǎng)度的控制是直接影響二襯保護(hù)層厚度的關(guān)鍵因素，也是二襯施工中的控制難點(diǎn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外層鋼筋的精確定位，同時(shí)起到輔助支撐的作用，一般外層鋼筋安裝長(zhǎng)度略大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，環(huán)向定位筋必須與防水板緊密貼合。

2.2 工序控制

工序控制主要是保證隧道二襯的施工質(zhì)量，統(tǒng)籌工期與成本的重要手段。通過(guò)工序控制能最大程度地在滿(mǎn)足鋼筋保護(hù)層厚度的前提下，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本和建設(shè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、控制目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)結(jié)合。

(1)安裝環(huán)向定位筋

首先均布8根環(huán)向定位鋼筋，定位時(shí)與防水板緊密貼合。為了不損傷防水板，對(duì)該8根進(jìn)行土工布包裹，實(shí)際工程中定位筋間距為1.4m，順接仰拱鋼筋。該工程每模二襯澆筑長(zhǎng)度為12m。

(2)安裝巖面層縱向定位筋

縱向定位筋主要起到控制線(xiàn)性的作用。環(huán)向定位鋼筋安裝后，沿軸線(xiàn)方向增設(shè)同型號(hào)縱向定位筋9根，并與環(huán)向定位筋焊接牢固，保證縱向定位鋼筋的穩(wěn)定性。

(3)安裝“L”形定位鋼筋

該定位筋為控制二襯鋼筋安裝質(zhì)量的核心因素。“L”形定位鋼筋數(shù)量主要根據(jù)斷面尺寸確定。該工程每模定位筋數(shù)量為56根，其中軸線(xiàn)布置8環(huán)(同環(huán)向定位筋)，每環(huán)7根。

(4)安裝巖面層環(huán)向鋼筋

巖面層環(huán)向鋼筋順接仰拱，并每根鋼筋逐一與巖面層縱向定位筋進(jìn)行綁扎牢固。

(5)安裝巖面層分布筋

為了提升施工進(jìn)度及施工質(zhì)量，在安裝巖面層分布筋時(shí)，需要將內(nèi)層分布筋同時(shí)進(jìn)行定位(臨時(shí)定位)，并在內(nèi)層主筋安裝完成后拆除安裝。該工程分布筋為Φ12螺紋鋼，間距20cm。

(6)測(cè)量放點(diǎn)

為對(duì)二襯鋼筋穩(wěn)定性及保護(hù)層厚度控制發(fā)揮輔助作用，避免在澆筑過(guò)程中產(chǎn)生左右偏移)，由測(cè)量人員對(duì)定位筋進(jìn)行放樣，通常放點(diǎn)3～4環(huán)(二襯端頭處必須放樣)，每環(huán)“L”型定位筋全部測(cè)量，測(cè)量位置為混凝土表面，并在定位筋上進(jìn)行噴漆標(biāo)明，后由現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行拉線(xiàn)至上一板二襯表面，對(duì)所有“L”型定位筋超出混凝土面的位置進(jìn)行切除(切除后的“L”定位筋端頭位置為二襯內(nèi)輪廓線(xiàn)，在切除后要求對(duì)端頭進(jìn)行打磨處理，同時(shí)定位筋與二襯鋼筋為剛接，對(duì)二襯鋼筋穩(wěn)定性及保護(hù)層厚度控制起到輔助作用，避免在澆筑過(guò)程中產(chǎn)生左右偏移)。

(7)安裝混凝土面層縱向定位筋

根據(jù)二襯鋼筋各點(diǎn)預(yù)留量不同，分別針對(duì)拱頂，拱腰及邊墻進(jìn)行控制，并在“L”型控制點(diǎn)處加焊內(nèi)層縱向定位筋；同時(shí)，因?yàn)椤癓”定位筋每環(huán)數(shù)量為7根，在實(shí)際操作中混凝土面層縱向定位鋼筋需增加到9根。

(8)安裝混凝土面層鋼筋主筋

為保證其撓度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)混凝土面層縱向定位鋼筋位置，安裝環(huán)向主筋，并將主筋以此焊接在混凝土面層縱向定位鋼筋上。

(9)安裝混凝土面層分布鋼筋

將預(yù)先定位留存在巖面層的分布筋取下，按照先前設(shè)計(jì)位置綁扎完成，并嚴(yán)格控制綁扎質(zhì)量。

(10)安裝架立鋼筋

架立鋼筋為Φ8盤(pán)圓鋼筋，設(shè)計(jì)分布距離為50cm×20cm(縱×環(huán))，呈梅花型布置，架立筋綁扎時(shí)重點(diǎn)控制其綁扎質(zhì)量，綁扎不僅要求扎絲擰緊還要保證擰旋一圈半以上，而且露頭部分要呈倒“八”字形，嚴(yán)禁扎絲端頭方向一致。

(11)安裝預(yù)制墊塊

按照規(guī)范要求，預(yù)制墊塊每平方米放置3～4個(gè)，布置呈梅花型，用以進(jìn)一步控制其保護(hù)層厚度，綁扎要求同架立鋼筋安裝綁扎。

3 數(shù)據(jù)分析

該隧道V級(jí)圍巖每模二襯鋼筋總重為15 780kg，鋼筋往往在其自重作用下會(huì)產(chǎn)生一定的、不可忽略的撓度變形。通過(guò)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，這種撓度變形會(huì)隨著隧道進(jìn)尺下坡度方向逐漸變大，在二襯筑?；炷翝仓^(guò)程，混凝土的和易性、澆筑順序、振搗方式等同樣也會(huì)對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度產(chǎn)生影響。這種多因素耦合的影響，往往難以通過(guò)簡(jiǎn)單的力學(xué)分析來(lái)定量測(cè)定而進(jìn)行控制。

為了確保該工程二襯施工鋼筋保護(hù)層合格率控制滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，該項(xiàng)目通過(guò)“多次采集、過(guò)程核對(duì)”的方式，對(duì)二襯鋼筋澆筑前后的鋼筋保護(hù)層指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，研究預(yù)留量對(duì)鋼筋保護(hù)成層厚度的影響，并總結(jié)出保護(hù)層預(yù)留控制方法。本研究以第一次和最終調(diào)整后數(shù)據(jù)為例，具體分析如下：

(1)鋼筋綁扎后觀(guān)測(cè)

為進(jìn)一步提高隧道二襯鋼筋保護(hù)層的合格率，該工程在鋼筋綁扎后，由測(cè)量員對(duì)二襯環(huán)向主筋測(cè)量3環(huán)，并對(duì)每條測(cè)線(xiàn)增測(cè)數(shù)據(jù)12根。初始觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)中，各點(diǎn)鋼筋保護(hù)層厚度預(yù)留量均為6cm，在鋼筋綁扎完成后環(huán)向測(cè)量鋼筋保護(hù)層厚度，如圖2所示(以其中一環(huán)為例)。

圖2 鋼筋綁扎完成后環(huán)向測(cè)量鋼筋保護(hù)層厚度圖 (單位：m)

通過(guò)對(duì)圖2綁扎后變形量分析可知，拱頂處鋼筋沉降均在2cm～3cm范圍之內(nèi)(由預(yù)留值6cm減去圖2所示數(shù)據(jù)得出)，拱腰及起拱線(xiàn)位置在鋼筋綁扎完成后較初始綁扎保護(hù)層厚度變化較大，邊墻位置鋼筋相當(dāng)于與仰拱處鉸接。根據(jù)三角拱受力原理及現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)，邊墻位置鋼筋變形量較小，但在靠大樁號(hào)位置(上坡)邊墻及拱腰位置變形量明顯增大。

(2)混凝土澆筑后復(fù)測(cè)

二襯混凝土澆筑拆模后，由實(shí)驗(yàn)室對(duì)5條測(cè)線(xiàn)進(jìn)行檢查 ，并將筑模后混凝土的鋼筋保護(hù)層厚度數(shù)據(jù)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)：數(shù)據(jù))進(jìn)行對(duì)比分析，初次實(shí)驗(yàn)室量測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。其中，圖3～圖4中紅色水平線(xiàn)表示保護(hù)層厚度臨界值。

圖3 混凝土澆筑后測(cè)量數(shù)據(jù)(優(yōu)化前)

通過(guò)對(duì)拱頂、拱腰、邊墻數(shù)據(jù)的分析比對(duì)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楣绊敹ㄎ讳摻畲怪庇谀０?，關(guān)模后拱頂定位筋受模板支撐梁力作用，支撐頂升效果較好，故拱頂數(shù)據(jù)控制相對(duì)容易；而拱腰處數(shù)據(jù)相對(duì)各控制點(diǎn)變化最大。這是因?yàn)閺匿摻畎惭b開(kāi)始，拱腰處就開(kāi)始向外擴(kuò)張，在模板臺(tái)車(chē)定位后重新發(fā)生內(nèi)縮，故而拱腰數(shù)據(jù)會(huì)存在一定的波動(dòng)，給該處的二襯鋼筋保護(hù)層厚度控制帶來(lái)較大的困難；另外，由于邊墻處相當(dāng)于與隧道底面形成鉸接，受外部力影響產(chǎn)生的變形較小，但是一旦發(fā)生偏位，也將直接影響整體保護(hù)層厚度。

(3)最終調(diào)整后確定控制參數(shù)

為最大程度的保證數(shù)據(jù)的合格率(4cm～8cm),經(jīng)過(guò)多次的數(shù)據(jù)調(diào)整與比對(duì)，最終確定如下調(diào)整方案:

①拱頂控制

拱頂最終預(yù)留量定為7cm，預(yù)留量較大的原因是考慮到拱頂?shù)臄?shù)據(jù)一般情況下呈下降趨勢(shì)，較大預(yù)留量可以最大限度地保證拱頂?shù)臄?shù)據(jù)合格率。

②邊墻控制

邊墻最終預(yù)留量定位在6cm(根據(jù)超欠挖情況也可以調(diào)整到7cm)，由于邊墻不會(huì)因?yàn)殇摻畎惭b及模板定位產(chǎn)生過(guò)大變形，故該處控制難點(diǎn)主要在于水平的偏移。針對(duì)這一情況，采用增加控制點(diǎn)方式，即在鋼筋綁扎完成后加密邊墻處定位點(diǎn)，用5cm長(zhǎng)的鋼筋頭焊在主筋上，保證其不會(huì)發(fā)生偏位。

③拱腰控制

拱腰最終預(yù)留量定位在7cm。拱腰控制為二襯保護(hù)層厚度控制的重點(diǎn)，因?yàn)槠鋸匿摻畎惭b到模板定位均會(huì)發(fā)生位移，但在砼澆筑后拱腰又會(huì)內(nèi)縮2cm～3cm；由于曲線(xiàn)段上無(wú)法單純通過(guò)增加定位筋數(shù)量來(lái)進(jìn)行控制，所以目前拱腰控制主要通過(guò)鋼筋下料長(zhǎng)度來(lái)確定，并在鋼筋安裝后拱腰鋼筋保護(hù)層厚度測(cè)量數(shù)據(jù)不應(yīng)低于7cm。

(4)調(diào)整后數(shù)據(jù)初測(cè)

經(jīng)調(diào)整后，該工程二襯保護(hù)層厚度初測(cè)結(jié)果、混凝土澆筑后鋼筋保護(hù)層厚度分別如圖4所示。

圖4 混凝土澆筑后測(cè)量數(shù)據(jù)(優(yōu)化后)

從圖4中可以看出，經(jīng)過(guò)多次的對(duì)于預(yù)留量的控制，已經(jīng)可以基本滿(mǎn)足該工程二襯混凝土保護(hù)層厚度控制的基本要求。滿(mǎn)足業(yè)主交竣工驗(yàn)收的基本要求，其優(yōu)化前后的對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示，優(yōu)化后現(xiàn)場(chǎng)施工效果圖如圖5所示。

表1 優(yōu)化控制前后保護(hù)層厚度合格率對(duì)比表 %

圖5 隧道二襯現(xiàn)場(chǎng)施工效果圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文以五指山山嶺隧道為例，通過(guò)對(duì)二襯施工前后鋼筋的監(jiān)控量測(cè)，優(yōu)化了二襯鋼筋保護(hù)層厚度控制指標(biāo)，將二襯鋼筋保護(hù)層厚度的合格率提高至85%以上，提升了隧道襯砌整體的施工與外觀(guān)質(zhì)量，其各部分控制方式如下：

(1)拱頂控制：拱頂保護(hù)層測(cè)量數(shù)據(jù)一般不會(huì)大于其預(yù)留量，所以只要盡量保證其不大于保護(hù)層合格數(shù)據(jù)上限即可。參考該工程4cm～8cm的合格率，由于在施工過(guò)程拱頂位置鋼筋綁扎后會(huì)因自重產(chǎn)生下?lián)犀F(xiàn)象，而二襯臺(tái)車(chē)定位后拱頂位置鋼筋又會(huì)被臺(tái)車(chē)的頂升回到原來(lái)的位置，故而頂升位移一般不會(huì)使拱頂鋼筋的保護(hù)層厚度變得更大，所以拱頂鋼筋保護(hù)層預(yù)留量建議增大5mm～15mm。

(2)邊墻控制：通過(guò)數(shù)據(jù)分析邊墻的鋼筋綁扎后及澆筑后的位移量一般不會(huì)太大，因?yàn)檫厜μ幍匿摻铍x仰拱較近，相當(dāng)于鉸接于仰拱鋼筋。參考三角拱的受力狀態(tài)模型，邊墻處鋼筋一般不會(huì)隨著鋼筋自重或臺(tái)車(chē)的頂進(jìn)產(chǎn)生較大變化。故而，建議通過(guò)增加定位鋼筋的方式來(lái)保證其居中性，限制水平位移的發(fā)生，保證其保護(hù)層厚度可控。

(3)拱腰控制：拱腰初二襯保護(hù)層厚度數(shù)據(jù)變化最大，但仍有一定的規(guī)律性，主要表征在拱腰處鋼筋保護(hù)層數(shù)值變化較大，砼澆筑后數(shù)據(jù)一般較鋼筋綁扎后數(shù)據(jù)小2cm～3cm。由此可見(jiàn)，該處的鋼筋保護(hù)層厚度控制僅通過(guò)調(diào)整預(yù)留量是不夠的。故而，建議結(jié)合下料長(zhǎng)度來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，同時(shí)拱腰處也可適當(dāng)增加定位筋，提高定位的準(zhǔn)確性，但定位筋不宜過(guò)長(zhǎng)，否則很可能在臺(tái)車(chē)定位過(guò)程中發(fā)生破壞，失去其定位作用。