金大春

(北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司建筑工程總承包部，北京 100088)

鋼制波紋管作為一種新材料及新結(jié)構(gòu)在國外應(yīng)用已有近100年歷史，我國從1965年開始借鑒使用，到2001年開始大范圍使用，使用時間雖短，但其有安裝速度快、質(zhì)量小、耐久性好、適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，具有工序少、施工簡單、綠色環(huán)保、降低成本、縮短工期等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合復(fù)雜山地條件下高寒凍土地區(qū)，具有廣闊的發(fā)展前景，可廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、市政、礦山等多個領(lǐng)域。

1 工程概況

1.1 項目概況

為保證高山滑雪項目奧運(yùn)賽時的正常運(yùn)行組織和賽后運(yùn)營要求，修建高山滑雪中心技術(shù)道路，作為壓雪車和工程維護(hù)車輛通行的通道，同時在賽后部分技術(shù)道路可作為大眾雪道開放運(yùn)營。為滿足技術(shù)道路相關(guān)功能要求，在技術(shù)道路J8線K0+092—K0+148和J7線K0+004—K0+042處各設(shè)置1座隧道下穿高山滑雪道，作為高山滑雪技術(shù)道路的連接通道?，F(xiàn)以J7鋼制波紋管隧道為例，探討施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)。隧道投影長度38m，縱坡12%；鋼制波紋管為馬蹄形，跨徑10.468m，矢高7.29m。隧道橫斷面如圖1所示。

圖1 隧道橫斷面(單位：cm)

1.2 地質(zhì)概況

場地巖漿活動強(qiáng)烈，侵入巖和噴出巖均十分發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造整體發(fā)育一般，未見明顯的斷裂構(gòu)造。根據(jù)勘探地層揭露，并按地層巖性及工程特性劃分為3個大層，分別為：耕織土①層，分布厚度0.30～0.50m，灰黑色、稍密、稍濕、含植物根莖等；第四紀(jì)崩坡積碎土⑤層，厚度3～6m，主要為花崗巖受風(fēng)化、節(jié)理裂隙切割的碎塊、塊石，粒徑一般為0.5～3m；燕山晚期中風(fēng)化花崗巖⑥層，廣泛分布，巖體較破碎～較完整，巖芯多呈柱狀。隧道分布于山脊，無地下水賦存。

2 工程難點(diǎn)分析

1)地質(zhì)條件 擬建場地基巖上覆蓋有厚度差異很大且不均勻的碎石類土，自然山體斜坡較穩(wěn)定，隧道場地類別為Ⅱ類，冬季最低氣溫可達(dá)-30℃， 屬高寒凍融地區(qū)。根據(jù)地質(zhì)勘察資料分析，場地對建筑抗震一般。

2)運(yùn)輸條件 場地?zé)o施工道路，需施工臨時便道，因山體坡度大，臨時便道坡度較大，一般運(yùn)輸車輛難以通行，需采用六驅(qū)車進(jìn)行材料運(yùn)輸。

3)工期 受制于現(xiàn)場施工條件，為保證2019年完工且具備高山滑雪世界杯測試賽條件，有效工期僅4個月，工期緊。

3 施工方案比選

考慮現(xiàn)場施工條件，如采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，材料運(yùn)輸量大，運(yùn)輸困難，工期、質(zhì)量難以保證，成本較高。鋼制波紋管具有較大的橫向補(bǔ)償位移能力，對徹底解決隧道因融沉而導(dǎo)致的破壞較有效。經(jīng)過綜合比選，該隧道結(jié)構(gòu)采用裝配式鋼制波紋管結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)點(diǎn)如下。

1)結(jié)構(gòu)受力合理，荷載分布均勻，具有一定的抗變形能力，特別適用于礦山采空區(qū)及混凝土澆筑困難的深溝深壑，可避免地基變形造成的不均勻沉降對隧道的破壞，確保隧道安全。

2)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，工廠規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)周期短，效率高，有利于降低成本，提高質(zhì)量。

3)工期短、造價低、安裝方便、有利于環(huán)保、耐久性好，對基礎(chǔ)要求較低[4]。

4)施工不受季節(jié)及環(huán)境影響。

5)后期養(yǎng)護(hù)工作量小，養(yǎng)護(hù)成本低。

6)減少混凝土用量、施工現(xiàn)場濕作業(yè)及勞動力。

4 施工技術(shù)

4.1 鋼制波紋管制作

隧道采用馬蹄形鋼制波紋管，如圖2所示，既滿足受力要求，又滿足建筑界限要求。馬蹄形鋼制波紋管采用Q345熱軋鋼板制作，鋼板屈服強(qiáng)度應(yīng)≥345MPa，抗拉強(qiáng)度應(yīng)≥490MPa。鋼管壁厚為7.75mm，波高140mm，波距381mm，表面為熱浸鍍鋅,鍍鋅量≥600g/m2，平均厚度≥84μm。鋼制波紋管采用分片波紋板搭接而成，每延米圓周7片板，如圖3所示，利用高強(qiáng)螺栓連接緊固，密封膠密封。

圖2 鋼制波紋管大樣

圖3 鋼制波紋管展開示意

分片波紋板采用工廠化加工，單片加工完成后，在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝以檢查和校核橢圓各項技術(shù)參數(shù)及拼接部位嚴(yán)密性，檢查合格后對分片波紋管進(jìn)行編號，后期現(xiàn)場按廠內(nèi)編號順序進(jìn)行安裝。

4.2 基槽開挖

因涵洞縱向坡度為12%，為避免建成后的涵洞縱向滑移，基坑縱向開挖采用凹凸型。

隧道基礎(chǔ)地質(zhì)條件為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，基坑開挖先采用挖掘機(jī)配合破碎炮挖至凹凸抗滑槽頂面，然后再開挖凹凸槽，為避免對基底的擾動并保證形成完整的凹凸抗滑移槽，基槽采用機(jī)械配合人工開挖。

4.3 抗滑移措施設(shè)置

因隧道縱坡坡度為12%，故設(shè)置抗滑移措施。在拱底楔形部位C30混凝土增強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)及端墻管結(jié)構(gòu)周邊，焊接間距100cm×100cm、伸入基礎(chǔ)50cm的φ25鋼筋。鋼筋與鋼制波紋管焊接時，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，防止損傷鋼管，焊接后嚴(yán)格按鋼管防腐要求進(jìn)行補(bǔ)充涂刷。

同時，注意焊接鋼筋應(yīng)避開鋼管接縫及其防水材料，焊接鋼筋穿透部分防水卷材應(yīng)用丙烯酸聚合物水泥防水涂料(厚1.5mm，內(nèi)置2道專用加筋布LEAC防水涂料I型)涂抹。

4.4 鋼制波紋管安裝

波紋板拼接時，先拼裝第1圈B板片，以此為起點(diǎn)向下游延伸，直至下游。在現(xiàn)場豎向平躺B板片安裝，板片搭接后，采用撬杠輔助對正連接孔，螺栓套上墊圈由內(nèi)向外插入孔位，對面套上墊圈及螺母，利用套筒扳手預(yù)緊螺母。依次拼裝板片成環(huán)。第1圈B板片安裝完成后，再安裝A板片，采用起重機(jī)吊起，根據(jù)現(xiàn)場邊點(diǎn)定位及穩(wěn)定。吊起定位完成后，再逐片安裝剩余A板片，依此順序完成全部板片安裝，如圖4所示[5]。

圖4 波紋管拼裝示意

1)鋼制波紋管結(jié)構(gòu)安裝前，檢查結(jié)構(gòu)底部基礎(chǔ)平整度、標(biāo)高，確定結(jié)構(gòu)中心線、中間點(diǎn)。

2)組裝波紋管結(jié)構(gòu)時，在隧道內(nèi)放置1個可移動的組裝工作平臺，便于組裝作業(yè)。

3)螺栓組裝時，采用松螺栓組裝法。即各螺孔插入螺栓，套上螺母后，稍初擰，待全部塊件組裝完畢后，再逐個擰緊螺母。使用機(jī)動扳手時，擰扳時間應(yīng)持續(xù)2～3s。波紋管連接大樣如圖5所示。

圖5 波紋管連接大樣

4)氣割波紋管時，需確保被氣割的邊緣無氧化物和毛刺。鍍鋅保護(hù)層遭破壞之處，涂刷乳化瀝青等防腐涂料。

5)整個結(jié)構(gòu)安裝或拼裝完成后，使用千斤頂校正整道結(jié)構(gòu)，使其中心在所規(guī)定的中心線上。

6)鋼制波紋管結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓緊固前，在板縫連接處利用耐候密封膠密封。

隧道完工后，檢查驗收項目及允許偏差如表1所示[6]。

表1 隧道檢查項目及允許偏差

4.5 防水施工

波紋管拱體敷設(shè)就位、拼裝完成后及回填前進(jìn)行密封防腐處理的現(xiàn)場作業(yè)。在結(jié)構(gòu)板重疊搭接、圓管端部接合及緊固件連接的螺栓孔空隙處利用耐候膠填封，可通過專用膠槍注涂，固化后以提高圓結(jié)構(gòu)整體密封性。

外壁最大腰部以上拱體(結(jié)構(gòu)體)在結(jié)構(gòu)板重疊搭接、圓管端部接合及緊固件連接的螺栓孔空隙處進(jìn)行二次防水處理，宜采用高分子P類防水卷材(全厚度≥1.7mm，主材厚度1.2mm)。鋪設(shè)范圍至搭接縫處最外邊緣≥30cm，防水卷材搭接≥30cm。同時，為防止回填過程中回填料對防水卷材的損傷，防水卷材外設(shè)置5cm厚細(xì)石砂漿保護(hù)層。

拱底C30增強(qiáng)區(qū)外側(cè)全包防水卷材，宜采用高分子P類防水卷材，性能指標(biāo)同上。外包防水層外豎向設(shè)置黏土磚保護(hù)，水平方向設(shè)置5cm厚細(xì)石混凝土保護(hù)層。

4.6 隧道回填

1)鋼制波紋管結(jié)構(gòu)回填 在管兩側(cè)對稱、均衡回填。楔形部位回填采用C30混凝土，增強(qiáng)回填區(qū)回填高度為3.4m，采用模筑法施工，模板支撐采用鋼木組合體系，面板采用12mm厚多層板，背楞采用方木，支撐采用φ48鋼管。澆筑混凝土?xí)r分7次澆筑，每層澆筑厚度約為50cm，采用振動棒振搗。要嚴(yán)格控制分層厚度，并兩側(cè)對稱澆筑。

填土分層攤鋪，逐層壓實，每層壓實厚度≤25cm，壓實度與該處路基壓實度一致。在鋼制波紋管結(jié)構(gòu)頂及兩側(cè)3/4管徑寬度范圍內(nèi)的填土，應(yīng)著重夯實。除可使用小型振動夯夯實外，其他位置可采用與一般路基相同的壓實機(jī)具，但荷載應(yīng)≤140kN。在填土過程中，特別是跨度較大結(jié)構(gòu)，要隨時觀測鋼制波紋管隧道殼體變形是否超過容許值，以便及時改變填土方式。在鋼制波紋管隧道頂填土未達(dá)到設(shè)計標(biāo)高時，禁止一切機(jī)動車輛通行。當(dāng)管頂已填足最小厚度，但仍不允許重型夯錘在其上作業(yè)，以免損壞鋼制波紋管及鄰近填土。除鋼制波紋管結(jié)構(gòu)兩側(cè)特殊回填區(qū)外，其余部分回填料應(yīng)采用砂礫回填至1/2管徑高度處，管頂回填可采用一般路基用土。在距鋼制波紋管結(jié)構(gòu)30cm范圍內(nèi)，不得填筑邊長>8cm石塊、混凝土塊、凍土塊、高塑性黏土塊或其他有害物質(zhì)。結(jié)構(gòu)兩側(cè)回填應(yīng)對稱施工，分層回填，每層厚度為25cm。

2)設(shè)置減載板 距拱頂50cm設(shè)置20cm厚、兩側(cè)寬度超過結(jié)構(gòu)跨徑各3m的C30鋼筋混凝土減載板。減載板內(nèi)設(shè)置2層間距10cm×10cm HRB400φ16鋼筋網(wǎng)。減載板沿隧道縱向設(shè)置1道沉降縫，并在縫內(nèi)填充密實橡膠板或遇水膨脹橡膠條。

3)壓實 結(jié)構(gòu)近處利用機(jī)械夯實，管底下方楔形部位利用粗砂水密法或振動棒振實。結(jié)構(gòu)兩側(cè)回填應(yīng)采用振動壓路機(jī)壓實，壓實度≥96%。結(jié)構(gòu)上方回填厚度<60cm時，采用手扶振動壓路機(jī)壓實或采用<6t的靜碾壓路機(jī)壓實，壓實度≥96%；當(dāng)隧道頂填土>60cm后，方可采用≤14t重型壓路機(jī)施工，每層厚度25cm，壓實度≥96%。

5 隧道監(jiān)測

在隧道中間及兩端設(shè)置3個監(jiān)測斷面，每個斷面布置4個監(jiān)測點(diǎn)，共布置12個監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)布置如圖6所示。通過對隧道矢高、跨徑連續(xù)監(jiān)測可知，矢高、跨徑變形符合設(shè)計要求。

圖6 斷面監(jiān)測點(diǎn)布置

6 結(jié)語

2022年北京冬奧會高山滑雪工程J7，J8技術(shù)道路隧道下穿高山雪道，采用裝配式鋼制波紋管隧道結(jié)構(gòu)形式，波紋管隧道采用工廠化預(yù)制生產(chǎn)，現(xiàn)場分片安裝施工，提高了隧道施工精度，減少了施工現(xiàn)場濕作業(yè)，降低了勞動強(qiáng)度、減少了現(xiàn)場工作量，有效保證了工程質(zhì)量和施工安全，加快了施工進(jìn)度。