传统的隧道二次衬砌 (以下简称“二衬”) 混凝土浇筑需要频繁更换接泵管才能实现对衬砌台车各窗口的混凝土浇筑, 由于接管时间长, 往往容易堵塞泵管, 混凝土浇筑因间隔时间过长往往引起冷缝等质量问题, 同时施工人员操作极为不便, 衬砌台车每层单侧往往仅用1个窗口布料, 其他窗口仅作为振捣混凝土使用, 而衬砌台车长10~12m, 单窗口布料必定引起布料不均, 浇筑过程中混凝土容易发生离析等问题, 进而引起混凝土强度不足、蜂窝麻面等质量问题, 浇筑后的混凝土外观质量较差, 同时施工效率也比较低。

为进一步治理隧道衬砌混凝土质量通病, 提高二衬施工效率, 通过优化二衬台车设计, 采用衬砌混凝土逐窗入模浇筑系统, 改变传统的接管浇筑混凝土方式, 通过简单的阀门控制实现衬砌混凝土均匀布料, 提升二衬混凝土整体质量, 提高施工工效。

为更好地进行衬砌台车分流系统设计, 以取得更优的使用效果, 项目在衬砌台车定制阶段进行综合设计, 避免了台车进场后花费大量的精力和时间改造衬砌台车, 保证良好的使用效果。

杭绍台高速公路大砩口隧道设计为双洞单线分离式结构, 隧道为单线双车道, 净宽/净高为11.0m/5.0m, 最大开挖断面105m²。隧道设计衬砌混凝土内轮廓半径r=580cm, 隧道结构如图1所示。衬砌台车模板外圆半径R放大5cm至R=585cm, 台车高793cm, 宽1 170cm, 如图2所示。为避免衬砌混凝土浇筑时隧道通风管干扰, 保证通风管道的顺直度、提升空气质量, 衬砌台车预留直径D=150cm的通风管道孔。

1) 二衬台车混凝土浇筑窗口设计二衬台车长12.15m (其中15cm的搭接长度) , 一次性施工衬砌混凝土长12m, 面板总高7.93m。混凝土每层浇筑下落高度≤2m, 每侧布置3排浇筑窗口, 浇筑窗口层间距为2m, 拱顶浇筑窗口浇筑高1.93m。同时, 按照均匀布料的原则, 每个窗口布料范围控制在R₁=1.8~2.0m, 每侧每排布置3个浇筑窗口为宜, 纵向窗口距离控制在3m左右, 左右两侧浇筑窗口对称布置以方便布置分流系统, 浇筑窗口编号如表1所示。浇筑窗口布置如图3所示。

2) 混凝土分流槽设计分流槽由主料斗、三通分流槽、分流串筒、溜槽4部分组成, 其中主料斗、三通分流槽、溜槽采用5mm厚的钢板制作, 分流串筒采用管径30cm、壁厚5mm的钢管制作。主料斗上口尺寸为60cm×60cm, 下口尺寸50cm×25cm, 高50cm;分流串筒顶部设置漏斗, 漏斗上口直径为50cm, 下口直径30cm, 高40cm;溜槽宽30cm, 深13cm。分流串筒如图4所示。

因第3排浇筑窗口位置较高, 经现场试验, 溜槽至少保证i=25%的坡度才能实现泵送混凝土的顺利浇筑。为实现第3排窗口布料系统, 主料斗上口距离衬砌台车顶部50cm, 主料斗与拱顶浇筑窗口错开布置以避免干扰。分流系统共设置2个主料斗、三通分流槽3排共10个、分流串筒2排共8个、溜槽3排共18个, 3个拱顶浇筑软管, 具体编号及位置布置如表2所示, 分流系统设计如图5所示。

衬砌混凝土采用泵送混凝土, 坍落度180~200mm, 混凝土使用地泵通过泵管输送至主料斗, 通过分流槽、分流串筒、溜槽、浇筑软管依次从第1, 2, 3排及拱顶窗口浇筑混凝土。当需更换混凝土浇筑窗口时, 通过插销控制浇筑混凝土的流向。混凝土浇筑每层厚度≤30cm, 两侧对称均匀浇筑, 拱顶混凝土采用软管连接预留泵管进行浇筑。为保证混凝土施工质量, 混凝土浇筑时应注意以下几点。

1) 泵送混凝土入模混凝土的入模温度应视洞内温度而调整。冬季施工时, 混凝土的入模温度应≥5℃;夏季施工时, 混凝土的入模温度不宜高于洞内温度且宜≤30℃。对混凝土拌合物的坍落度进行测定, 测定值应符合理论配合比的要求, 混凝土泵送的坍落度不宜过大以避免离析或沁水;并对混凝土拌合物的水胶比进行测定, 测定值应符合施工配合比的要求。

2) 两侧仰拱顶面进行凿毛并用高压水冲洗干净、排净积水, 清洗后混凝土表面在浇筑前应保持洁净和湿润。

3) 混凝土浇筑应保持连续性, 如因故中止且超过允许间歇时间, 则应按施工缝处理, 混凝土允许间歇时间 (下层混凝土浇筑完成到上层混凝土浇筑间隔时间) :混凝土浇筑时气温为20~30℃时, 间隔35min;10~19℃时, 间隔50min;5~9℃时, 间隔65min。

4) 混凝土应使用插入式振捣棒结合平板振捣器进行振捣, 每个位置的振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出气泡、并开始泛浆为准。振捣器距模板的垂直距离不应小于振捣器有效半径的1/2, 并不得触动钢筋及预埋件。

5) 因从分流系统关闭混凝土输送到混凝土经分流系统至浇筑窗口需要一定时间, 为防止混凝土从浇筑窗口溢出造成抛洒和浪费, 每个浇筑窗口浇筑混凝土时, 混凝土面至浇筑窗口底部30cm时停止输送混凝土。每层浇筑窗口浇筑混凝土完成后对该层的分流槽进行清洗, 防止初凝后混凝土清理困难, 造成后续混凝土浇筑时发生堵塞等。

经外观及试验对比, 采用逐窗入模系统浇筑后, 二衬外观质量明显提升, 优化后的工艺无蜂窝麻面、冷缝等质量通病, 且色泽均匀。随机抽取采用逐窗入模系统前后的衬砌混凝土强度进行对比, 结果如表3所示, 取芯、地质雷达扫描 (见图6) 判断, 采用逐窗入模后布料均匀、强度稳定, 随机抽取的30m地质雷达波形较好, 二衬混凝土真正实现内实外美。经过对比发现, 采用传统的施工工艺, 每模二衬浇筑时间约为10.5h, 采用逐窗入模系统浇筑仅需8h, 每模二衬节省施工时间2.5h, 极大地提高了二衬施工效率, 操作人员从以前的6~8人减少至4人, 节省劳动力和施工成本。

通过优化传统的二衬混凝土浇筑工艺, 保证混凝土浇筑均匀、匀速, 经过外观及超声波无损检测, 采用逐窗入模系统后, 二衬混凝土外观及实体质量得到有效提升, 混凝土强度不足、砂线、蜂窝麻面、冷缝等质量通病得到有效治理, 因其操作简单, 也大大提高了施工效率, 改善了施工人员的作业条件, 节省了劳动力及施工成本。