CN113586066A - 一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，其特征在于：将中隔墙顶与中导洞初支拱顶间的空间划分为3个区域，即墙顶梯形区域与两侧三角形区域，中隔墙基础浇筑后，中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次化浇筑至中导洞拱顶，中隔墙浇筑后进行主洞施工，墙顶两侧三角形区域与主洞初支一体化喷射混凝土回填施工，采用钢花管补充注浆加固，完成中隔墙墙身与墙顶的浇筑。本发明避免了常规施工方法下，因墙顶施工空间极其受限导致的中隔墙墙帽混凝土振捣不密实、强度不足等问题。保障了主洞开挖施工的安全。中隔墙与主洞初支形成的整体结构整体性更好。可有效减少中隔墙产生裂缝和渗漏水的风险。

Description

一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土，特别是一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法。

背景技术

在山区高速公路建设中，因地形起伏较大，采用悬索桥、斜拉桥与隧道相接跨越峡谷、穿越山体的桥隧相接工程越发普遍。因桥梁与公路线形设计问题，隧道与特大桥相接的一端多采用连拱隧道形式，进入山体一定长度后才会逐步过渡至分离式隧道，这使得连拱隧道在高速公路项目中的应用越来越常见。通常，桥隧相连的连拱隧道起始段，为了满足于桥梁相接时的线形设计标准，多采用整体式直中墙连拱隧道形式(图1)。

在连拱隧道施工过程中，因施工工序多，包含中导洞开挖支护→中隔墙基础开挖→中隔墙基础浇筑→中隔墙浇筑→主洞先行洞开挖支护、二衬→主洞后行洞开挖支护、二衬等繁多的步骤，施工过程中围岩原有稳定结构会受到多次反复扰动而使得受力状态异常复杂。在中隔墙浇筑后，中隔墙会经历主洞先行洞开挖、主洞后行洞开挖两个阶段，这两个阶段中隔墙会面临着压、拉、扭等多种受力状态，加之主洞开挖导致隧道开挖断面巨大，若中隔墙施工质量控制不佳，将会导致中隔墙在巨大的外力以及复杂的受力状态下极易出现裂缝、渗漏水等问题，进而影响施工质量以及高速公路运营安全。以贵州为例，根据文献[1]的调研，连拱隧道80％的渗漏均出现在中隔墙上，且三缝渗漏达73％。因此，控制中隔墙的施工质量，确保中隔墙在巨大而复杂的受力状态下不出现裂缝等病害，是连拱隧道施工的关键控制指标之一。

2目前直中墙连拱隧道施工方法分析

目前，针对整体式直中墙连拱隧道的施工，连拱隧道施工顺序如下：①开挖中导洞；②施作中导洞临时支护；③施作中隔墙基础；④施作中隔墙墙身；⑤中隔墙项回填；⑥开挖先行洞；⑦施作先行洞初支；⑧施作先行洞仰拱；⑨先行洞仰拱回填；⑩四整体模筑先行洞二衬；

开挖后行洞；

施作后行洞初支；

施作后行洞仰拱；

后行洞仰拱回填；

整体模筑后行洞二衬(图2)。

图中，工序④与⑤是直中墙连拱隧道施工的关键步骤，对施工的质量起到关键控制作用。在实际施工过程中，该两道工序存在的困难如下：

1、工序④中隔墙墙身浇筑施工，目前通常的工艺为采用普通混凝土，人工分层浇筑，分层振捣密实，由下而上逐层浇筑。在施工过程中，因中导洞内施工作用空间十分狭窄，中隔墙顶至中导洞拱顶净距通常在50-80cm，当工人分层浇筑至墙帽位置时，甚至无法站立作业，只能全程处于弯腰或下蹲姿势，这导致工人施工作业十分不便，进而导致分层浇筑厚度、振捣密实程度等达不到设计与规范要求，最终导致墙帽处混凝土强度不满足设计、出现裂缝等质量问题，且墙帽处为中隔墙受力最为复杂部位，在后续中隔墙承受荷载后，质量问题将进一步加剧；此外，墙帽出排水系统预埋管道、接头等各类预埋设备较多，采用分层浇筑振捣浇筑混凝土，因作业空间狭窄、光线昏暗等问题，混凝土施工时容易触碰到排水系统预埋件，导致管道偏位、接头脱落、堵塞，最终导致排水系统的失效，带来后续渗漏水等问题。

2、工序⑤中隔墙顶回填施工，该工序关系到围岩产生的荷载是否能够均匀的传递至中隔墙，施工中必须保证中隔墙顶与中导洞初支拱顶之间不存在空隙，完全密切，使中隔墙与中导洞初支、以及隧道围岩形成整体，确保中隔墙与围岩受力的整体稳定性。按常规设计及施工方法，中隔墙顶与中导洞初支拱顶间的空间，在主洞洞开挖时，以中隔墙顶部侧缘的空隙为通道，喷射混凝土将墙顶空间进行回填。在施工过程中，因墙顶侧缘缝隙宽度很小，加之光线昏暗，工人喷射混凝土作业时很难清洗看到墙顶内部的实际施工效果，作业过程基本上为“盲操作”，横向喷射混凝土质量极难保证，进而导致回填不密实，墙顶与中导洞初支拱顶间存在空洞，影响围岩力的传递，导致中隔墙受力不均衡，增加中隔墙的受力复杂程度，降低其承载能力，导致裂缝病害的产生，同时给工程运营期埋下质量隐患；同时，空洞的存在，会导致地下水在此聚集，形成水囊，水囊中水无法排出，水压力逐渐增大，影响中隔墙受力。此外，该种在主洞先行洞开挖后再采用喷射混凝土回填的方法，在主洞开挖时，将使新开挖的段落跨度增大(主洞先行洞+中导洞跨度)，而直中墙连拱隧道所在的洞口段往往围岩比较软弱，且经历了多次扰动，在这种情况下，开挖跨度的增加将增大隧道施工的安全风险。

中国专利CN103953366A公开了一种单洞隧道改为连拱时中隔墙顶部原衬砌空腔回填施工方法，该专利适用于现有单洞大拱隧道(即跨度较大隧道)改扩建为连拱隧道的场合，存在几个问题：

(1)因中隔墙顶部区域宽度较大，从先行洞一侧灌注混凝土，若空腔不是整体连续连通的，混凝土灌注很难做到对空腔进行完全填充；此外，针对比灌浆孔最高点高度更高的空腔顶部，采用从侧面低点灌注混凝土的方式，很难有效的对空腔最高点进行有效填充密实，因为混凝土灌注与采用浆液注浆不同，无法对混凝土进行高压灌注，只能以混凝土是否还能继续往里输送作为判定指标，该判别方法难以保证最高点处的密实；

(2)该专利中提到对灌注的混凝土进行振捣密实，实际操作中很难实现，由于顶部空腔通常较小(若存在很大空腔则在既有单洞大拱隧道施工的时候就会填充好)，且关模后混凝土从先行洞侧模灌入，无法采用插入式振捣器分层振捣密实，若在先行洞侧模出设置振捣孔或附着式振捣器，则也仅能振捣紧邻侧模板区域的混凝土，鉴于中隔墙顶宽度大，若存在较大空腔或串状空腔，则空腔大部分区域混凝土无法回填密实，距离先行洞侧模板越远越难以密实。

(3)该专利对中隔墙顶部的空腔采用混凝土回填后，不再进行注浆处理，通常空腔处的岩土体会比较软弱松散，混凝土难以和岩土体进行有效混合形成整体，也就是说回填施工后，与回填混凝土接触的岩土体他依然软弱，对围岩压力的传递依然存在不利的影响。

4、该专利中，若先行洞开挖时发现中隔墙顶存在空洞，则在后行洞该位置，利用先行洞开挖的洞渣将后行洞一侧的既有隧道空腔回填至后行洞的开挖轮廓处，并在洞渣顶施工喷射钢筋混凝土作为中隔墙顶空洞回填的侧模，该方法存在两个问题：

(1)回填的洞渣在后行洞开挖时，需要清挖转运，增加施工成本；

(2)连拱隧道施工时，先行洞开挖后，为防止偏压对中隔墙的不利影响和隧道整体的稳定，在后行洞一侧需采用型钢或方木对中隔墙进行支撑，后行洞洞渣回填会与中隔墙支撑施工产生交叉干扰，施工不便。

综上，该专利技术无法保证中隔墙顶回填的密实，无法保证围岩的压力均匀稳定的传递至中隔墙。该专利更加适用于常规分离式隧道开挖过程中洞顶遇到溶洞等空腔的回填处理，针对中隔墙顶部回填这一关键的工序、核心的受力节点，并不适用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法。一是保证中隔墙墙帽混凝土的密实度、强度；二是减少混凝土施工对排水系统预埋构件的扰动，保证排水系统施工质量；三是保证中隔墙顶回填的密实度，使中隔墙与中导洞初支、围岩结合成整体，保证荷载的均匀传递，提高中隔墙受力的整体稳定性；四是提前中隔墙参与受力的时间，使中隔墙在主洞开挖前即对围岩形成有效支撑，降低主洞开挖的安全风险。

本发明的技术方案：一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，将中隔墙顶与中导洞初支拱顶间的空间划分为3个区域，即墙顶梯形区域与两侧三角形区域，中隔墙基础浇筑后，中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次化浇筑至中导洞拱顶，中隔墙浇筑后进行主洞施工，墙顶两侧三角形区域与主洞初支一体化喷射混凝土回填施工，采用钢花管补充注浆加固，完成中隔墙墙身与墙顶的浇筑。

上述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，所述中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次浇筑采用自密实砼，墙顶梯形区域上方设有流体输送钢管以及钢花管，通过流体输送钢管将自密实砼填充满墙顶梯形区域空间，当自密实砼实际用量大于等于理论用量，且施工段最高点处有泥浆渗出时，墙顶梯形区域空间回填完毕，流体输送钢管用自密实砼填充，封堵管口。

上述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，所述墙顶两侧三角形区域与主洞初支一体化喷射混凝土回填施工为：主洞开挖每一循环后，进行钢拱架立架、铺设钢筋网工作，然后通过揭露出的墙帽顶侧缘通道，采用与主洞初支喷射砼相同规格的喷射砼，对两侧三角形区域进行分层喷射混凝土回填至主洞开挖轮廓线，回填完毕后紧接着进行主洞初支喷射砼施工。

上述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，所述钢花管设置方法为：在隧道纵向上，按2-6m间距布置钢花管，且先行洞与后行洞错开1-3m，交错布置；钢花管焊接固定在中导洞初支型钢拱架上，钢花管采用热轧无缝钢管，在钢管管身钻出压浆孔，压浆孔环向间距20-50cm，钢花管为圆弧形状，其圆弧半径与中导洞初支拱顶内轮廓设计半径相同，钢花管长度比中导洞由拱顶中心线至主洞初支内轮廓弧长大10-20cm，钢花管安设后，用塑胶泥临时封堵孔口防止被喷射混凝土堵塞。注浆选用超细水泥浆通过钢花管对墙顶回填区域进行补充注浆，当注浆压力达到设计终压并稳定5min以上，结束该点注浆；每根管注浆结束后，封堵注浆管口。

上述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，具体施工流程为：

1、开挖中导洞；

2、施作中导洞临时支护；

3、施作中隔墙基础；

4、中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次化浇筑；

5、开挖主洞先行洞；

6、墙顶三角形区域一体化回填与先行洞初支；

7、施作先行洞仰拱；

8、先行洞仰拱回填；

9、整体模筑先行洞二衬；

10、开挖后行洞；

11、墙顶三角形区域一体化回填与后行洞初支；

12、施作后行洞仰拱；

13、后行洞仰拱回填；

14、整体模筑后行洞二衬。

本发明的有益效果：本发明具有如下特点：

1、避免了常规施工方法下，因墙顶施工空间极其受限导致的中隔墙墙帽混凝土振捣不密实、强度不足等问题，自密实混凝土浇筑保证了中隔墙的施工质量；同时，自密实混凝土的使用，无需人工振捣，极大的降低了施工操作难度，减少了混凝土施工对排水系统预埋设施的不利干扰，对保障排水系统正常工作具有积极作用。

2、中隔墙墙顶中部区域与中隔墙一体化回填，使中隔墙承受定位围岩荷载的时间提前，在主洞开挖阶段即可对开挖断面顶部岩体形成有效支撑，保障了主洞开挖施工的安全。

3、墙顶侧缘在开挖主洞后，与主洞初支喷射砼一体化施工，因墙顶中部区域以提前浇筑，使侧缘喷射砼回填施工难度降低，施工质量易于控制，且使中隔墙与主洞初支形成的整体结构整体性更好，对来自围岩的荷载传递更有利，可有效改善中隔墙的受力状态，避免局部荷载集中，导致裂缝等病害的产生。

4、采用补充注浆的方法对墙顶一体化回填施工可能存在的空洞进行填充，确保墙顶回填的密实，使中隔墙与围岩密贴，避免形成积水，保证了荷载的均匀传递，可有效减少中隔墙产生裂缝和渗漏水的风险。

和中国专利CN103953366A，单洞隧道改为连拱时中隔墙顶部原衬砌空腔回填施工方法相比，本专利具有以下特点：

1、中隔墙采用自密实混凝土施工。为防止中隔墙施工至顶部位置时，因作业空间不足导致的振捣不密实等问题，本专利中隔墙采用自密实混凝土浇筑，无需人工振捣，也能保证中隔墙顶部混凝土的施工质量；

2、中隔墙顶部空间，采用自密实混凝土与中隔墙一体化回填，无需人工振捣，可保证墙顶回填混凝土的密实度和施工质量，墙顶两侧缘空洞采用喷射混凝土回填，因中隔墙中部以一次性浇筑到顶，无需安设钢筋网等，可分层喷射回填密实；

3、在采用自密实混凝土和喷射混凝土对顶部空间进行回填后，为防止存在空洞或土体软弱等情况，本专利通过预埋的注浆管进行补充压力注浆，在对可能存在的个别细小空洞进行回填密实的同时，也对上部围岩岩土体进行充分加固。

附图说明

附图1为整体式直中墙连拱隧道结构示意图；

附图2为整体式直中墙连拱隧道施工流程图；

附图3为本发明中隔墙顶一体化回填结构示意图；

附图4为本发明中隔墙顶一体化回填施工流程图；

附图5为本发明墙顶一体化回填结构示意图；

附图6为本发明流体输送钢管预埋结构图；

附图7为本发明钢花管预埋结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

本发明的实施例1：一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，将中隔墙顶与中导洞初支拱顶间的空间划分为3个区域，即墙顶梯形区域与两侧三角形区域，中隔墙基础浇筑后，中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次化浇筑至中导洞拱顶，中隔墙浇筑后进行主洞施工，墙顶两侧三角形区域与主洞初支一体化喷射混凝土回填施工，采用钢花管补充注浆加固，完成中隔墙墙身与墙顶的浇筑。为杜绝墙顶一体化回填施工可能存在的不密实问题，在中隔墙钢筋安装关模前，在中导洞拱顶预埋钢花管，待主洞初支施工完成后，进行注浆填充，确保中隔墙顶回填密实。通过墙顶中部梯形区域与中隔墙采用自密实混凝土一体化浇筑，浇筑过程无需振捣施工即可保证混凝土密实与强度，可以将施工中工人对施工质量的影响大幅降低，同时也可去除振动作业对预埋排水系统设备的不利扰动；此外，中部区域整体浇筑回填至中导洞拱顶，可使中隔墙在主洞开挖前即对围岩形成支撑作用，在主洞开挖后，对开挖断面洞顶形成有效支撑，减小开挖断面跨度，降低施工安全风险。墙顶两侧三角形区域在主洞初支喷射砼施工时进行一体化回填，因墙顶中部已回填至洞顶，两侧回填范围小、回填量少，施工难度低，易于回填密实；该中隔墙顶一体化回填施工方法结合钢花管补偿注浆，极大减小了墙顶空洞存在的可能，使中隔墙、中导洞与主洞初支、围岩三者紧密粘结形成整体，更加有利于围岩荷载经初支均匀传递至中隔墙，使中隔墙受力均衡，提高中隔墙与主洞支护结构的整体性和受力稳定性，最终保障直中墙连拱隧道的施工质量。

所述中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次浇筑采用自密实砼，墙顶梯形区域上方设有流体输送钢管以及钢花管，通过流体输送钢管将自密实砼填充满墙顶梯形区域空间，当自密实砼实际用量大于等于理论用量，且施工段最高点处有泥浆渗出时，墙顶梯形区域空间回填完毕，流体输送钢管用自密实砼填充，封堵管口。

所述墙顶两侧三角形区域与主洞初支一体化喷射混凝土回填施工为：主洞开挖每一循环后，进行钢拱架立架、铺设钢筋网工作，然后通过揭露出的墙帽顶侧缘通道，采用与主洞初支喷射砼相同规格的喷射砼，对两侧三角形区域进行分层喷射混凝土回填至主洞开挖轮廓线，回填完毕后紧接着进行主洞初支喷射砼施工。

所述钢花管设置方法为：在隧道纵向上，按2-6m间距布置钢花管，且先行洞与后行洞错开1-3m，交错布置；钢花管焊接固定在中导洞初支型钢拱架上，钢花管采用热轧无缝钢管，在钢管管身钻出压浆孔，压浆孔环向间距20-50cm，钢花管为圆弧形状，其圆弧半径与中导洞初支拱顶内轮廓设计半径相同，钢花管长度比中导洞由拱顶中心线至主洞初支内轮廓弧长大10-20cm，钢花管安设后，用塑胶泥临时封堵孔口防止被喷射混凝土堵塞。注浆选用超细水泥浆通过钢花管对墙顶回填区域进行补充注浆，当注浆压力达到设计终压并稳定5min以上，结束该点注浆；每根管注浆结束后，封堵注浆管口。

具体施工流程为：

1、开挖中导洞；

2、施作中导洞临时支护；

3、施作中隔墙基础；

4、中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次化浇筑；

5、开挖主洞先行洞；

6、墙顶三角形区域一体化回填与先行洞初支；

7、施作先行洞仰拱；

8、先行洞仰拱回填；

9、整体模筑先行洞二衬；

10、开挖后行洞；

11、墙顶三角形区域一体化回填与后行洞初支；

12、施作后行洞仰拱；

13、后行洞仰拱回填；

14、整体模筑后行洞二衬。

特点是将常规施工方法中的工序⑤进行分解，融合到其他工序中。

工艺控制要点

墙顶一体化回填施工

墙顶一体化回填施工包括中隔墙墙身与墙顶一体化自密实混凝土浇筑以及主洞初支与墙顶侧缘喷射混凝土一体化回填两个工序。

墙身与墙顶一体化自密实砼浇筑

1、墙身与墙顶自密实砼浇筑

为避免采用普通混凝土浇筑中隔墙当施工至墙帽部位时，因空间极其受限、工人操作不便导致的分层厚度过大、振捣密实不到位、振捣对排水系统设施不利扰动等问题带来的中隔墙开裂、渗漏水等质量隐患，本工艺采用自密实砼进行中隔墙墙身与墙顶进行浇筑，充分利用自密实混凝土在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的特点，保证墙体混凝土的密实性和强度，同时无需振捣作业亦不会对埋置的排水系统设施产生不利扰动。

2、墙身与墙顶一体化浇筑

为解决墙顶空间在主洞开挖后再采用喷射混凝土通过主洞开挖后露出的缝隙进行横向喷射回填时，墙顶回填区域过大、操作空间狭小、无法查看施工质量等施工限制条件带来的回填不密实，进而导致的空洞、中隔墙受力不均衡，承载能力差等问题，同时也为了使中隔墙提早受力，减少主洞开挖时的开挖跨度，保证开挖安全，中隔墙墙顶中部区域与中隔墙一体化浇筑，一次性浇筑至中导洞初支拱顶。中隔墙施工按钢筋→排水系统预埋→关模→混凝土浇筑的顺序进行，中隔墙墙帽关模时，将模板延伸至中导洞初支内轮廓(图5)，采用自密实混凝土一次性浇筑。

混凝土浇筑过程中，为保证墙顶浇筑的密实，时中隔墙与围岩充分接触，进行最后混凝土回填浇筑时，需将混凝土泵管管口设置于浇筑区域的最高点。

Claims (5)

1.一种连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，其特征在于：将中隔墙顶与中导洞初支拱顶间的空间划分为3个区域，即墙顶梯形区域与两侧三角形区域，中隔墙基础浇筑后，中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次化浇筑至中导洞拱顶，中隔墙浇筑后进行主洞施工，墙顶两侧三角形区域与主洞初支一体化喷射混凝土回填施工，采用钢花管补充注浆加固，完成中隔墙墙身与墙顶的浇筑。

2.根据权利要求1所述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，其特征在于：所述中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次浇筑采用自密实砼，墙顶梯形区域上方设有流体输送钢管以及钢花管，通过流体输送钢管将自密实砼填充满墙顶梯形区域空间，当自密实砼实际用量大于等于理论用量，且施工段最高点处有泥浆渗出时，墙顶梯形区域空间回填完毕，流体输送钢管用自密实砼填充，封堵管口。

3.根据权利要求1所述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，其特征在于：所述墙顶两侧三角形区域与主洞初支一体化喷射混凝土回填施工为：主洞开挖每一循环后，进行钢拱架立架、铺设钢筋网工作，然后通过揭露出的墙帽顶侧缘通道，采用与主洞初支喷射砼相同规格的喷射砼，对两侧三角形区域进行分层喷射混凝土回填至主洞开挖轮廓线，回填完毕后紧接着进行主洞初支喷射砼施工。

4.根据权利要求1所述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，其特征在于：所述钢花管设置方法为：在隧道纵向上，按2-6m间距布置钢花管，且先行洞与后行洞错开1-3m，交错布置；钢花管焊接固定在中导洞初支型钢拱架上，钢花管采用热轧无缝钢管，在钢管管身钻出压浆孔，压浆孔环向间距20-50cm，钢花管为圆弧形状，其圆弧半径与中导洞初支拱顶内轮廓设计半径相同，钢花管长度比中导洞由拱顶中心线至主洞初支内轮廓弧长大10-20cm，钢花管安设后，用塑胶泥临时封堵孔口防止被喷射混凝土堵塞。注浆选用超细水泥浆通过钢花管对墙顶回填区域进行补充注浆，当注浆压力达到设计终压并稳定5min以上，结束该点注浆；每根管注浆结束后，封堵注浆管口。

5.根据权利要求1所述的连拱隧道整体式直中墙墙顶一体化回填浇筑方法，其特征在于：具体施工流程为：

1、开挖中导洞；

2、施作中导洞临时支护；

3、施作中隔墙基础；

4、中隔墙墙身与墙顶梯形区域一次化浇筑；

5、开挖主洞先行洞；

6、墙顶三角形区域一体化回填与先行洞初支；

7、施作先行洞仰拱；

8、先行洞仰拱回填；

9、整体模筑先行洞二衬；

10、开挖后行洞；

11、墙顶三角形区域一体化回填与后行洞初支；

12、施作后行洞仰拱；

13、后行洞仰拱回填；

14、整体模筑后行洞二衬。

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