隧洞开挖后,为了使围岩不致因暴露时间太久而引起风化、松动或塌落,需尽快进行衬砌或支护。对于水工隧洞来说,衬砌还可以减小糙率,增大隧洞的输水能力。隧洞衬砌是一种永久性的支护,根据使用材料的不同可分为现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌、混凝土预制块或块石衬砌等。这里仅介绍现浇钢筋混凝土衬砌。

1.混凝土衬砌的分段与分块

由于隧洞一般较长,衬砌混凝土需要分段浇筑。当衬砌在结构上设有永久伸缩缝时,永久缝即可作为施工缝；当永久缝间距过大或无永久缝时,则应设施工缝分段浇筑,分段长度视断面大小和混凝土浇筑能力而定,一般可取6～18m。为了提高衬砌的整体性,施工缝应进行处理。分段方式有以下两种。

(1)浇筑段之间设伸缩缝或施工缝。各衬砌段长度基本相同,如图11.16所示。可采用顺序浇筑法或跳仓浇筑法施工。顺序浇筑时,一段浇筑完成后,需等混凝土硬化再浇筑相邻一段,施工缓慢；而跳仓浇筑时,是先浇奇数号段,再浇偶数号段,施工组织灵活,进度快,但封拱次数多。

(2)浇筑段之间设空档。如图11.17所示,空档长度1m左右,可使各段独立浇筑,大部分衬砌能尽快完成,但遗留空档的混凝土浇筑比较困难,封拱次数很多。当地质条件不利、需尽快完成衬砌时才采用这种方式。

图11.16　浇筑段之间设伸缩缝

1—浇筑段；2—缝；3—止水

图11.17　浇筑段之间设空档

1—浇筑段；2—空档；3—缝；4—止水

混凝土衬砌,除了在纵向分段外,在横向还应分块。一般分成顶拱、边墙(边拱)、底拱等四块,如图11.18为圆断面衬砌分块示意图。分块接缝位置应设在结构弯矩和剪力较小的部位,同时应考虑施工方便。分缝处应有受力钢筋通过,缝面亦需进行凿毛处理,必要时还应设置键槽和插筋。

图11.18　圆形隧洞衬砌断面的分块

1—顶拱；2—边墙；3—底拱

隧洞横断面上各块的浇筑顺序是：先浇筑底拱(底板),然后是边墙和顶拱。在地质条件较差时,也可以先浇筑顶拱,再浇筑边墙和底拱,此时由于顶拱混凝土下方无支托,应注意防止衬砌的位移和变形,并做好分块接头处的反缝的处理。对反缝,除按一般接缝处理外,还需进行接缝灌浆。

2.隧洞衬砌的模板

隧洞衬砌用的模板,随浇筑部位的不同,其构造和使用特点也不同。

(1)底拱模板。当底拱中心角较小时,可以不用表面模板,只安装浇筑段两端的端部模板。在混凝土浇筑后,用弧形样板将混凝土表面刮成弧形即可。当中心角较大时,一般采用悬吊式弧形模板,如图11.19所示。浇筑前先立好端部模板和弧形模板桁架,混凝土入仓后,自中间向两边安装表面模板。必须注意,混凝土运输系统的支撑不要与模板支撑连在一起,以防混凝土运输产生振动,引起模板位移。

图11.19　底拱模板

1—脚手架；2—路面板；3—模板桁架；4—桁架立柱

此外,当洞线较长时,常采用底拱拖模,如图11.20所示,它通过事先固定好的轨道用卷扬机索引拖动,边拖动边浇筑混凝土,浇筑的混凝土在模板的保护下成型好后(控制拖动速度)才脱模。

(2)边墙和顶拱模板。边墙和顶拱模板有拆移式和移动式两种。拆移式模板又称为装配式模板,主要由面板、桁架、支撑及拉条组成(图11.21)。这种模板通常在现场架立,安装时通过拉条或支撑将模板固定在预埋铁件上,装拆费时,费用也高。

移动式模板有钢模台车和针梁台车。钢模台车如图11.21所示,主要由车架和模板两部分组成。车架下面装有可沿轨道移动的车轮。模板装拆时,利用车架上的水平、垂直千斤顶将模板顶起、撑开或放下；当台车轴线与隧洞轴线不相符合时,可用车架上的水平螺杆来调整模板的水平位置,保证立模的准确性。模板面板由定型钢模板和扣件拼装而成。

钢模台车使用方便,可大大减少立模时间,从而加快施工进度。钢模台车可兼作洞内其他作业的工作平台,车架下空间大,可以布置运输线路。

图11.20　V形拖模构造示意图(单位：mm)

(a)后视图；(b)侧视图；(c)俯视图

(3)针梁模板。针梁模板是较先进的全断面一次成型模板,它利用两个多段长的型钢制作的方梁(针梁),通过千斤顶,一端固定在已浇混凝土面上,另一端固定在开挖岩面上,其中一段浇筑混凝土,另一段进行下一浇筑面的准备工作(如进行钢筋施工),如图11.22所示。

图11.21　钢模台车(单位：cm)

(a)模板构造；(b)移动状态；(c)垂直千斤顶顶起；(d)水平千斤顶撑开；(e)撤走台车
1—车驾；2—垂直千斤顶；3—水平螺杆；4—水平千斤顶；5—拼版；6—混凝土进入口

3.钢筋施工(www.daowen.com)

衬砌混凝土内的钢筋,形状比较简单,沿洞轴线方向变化不大,但在洞中运输和安装比较困难。钢筋安装前,应先在岩壁上打孔安插架立钢筋。钢筋的绑扎宜采用台车作业,以提高工效。

4.混凝土浇筑

模板、钢筋、预埋件、浇筑面清洗等准备工作完成后,即可开仓浇筑衬砌混凝土。由于洞内工作面狭小,大型机械设备难以采用,所以混凝土的入仓运输一般以混凝土泵为主。图11.23为用混凝土泵浇筑边墙和顶拱的布置示意图。

浇筑边墙时,混凝土由边墙模板上预留的“窗口”送入。两侧边墙的混凝土面应均衡上升,以免一侧受力过大使模板发生位移。浇筑顶拱时,混凝土由模板顶部预留的几个窗口送入,顺隧洞轴线方向边浇边退,直至浇完一段。如相邻段的混凝土已浇而无处可退时,则应从最后一个窗口退出,最后一个窗口拱顶处的混凝土浇筑,称为封拱。在最后一个窗口浇筑时,由于受到已浇段的限制,要想将混凝土送到拱顶处则异常困难。封拱的目的是使衬砌混凝土形成完整的拱圈。

用混凝土泵浇筑边墙和顶拱是隧洞混凝土衬砌最有效的方法。封拱时,在输送混凝土的导管末端接上冲天尾管,垂直穿过模板伸入仓内,如图11.24所示。尾管的位置应根据浇筑段长度和混凝土扩散半径来定,其间距一般为4～6m。尾管出口与岩面的距离原则上是越近越好,但应保证压出的混凝土能自由扩散,一般为20cm左右。封拱时为了排除和调节仓内空气、检查拱顶填充情况,可以在浇筑面最高处设置通气管。在仓中央部位还需设置进人孔,以便进入仓内进行必要的辅助工作。

图11.22　针梁模板(单位：mm)

(a)纵剖面图；(b)A—A剖面图
①—大梁、全长38m,由2组×4块组装而成；②—钢模,全长15m,由10块×1.5m组装而成；③—前支座液压千斤顶,2×50kN与大梁螺栓连接,平底；④—后支座液压千斤顶,2×50kN与大梁螺栓连接,弧底；⑤—前抗浮液压千斤顶平台,2×30kN有轨行走,平顶；⑥—后抗浮液压千斤顶平台,2×35kN有轨行走,弧顶；⑦—行走装置系统；⑧—混凝土衬砌,设计厚度40cm,200号；⑨—大梁的梁框,其与钢模是一体；⑩—装在梁框下的轮子,供钢模行走用,8个；⑫—手动螺栓千斤顶,供伸缩边模用；⑬—手动螺栓千斤顶,供伸缩顶模用；⑭—大梁上下共4条钢轨,供有轨行走使用；⑮—千斤顶定位螺栓,22根

用混凝土泵封拱的步骤如下：

(1)当混凝土浇筑到拱顶处时,撤出工人和浇筑设备,封闭进人孔。

(2)增大混凝土坍落度至14～16cm左右,同时加大混凝土泵的输送速度,保证仓内混凝土的连续供应。

图11.23　用混凝土泵浇筑边墙和顶拱的布置图(单位：m)

1—斗车；2—机车；3—皮带机；4—混凝土泵；5—水平导管；6—支架；7—轧钢筋用脚手架；8—模板；9—尾管；10—混凝土斗；11—混凝土泵

(3)当通气管开始漏浆,说明拱顶处已经填满,可停止输送混凝土,将尾管上包住预留孔眼的铁箍去掉(图11.25),在孔眼中插入钢筋,防止混凝土下落,然后拆除混凝土导管。

(4)拱顶拆模后,将露在外面的导管用氧气割去,并用砂浆抹平。

图11.24　用混凝土泵封拱的布置图(单位：cm)

1—垂直尾管；2—通混凝土泵；3—支架

图11.25　垂直尾管上的孔眼

(a)浇筑时的情况；(b)导管拆除后的情况
1—尾管；2—导管；3—直径2～3cm的孔眼；4—铁皮；5—插入孔眼中的钢筋