多年冻土区涵洞施工需要在冻土区开挖基坑后再进行涵洞基础和涵身的施工，受模板安装和混凝土浇筑施工工艺及养生周期的限制，冻土开挖后因不能做到及时回填保温而导致冻土水热环境的变化，进而对涵洞构造物的结构稳定性产生一定影响。《多年冻土地区公路设计与施工技术细则》中对涵洞的施工要点提出了一般要求以及“快速施工”的原则，但快速施工仍是定性的描述，没有明确的时间节点。通过对共玉公路涵洞施工工艺、关键工序及时间要求进行研究和分析，提出适合多年冻土区涵洞施工各工序所必须的最短时间节点要求，最终形成多年冻土区涵洞快速施工方法。

1）冻土区涵洞类型及其适用性

多年冻土区常用的涵洞结构有钢筋混凝土盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵、拼装式钢筋混凝土箱涵和钢筋混凝土圆管涵、金属波纹管涵等。这些涵洞在多年冻土区使用各有其优缺点。

（1）钢筋混凝土盖板涵

盖板为简支结构，横断面既具有一定刚度，又具有一定适应变形的能力。如果采用框架式基础，纵向合理分割，可以显著提高在多年冻土区不良地质条件的适用性；施工组织方案机动灵活，不需要大型施工机械，涵洞较长时，可采用分段修筑的方案，利于冻土环境保护。

（2）现浇钢筋混凝土箱涵

横断面（涵洞横向）刚度较大；基地截面积大，基地水泥混凝土水化热对冻土环境影响大。

（3）拼装式钢筋混凝土箱涵和钢筋混凝土圆管涵

横断面刚度较大；如果地基基础设计不合理，纵断面会产生过大的不均匀变形；预制拼装可有效缩短工期，同时避免了水泥水化热对冻土环境的影响，但拼装预制构件自重大，小型机械难以实现吊装，对吊装设备要求高。

（4）金属波纹管涵

横断面刚度较大；产品集中采购，现场拼装，自重较混凝土箱涵轻，易于吊装；施工周期短，涵管安装后即可立即回填，对冻土环境扰动最小。

根据青藏公路及G214线多年冻土区涵洞建设及养护经验，钢筋混凝土盖板涵及金属波纹管涵具有较强的适应性，施工工艺成熟，施工质量易于控制，是最常用的两种典型涵洞形式。

2）钢筋混凝土盖板涵施工工艺

钢筋混凝土盖板涵施工工艺主要包括：准备工作、基坑开挖、钢筋施工、基础施工、洞身施工、洞口施工、涵底铺砌施工、盖板制作与安装、台背回填。

（1）准备工作

涵洞施工前，应首先对涵洞设计图纸进行方案复核，掌握方案设计要点，根据设计方案制定涵洞施工组织方案；完成涵洞现场放样，核查地质资料，尤其是冻土上限及分布情况；制定基坑遮阳防（排）水方案；人、料、机准备就绪。

（2）基坑开挖

由于公路沿线涵洞数量多、工程分散、基础埋置较浅，故共玉公路多年冻土区的涵洞基础施工以明挖为主。

基坑开挖后，多年冻土环境受到扰动，因此基坑开挖施工应以快速为原则，避免人为因素导致基坑开挖后不能及时进行后续工序施工而吸收大量的环境热，进而对下伏冻土造成不利影响。

多年冻土区自然环境恶劣，高寒缺氧，人工开挖劳动强度大，进度慢，效率低下，因此基坑开挖必须采用机械化施工。基坑底尺寸应比基础的平面尺寸增宽0.5～1.0 m，确保基础能够支立模板并满足排水要求。

根据共玉公路施工实践总结，对于基础埋置较浅、季节性断流的干性涵洞基础，1 d即可完成基坑开挖；对于基坑地质条件较差、需要进行基础换填的，基坑开挖深度及开挖量增大，则涵洞基坑开挖工期一般为2～3 d。

对于涵址地质条件较差、需进行基底处理的涵洞，开挖前应首先开挖探坑，查明现场地质条件后，会同设计单位及监理明确基底处理方案，并根据确定的基底处理方案做好填料准备及运输工作后，方可开展基坑开挖；基坑开挖后应立即进行基底处理，避免地下水反渗或基坑暴露时间长使外部热量进入加剧对冻土的扰动，基坑开挖应控制在2 d之内，原则上不得超过3 d。

为克服冻土开挖困难，加快施工进度，减少施工对地基土的热干扰，基坑开挖时宜采用“基坑爆破一次成型，机械化快速开挖”的工艺。通常一次爆破可扬弃土方30%～50%，再配合机械开挖，当天即可成型。爆破开挖前充分做好爆破设计和准备工作，开挖后应连续快速施工，严禁拉槽式开挖。爆破宜采用防水抗冻性能好的乳化炸药，严禁采用甘油类炸药。爆破钻孔时应采用有效措施防止钻孔塌孔、回淤回冻，保证爆破效果。

太阳辐射热量及外部水热是对冻土环境影响最大的两个外部热源，因此基坑开挖后，应及时做好防晒阻水工作，搭建遮阳及防雨篷。同时，基坑顶面周围应做好排水设施，避免积水。

涵洞基础开挖，按保持冻土冻结原则设计的涵洞地基，宜选择寒季（5月底以前和10月初以后）施工；按允许冻土融化原则设计的涵洞地基，宜选择暖季（5月底以后和10月初以前）施工。对于按保持冻土冻结原则设计的明挖基础，受工期等因素的限制不得已安排在暖季施工时，应避开高温季节，并满足以下要求：

①基坑顶设置挡水捻，严禁地表水流入基坑。

②及时排除季节冻层内的地下水和冻土本身的融化水；基坑内排出的水应妥善排放，不得污染环境或扰动冻土的热平衡。

③必须搭设遮阳篷和防雨篷。

④施工前做好充分准备，各工序快速衔接，缩短基坑开挖暴露时间。

（3）钢筋施工

钢筋施工一般采用在基坑内现场绑扎的方案，钢筋施工完成后，再进行模板安装和混凝土浇筑。该方案具有施工组织灵活、人员及机械配置要求较低的优势，缺点是作业时间较长。

因此，为缩短基坑开挖后的暴露时间，应在基坑开挖后、模板安装施工完成前即应在现场完成钢筋施工，模板安装完成后采用机械吊装安放钢筋笼，随后立即开展混凝土浇筑作业。

（4）基础施工

基坑开挖前，根据涵洞实施方案及模板规格计算确定模板数量，并将模板提前运至施工现场。基坑开挖后，立即开展基础模板安装作业。根据共玉项目施工实践总结，基础施工的模板安装工期需要1 d，基础混凝土浇筑作业工期需要1 d。为了防止浇筑基础混凝土及混凝土水化热引起基底融化，应按设计要求设置保温层，设计无要求时，所铺设的保温材料应在基础外缘加宽1 m。基础混凝土浇筑完成后，待混凝土强度达到2.5 MPa时（2～3 d），即可拆除模板，进入洞身施工作业。

（5）洞身施工

洞身施工时，模板的作业应充分考虑涵洞设计方案、模板数量、施工队伍配备情况，合理确定施工工艺流程，通过共玉项目的施工实践总结，根据涵洞规模大小，洞身模板安装施工主要采用以下方案：

①分离式路基宽度窄（基本在10～12 m），涵洞长度较短（基本在10～16 m），采用一次性完成模板安装、一次完成混凝土浇筑的施工方案；模板安装控制在2 d之内全部完成安装到位，否则应加大人员及机械投入，以缩短基坑暴露时间。

②整体式路基宽度较大（基本在20 m以上），涵洞长度较大，原则上应采用一次完成模板安装的方案，但此时施工所需模板数量大，人员及机械配备要求高，施工投入增加较多，施工效率下降。因此，实际施工中涵洞施工队往往采用多工点平行作业、单工点分段模板安装、分段浇筑混凝土的循环施工方案。

根据共玉项目施工实践总结，一般模板安装原则上按照1个伸缩缝模板安装1次，根据涵洞每4～6 m设置1处伸缩缝的情况，单次模板安装长度在10～12 m，单次模板安装工期需要2 d。此时，对于涵顶填土较高的，涵洞长度可超过30 m，则至少需模板安装3次，加上前道工序混凝土浇筑及拆模最短时间的要求，需要3～4 d。据此计算，则该涵洞基础完成混凝土施工工期需要9～12 d。

（6）洞口施工

涵洞洞口主要采用八字墙和一字墙两种形式。八字墙式对水流阻力小，工程量也小，采用较普遍。一字墙式又称端墙式，构造简单，适用于小孔径涵洞，一般在洞口两侧砌筑锥体护坡，以保护路堤伸出端墙外的填土不受冲刷。

涵洞洞口施工工艺与洞身部分基本一致，即开挖完成后首先进行模板安装，再进行混凝土浇筑作业，待混凝土达到一定强度后拆除模板，进入下道工序作业。根据共玉公路施工实践总结，涵洞洞口按照进、出口同步施工的原则，同时开展模板安装作业。对于采用较多的八字墙洞口，模板安装工期需4～5 d，混凝土浇筑工期需1 d，混凝土浇筑后需2～3 d达到拆模强度后方可进行模板拆除作业，洞口施工工期共需7～9 d。

（7）涵底铺砌施工

洞口混凝土浇筑完成后，在达到初凝拆模强度的2～3 d，即可完成涵底混凝土铺砌的施工。根据共玉公路施工实践总结，涵底铺砌施工工期需2～3 d。

（8）盖板制作与安装(www.daowen.com)

作为标准构件，钢筋混凝土盖板涵的盖板部分一般均采用集中预制、现场拼装的施工工艺。

盖板提前在预制场完成加工制作，涵洞开始施工后运输至现场，待墙身混凝土浇筑完成并通过养生达到设计强度后，即可安装盖板。根据共玉公路施工实践总结，墙身混凝土达到设计强度的养生时间需要7～10 d，盖板安装及防水处理根据涵洞长度的不同，需1～3 d。

（9）台背回填

盖板安装完成后，在涵身结构混凝土达到设计强度并且涵身防水施工完毕，经检查验收合格后，方可进行台背回填施工。

台背回填必须从涵洞两侧同时、对称、水平分层进行施工，并逐层碾压密实，压实度标准应满足设计要求。

3）钢筋混凝土盖板涵施工要点

根据以上对共玉公路涵洞施工工艺的总结分析，从基坑开挖至台背回填，按照涵洞规模大小的不同，施工工期一般在25～42 d，再加上施工期间可能出现的恶劣天气、施工组织及质量控制问题、机械故障以及其他意外情况的发生，则施工工期进一步延长。

因此，通过施工组织优化，缩短基坑开挖后的暴露时间，成为最大限度降低施工对冻土环境扰动的关键。根据以上总结分析，多年冻土区涵洞快速施工要点如下：

①施工组织计划是涵洞施工进度和质量的根本保障，应高度重视涵洞施工组织计划的研究和制定。对于单体涵洞，应避免因人员、机具投入不足而采用分段施工的组织方案。

②分离式路基段涵洞基坑的开挖应采用一次全部开挖成型方案；整体式路基或高填方路段涵洞规模较大时，受模板、人员及机具配置的影响，涵身采用分段支模、分段浇筑施工方案的，基坑开挖应采取与涵身施工一致的分段开挖方案，不得采用基坑一次拉槽开挖而涵身分段施工的方案，以缩短基坑暴露时间。

根据共玉公路施工实践，基坑开挖工期原则上按照1～2 d完成安排；超过2 d时，宜采用分段开挖施工方案。

③基坑开挖应全部采用机械化施工方案；开挖困难路段，宜采用“基坑爆破一次成型，机械化快速开挖”的工艺。

④基坑开挖后应及时搭设遮阳篷和防雨篷，并在基坑顶缘设置挡水捻，减少外部水、热对基坑冻土的扰动。

⑤涵洞基础（包括洞身基础和洞口基础两部分）施工应采用“开挖多少、施工多少”的原则。根据共玉公路施工实践，基础混凝土施工至初凝达到拆模强度时的工期需3～4 d。

⑥基础混凝土施工模板拆除后，即对基坑进行第一次部分回填。回填厚度以不超过基础高度0.5 m为宜，并采用基础两侧对称填筑的原则。为进一步减小外部水、热对冻土的扰动，回填前可铺设保温板。

⑦在基坑第一次回填完成后开始涵身施工，因涵身规模较大而需分段施工时，应采用自下而上的原则，第一次洞身施工的高度应以不高出涵底铺砌0.5 m为宜。

⑧涵身（包括洞身洞口两部分）混凝土施工模板拆除后，即同时开始涵底铺砌和基坑第二次回填作业。基坑回填厚度以不高出涵底铺砌0.5 m为宜，并采用与涵底施工同步、对称填筑的原则。根据共玉公路施工实践，涵身混凝土施工至初凝达到拆模强度时的工期需3～4 d。

⑨经过以上工序，开挖基坑内的工程部分施工已基本结束并及时完成了基坑回填，工期为7～10 d。基坑二次回填后已基本达到或超出原始地面高度，此后再进行涵身地面线以上部分的施工，对下伏冻土已基本不造成扰动影响。采用分段施工方案的，按此工序循环施工即可。

4）钢波纹管涵洞施工工艺流程

钢波纹管涵洞施工工艺流程可分为路堤（直接填筑）法和反开槽回填法，由于后者多用在路基施结束后（新建公路）和改建涵洞（养护工程），所以不影响路基施工整体进度，一般后者较为多见。两者施工工艺相差不大。

①路堤法的工艺流程为：施工前准备→施工放样→设置围堰→排水清淤→平整场地→检测压实度、含水量等→水准测量→基础分层回填→检测压实度、含水量等→水准测量→平整场地→施工放样→拼装管节→检测密实度、含水量等情况及管底纵坡→检测并补救防腐涂层→涵管就位→两侧分层回填→检测压实度、含水量等→管顶分层回填→检测压实度、含水量等→进出口处理。

②反开槽回填法的工艺流程为：施工前准备→施工放样→开挖涵管及施工场地→平整场地→检测压实度、含水量等→水准测量→基础分层回填→检测压实度、含水量等→水准测量→平整场地→施工放样→拼装管节→检测密实度、含水量等情况及管底纵坡→检测并补救防腐涂层→涵管就位→两侧分层回填→检测压实度、含水量等→管顶分层回填→检测压实度、含水量等→进出口处理。

③施工前的准备主要包括以下内容：涵洞施工前应设1名管道安装指挥人员，负责指挥吊装及施工人员的现场操作；设置1～2名技术人员负责放线、涵管安置等控制关键技术；同时配置适当的辅助人员；涵洞施工前应备齐所需的机械设备及相关工具，如推土机、挖掘机、压路机、洒水车、水准仪、经纬仪、起吊设备、套筒扳手等；涵洞施工前应备齐所需的材料，如基础回填砂砾材料（经检验合格后方可）、螺栓螺母、石棉（或橡胶）垫等；涵洞施工前应准备涵洞施工过程中试验、检测仪器和设备，落实试验人员；涵洞施工前必须对到现场的涵管节及其附属配件进行检测，一方面检测其结构尺寸是群满足要求（如直径、波形及其参数、管节的法兰孔对应与否），另一方面检测其表面防腐是否达到要求；必要时需在镀锌涂层表面再增涂沥青或其他防腐材料；涵洞施工前施工单位需要通知监理及相关人员到场，并按程序办理施工前的相关手续；涵洞施工前应根据具体情况修筑相应长度施工便道，并合理组织过往车辆。

④涵管拼装工艺流程为：检查涵管管节→吊装涵管→运输至施工场地→拆除包装→校对涵管进出口等次序→对齐法兰盘及法兰孔、初步上螺栓和螺母→填充橡胶或石棉密水垫→对称拧紧螺栓→均匀在涵管内外侧涂沥青→涵管吊装就位。

⑤波纹管涵的施工关键技术主要有：施工季节应严格控制，防止在冰冻季节施工影响工程质量；寒冷冰冻地区对基础换填材料要求较高，特别是对粉黏粒含量应严格控制，以防止产生严重冻胀导致涵管破坏；基础与涵管侧面、顶部的填料应分层碾压，压实度需达到设计要求，否则易引起涵管应力集中、涵管变形和涵管两侧的跳车；为防止施工过程中管滚动出现偏移轴线的现象，可在压实后的地基表面刻深约20 cm槽呈凹弧形以安放涵管；同时两侧回填时分别回填D/4、D/2、D（D为管径）高度且两侧分别压实（不至于形成过大的侧压力）；涵管拼装应严格控制涵底纵坡，并加强管节的防腐措施，确保涵洞使用性能和服务寿命满足要求；基础放样时应根据设计要求或工程经验，针对不同地区在涵管纵向适当预留一定的预拱度；管节在运输、装卸过程中，应采取防碰措施，避免管节损坏；涵洞端墙应放在路基施工结束后施工，以防止端墙开裂。

⑥波纹管涵洞施工中应注意以下关键问题：

A.运输与装卸。涵管在运输装卸过程中应采取防碰撞措施，避免管节损坏或碰伤防腐蚀层。涵管装卸应采用吊具进行，不允许采用滚板或斜板卸管。

B.基础。波纹管涵洞基础应结合土质、路基填土材料和高度，设置预留拱度。基础采用砂砾回填时，压实度应按重型压实标准达到设计压实要求。

C.波纹管涵成品质量。管节端面应平整并与其轴线垂直；斜交管涵进出水口管节的外端面应按斜交角度进行处理。

D.敷设。管节安装从下游开始，使接头面向上游；每节涵管应紧贴于垫层或基座上，使涵管受力均匀；所有管节应按正确的轴线和图纸所示坡度敷设。如管壁厚度不同，应使内壁齐平。在敷设过程中应保持管内清洁无脏物，无多余的砂浆及其他杂物。任何管节的位置设置必须准确，尽可能采用吊装设备敷设到位。

E.接缝。涵管接缝宽度应不大于10 mm，用具有弹性的不适水材料填塞接缝的内外侧。当管节采用套环接缝时，应按接缝形式分别采用沥青麻絮、水泥砂浆或沥青砂浆填塞所有接缝，使其稳固、耐久、不漏水。在填塞沥青砂之前，应在管的外表面和套环内套面涂刷沥青涂层，以增强其黏性，并采取措施以免沥青砂外漏。管节接头和进出口不得水、渗水。

F.进出水口。进出水口的沟床应整理顺直，使上下游水流稳定畅通。

G.回填。涵洞处路堤开槽宽度宜不小于4倍孔径范围＋涵直径，同时按水平分层，对称地按照要求的压实度填筑、夯（压）实。用机械填土时，涵洞顶上填土（虚填）厚度必须大于0.3 m时，才允许机械通过。

⑦拼装式钢波纹管涵洞应根据不同的拼装方式设计不同的施工工序和关键控制点。

A.上下半圆对接拼装，一般采用两侧焊接的法兰水平方向上下对接。施工时应注意：螺栓长度和对应位置应精心设计和加工，确保对应拼装；密封防水应予以考虑；尽量将法兰位置偏离最大等效应力和最大切向应力集中的区位；最大切向应力控制螺栓剪应力。

B.轴向整圆对接拼装，一般采用周向焊接的法兰轴向向水平对接。施工时应注意：螺栓密度和尺寸应能适应不均匀沉降导致的应力集中；不均匀沉降导致的应力集中控制螺栓剪应力；圆管不同管节之间采用外套波纹管环接，一般要注意密封防水和外套波纹管的上下对接设计。

C.片状波纹板拼装应进行施工工序设计，合理组织各片的次序。施工时应注意：波纹钢板件长度和宽度根据钢板尺寸及吊装、运输和拼装条件等确定；板件之间拼接时必须采用搭接，并用高强螺栓连接，不得焊接。

波纹钢板件拼装搭接时，上部板件应在外侧，以防止土体中水渗入管内。板件拼装搭接螺栓应在管内，螺帽在管外（图5—37）。这样既方便安装，可防止螺帽被盗，而且管外回填土后对螺栓也有固定作用。

图5—37　板材拼装

设计板的尺寸既要便于运输安装，又要尽可能减少螺栓数量，加工时根据设计的弧长、波形参数等确定螺栓孔位，螺栓孔位置应偏离最大应力集中区。板件拼接时，上部板件应在外侧，以防止土体中水渗入管内。板件拼装搭接螺栓应在管内，螺帽在管外。

钢波纹管施工与普通混凝土施工基础施工相同，但钢波纹管拼装施工工期要小于普通混凝土施工。钢波纹管出厂时已经进行了镀锌防腐处理，在施工现场只需进行涂刷防腐沥青处理，一般两名普通工人1 d即可涂刷完。孔径小于2 m的钢波纹管出厂时已经进行了焊接，不需要拼装。孔径大于2 m的钢波纹管一般每天可拼装15 m，且受天气影响较小。拼装完成后可采用吊车直接放入基坑内，节约了普通混凝土涵洞支模板、搅拌运送混凝土及养护时间，大大节约了工期。一般大孔径钢波纹管（孔径大于3 m）相比较于普通混凝土涵洞工期可节约30 d左右。

综上，通过对施工工艺进行研究和施工组织方案优化，重点加强和保障基坑内部工程的施工进度，基坑暴露时间由25～42 d大幅缩短至7～10 d，与传统施工工艺相比，最大程度降低了外部水、热对冻土环境的扰动。