衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌,沿隧道洞身周边用
钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常是应用于隧道工程、水利渠道中。衬砌简单说来就是内衬,常见的就是用砌块衬砌,可以是预应力高压灌浆
素混凝土衬砌。
作用
二次衬砌和初期支护相对而言,指在隧道已经进行初期支护的条件下,用混凝土等材料修建的内层衬砌,以达到加固支护、优化路线防
排水系统、美化外观、方便设置通讯、照明、监测等设施的作用,以适应现代化高速道路隧道建设的要求。
塑料防水板防水层的防水板铺设应超前混凝土施工,超前距离宜为5至20m,并应设临时挡板防止机械损伤和电火花灼伤防水板。二次衬砌混凝土施工时应符合下列规定:绑扎、焊接钢筋时应釆取防刺穿、灼烧防水板措施;混凝土出料口和振捣棒不得直接接触塑料防水板。
分类
模筑衬砌包括:砖石衬砌、片石混凝土衬砌、
钢筋混凝土、整体灌筑的混凝土衬砌。
砖石或混凝土
它与就地灌筑的整体混凝土衬砌比较,有在砌筑后能立即承受围岩压力,并易于就地取材;但操作多半依靠手工,进度难于提高,且砌缝容易漏水,防水性能较差。各国早期及中国在50年代初期修筑的隧道,均曾大量采用石料衬砌,已很少采用。
片石混凝土
只有在地质条件较好、围岩压力较小、砂子采集困难、运输不便、又无适当定型石料可用的条件下,才考虑采用;但其
劳动生产率低,进度较慢,一般不宜推荐。
钢筋混凝土
只在地质条件复杂、围岩压力很大,并出现不对称压力或动荷载作用时应用;在八度及八度以上的地震区,隧道洞口也可采用。对有特殊设计要求,或跨度较大的地下建筑物,宜采用钢筋混凝土衬砌。在围岩压力较大、地质条件较差时,将用作支撑的钢拱架作为骨架留存在混凝土衬砌中比较有利。
灌筑混凝土
为模筑衬砌中的一种主要施工方式,在
铁路隧道、
道路隧道、水工隧洞及其他各类
地下建筑工程中均广泛应用。这种模筑衬砌便于机械化施工,其整体性和抗渗性均较好;在全断面开挖时,有利于采用金属模板台车灌筑混凝土。缺点是工序多,施工进度慢,灌筑混凝土后不能立即承受荷载,
化学稳定性也较差。
施工
混凝土衬砌施工包括:准备工作、混凝土制备和运送、灌筑作业、养护、拱圈背部回填和拆模等主要工序,必要时还需向衬砌背后压浆。
准备工作
衬砌开始前,要进行测量,检查开挖断面是否符合设计要求,然后架设模板支架或拱架。拱架有钢
拱架、木拱架、钢木混合拱架三种。钢拱架运输架设方便,能承受较大荷重(包括围岩压力、衬砌自重等),拱架下空间大,干扰少,工作方便,一般由工厂预制成套供应。对曲线断面,可利用直线断面拱架,外加梳形木予以调整。拱架架设在边墙模板支架的立柱上,或直接支承在围岩上,架设时要预留沉落量。为弥补测量时发生的误差,以及灌筑混凝土时拱脚内挤的影响,可将拱架的半径适当放大,以保证隧道净空。拱架的间距应根据衬砌地段的围岩情况、拱圈跨度和衬砌厚度,并结合模板长度和厚度确定。拱圈和边墙模板可用干燥无变形的木板制作,但已多采用钢模板。
混凝土制备
尽可能采用机械拌和,并应严格按照重量配合比供料,系统地检查其坍落度。混凝土运距较短时,拌和可在洞外进行,用搅拌车送入;隧道较长时,搅拌机可设在洞内。
混凝土灌筑
应分段进行,每段长度应根据地质条件、施工方法、衬砌类型和施工进度确定。拱圈混凝土灌筑时,应从两侧拱脚开始向上分层对称进行,须每层进行捣固。混凝土拱圈封顶有活封口和死封口两种。活封口是在逐段从两侧对称灌筑混凝土到拱顶时的合拢封口,每次封口时可改为由纵向将混凝土送入剩下的槽口。死封口则仅在两端相向灌筑拱圈,当混凝土从四面围拢时,最后在拱顶出现缺口,此时须采用特制的封口盒子,盛装混凝土向上顶送把缺口灌满。
在地质条件较差的隧道(或地段)中,灌筑拱圈混凝土时,须根据支撑受力情况,逐步拆除阻碍灌筑作业的支撑。必要时可将拱部受力的木立柱换成支顶在拱架上的混凝土短柱,以顶替受力。后者可灌在拱圈内。顶部无法取出的横梁、纵梁等临时支撑,可留在衬砌背后。混凝土衬砌须按规定时间进行养护。拱圈和边墙背后的空隙必须及时用片石回填密实。当围岩压力较大时,一般须达到设计强度后,才能拆除拱架和模板。
衬砌背后压浆
于已修筑好衬砌的地质条件较差的成洞地段,向衬砌背后压注
水泥砂浆,能使衬砌与岩层结合密实,以防止围岩进一步变形,并相应地加固衬砌和使其均匀受力;同时堵塞了回填层中的空隙和围岩中的裂隙,能起良好的防水作用。压浆作业宜在衬砌拆模后及时进行。
在全断面开挖隧道灌筑整体混凝土衬砌时,可实行综合机械化,如采用全断面的金属模板台车、风动混凝土输送器和混凝土泵,以及管道输送灌筑混凝土等。