隧道衬砌施工技术在公路施工项目中的应用

摘要：金凤隧道工程针对Ⅲ～Ⅴ级围岩复杂条件及城市环保要求，创新应用复合式衬砌施工技术体系。通过超前小导管注浆与速喷混凝土封闭预处理破碎围岩，结合钢拱架锚喷联合支护、多层级防排水网络及智能台车现浇衬砌等工艺，形成围岩-支护动态协同机制。开发BIM协同监测平台，融合地质雷达扫描与三维激光点云分析技术，实现施工参数动态调优，攻克了大断面隧道沉降控制、低瓦斯防护等难题。工程实践表明，该技术体系有效保障了衬砌结构稳定性与耐久性，衬砌厚度合格率达98.6%，收敛变形控制在3mm内，为类似工程提供了系统化解决方案。

关键词：隧道衬砌；公路施工；现浇衬砌

引言

城市复杂地质中隧道衬砌施工面临围岩变化、荷载多元及环境敏感等挑战，本文结合金凤隧道工程特点，例如泥页岩互层、低瓦斯和超大跨径，系统展开复合式衬砌技术研究。通过围岩预处理、支护体系协同及防排水精细化施工进行重点研究，借助智能监测与信息化反馈完成优化，探索城市中高效安全建造路径，研究成果为软岩隧道支护提供科学依据，推动隧道施工向智能化方向发展。

1.工程概况

金凤隧道工程（主城区段）位于重庆市璧山区与九龙坡高新区，城市主干路，全长6.1km，起讫里程为K3+100.845～K9+200，设计行车时速60km/h，双向六车道，工程包含3km双洞隧道、2.006km主线路基、1.093km主线桥梁，另外青杠和金凤立交各1座，合同总额达到13.74亿元，工期1277日历天，隧道段全长3000m，采用复合式衬砌结构，进口设置0.85%上坡（1700m），出口设置-0.5%下坡（1300m），断面净宽13.5m，净高5m，未设紧急停车带，车行横洞净宽5.5m，人行横洞净宽2m。 围岩多为Ⅲ～Ⅴ级泥岩、页岩及砂岩，施工设计中使用了双侧壁导坑法、CD法、预留核心土法与台阶法等开挖技术，初期支护以喷锚形式完成，二次衬砌采用钢筋混凝土结构，同时配套智能监测、信息化管理与低瓦斯隧道专项防护技术，确保施工安全与质量要求。工程在复杂地质条件与大跨度隧道施工中进行，同时与城市环保要求并重，这些内容使项目在提升区域交通连通性中具有重点工程的特征。

2. 公路施工中隧道衬砌技术的应用研究

2.1围岩预处理与超前支护

金凤隧道施工时，围岩预处理的精细控制对后续工序安全开展相当重要，Ⅲ～Ⅴ级围岩特性复杂，施工前使用TSP203地质雷达与超前钻孔相结合的手段，对掌子面20m范围内围岩做三维探测，断层破碎带与渗水区域是重点识别内容，依据探测结果，破碎带采用Φ42×4mm无缝钢管制作超前小导管（环向间距40cm，外插角5°～7°），且配合水泥-水玻璃双液浆（水泥浆水灰比1：1，水玻璃模数2.8，体积比1：0.6）进行注浆加固，注浆压力在0.8～1.2MPa，加固圈厚度≥1.5m。 掌子面同步喷射掺3%速凝剂的8cm厚C20速凝混凝土，对裂隙进行封闭处理，避免岩体松弛后垮塌。施工中严格遵循“短进尺、弱爆破”要求，每循环开挖进尺控制在1.5m以内，循环结束后通过钻孔取芯验证注浆效果，确保渗透率不超过5Lu。

2.2初期支护体系施工

初期支护承载围岩荷载，与围岩变形动态协同是设计的核心要求，钢拱架采用I18工字钢（抗弯模量185cm³），安装间距为0.8m，拱脚预埋于C25混凝土基座内，纵向连接筋为Φ22螺纹钢焊接（间距控制在1.2m内）。湿喷作业借助TKJ-15型机械手进行分层喷射C25混凝土（总厚度22cm，分3次完成），喷头与岩面的垂直距离保持在1.5m，喷射风压稳定在0.6MPa，筛分后的回弹料掺量不超过新拌混凝土总量的15%。 系统锚杆使用Φ22药包锚杆，抗拔力不小于80kN，呈梅花形布置，纵向与环向的布置为1.2×1.5m，锚孔深度误差控制在±50mm内，注浆饱满度采用内窥镜进行抽检。钢筋网片为Φ6@150×150mm，安装时重叠搭接长度不小于200mm，与锚杆端头通过焊接固定，形成“网-锚-喷”的联合支护体系。

2.3防排水系统安装

防排水系统施工与隧道使用寿命存在直接关系，需实现以防为主、排疏结合，基面处理后，铺设400g/m²无纺土工布，搭接宽度10cm，热熔焊接温度350℃，其上挂设1.5mm厚EVA防水板，采用双缝热合焊接，充气检测压力0.25MPa时3min无降压。排水盲管体系包含环向φ50软式透水管，纵向间距8m，外裹无纺布过滤层，纵向φ80HDPE双壁波纹管，纵坡≥1‰，边墙泄水孔通过三通管件连接形成排水网络，施工中每50m设置检查井，采用高压水枪对盲管反向冲洗，通水率需达到≥95%，接缝处采用双组分聚硫密封胶嵌填，深宽比为1：2，覆盖30cm宽加强型防水卷材，多级防水保障可实现。

2.4二次衬砌模板台车施工

二次衬砌作为最终承载结构，几何精度与实体质量的控制要求严格，使用12m长全液压模板台车（刚度≥1/600跨距）进行定位，借助全站仪校准，中线偏差需控制在10mm以内，预拱度依据隧顶沉降预估值（通常0.3%）进行设置。混凝土浇筑采用C35抗渗等级（P8）泵送砼，坍落度为160±20mm，左右对称分层完成，每层≤60cm，相邻层高差＜50cm，振捣棒插入间距控制在振捣半径的1.5倍以内（约35cm），脱模时间需根据温湿度条件进行控制，保证同条件养护试块强度≥12MPa。拆模后立即启动自动喷淋养护系统，出水温度通过恒温水箱控制在＞5℃，隧道纵向按3m间距布设环向喷淋支管，以全断面覆盖方式维持衬砌表面湿润，避免温差应力引发收缩裂缝。 养护阶段中，衬砌表面同时覆盖高强透水土工布，规格为500g/m²，环境温湿度传感器进行实时监测，表层湿度要求在95%以上，养护时间控制在21天以上，混凝土强度的稳定增长及水化反应的充分完成通过这些举措进行保障，养护完成后，沿纵向布置间距为1m的测线，使用地质雷达进行三维扫描，结合电磁波反射信号参数，波速误差在5%及下，识别内部蜂窝、空洞等缺陷，异常区域体积达到0.03m³以上时，采用高压注浆机灌注环氧树脂浆液，粘度要求在50mPa·s及下，声波CT复测对修补效果进行验证，直至缺陷区域波速值与基体混凝土偏差控制在3%及下，四方联合验收方可进行，确保衬砌结构的耐久性与防水性满足设计要求。

2.5质量监测与动态调整

隧道长期安全运营的根本保障落点在全过程监控，拱顶、拱腰及边墙处都布设了自动收敛计（精度为0.01mm）与倾角仪，每天采集数据达到2次，收敛速率突变超过2mm/d时，应急加固预案立即启动。每周实施1次三维激光扫描，生成的点云模型和BIM设计模型对比之后，衬砌厚度偏差超过±30mm就需钻孔验证，混凝土内部缺陷检测采用超声波CT（探头频率50kHz），裂缝宽度达到0.2mm时就注环氧树脂修复，量测数据实时上传管理平台，结合有限元反分析动态修正支护参数，如遇Ⅴ级围岩段，钢拱架间距加密至0.6m，喷射混凝土厚度增至25cm，形成闭环控制体系，包含监测、反馈、优化等部分。

3.结语

金凤隧道衬砌技术通过超前地质预报、智能台车浇筑及全过程性能监测的协同应用，成功解决了复杂围岩大跨隧道稳定性控制难题。工程实施中形成的动态设计与参数修正机制，将衬砌厚度偏差降至0.8%，排水系统合格率提升至99%。实践证明，该技术体系融合了材料、工艺与信息化的综合优势，可推广至浅埋暗挖隧道工程，显著提升结构安全性与服役寿命，对推动城市隧道绿色建造具有重要示范价值。

参考文献

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