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摘 要 ：防沙明洞工程是我国铁路穿越沙漠地段的首例,本文将对整个防沙明洞的施工工艺进行探讨分析,并针对在沙漠环境中施工必将遇到的问题提出一些具体的预防、处理措施.
关 键 词 ：防沙明洞 沙漠 施工工艺 预防 处理
1.工程概况
1#防沙明洞起迄里程为：GDK585+720～GDK592+
380,全长6660m；2#防沙明洞起迄里程为：GDK597+460
～GDK598+880防沙明洞全长1420m.防沙明洞采用隧道明洞结构,衬砌内轮廓采用曲墙式,边墙外侧大跨线以下部分,采用直墙形式.
工程内容主要包括：地基处理,仰拱,拱墙及仰拱、隧底填充、水沟及电缆槽、大小避车洞、洞门、竖井等.
明洞位于沙漠边缘,风沙地段,工程地质条件较差,地表覆盖流动沙丘,地质构造不发育.
2.施工工艺
2.1 整体施工方案 安排2个明洞作业队负责施工.下设拌合站工班、混凝土工班、钢筋工班、模板安装工班、振捣工班、土方作业工班,形成专业化流水作业.1#明洞分4个作业面配合8台衬砌台车（4组）进行流水作业,2#明洞组织一个作业面配合2台台车（1组）进行流水作业.
先安排路基作业队进行路堤填筑,达到设计标高后,进行基底10#水泥沙浆垫层施工,完成后按照顺序进行仰拱浇筑和侧墙浇筑、拱墙浇筑、水沟及避车洞施工.拱墙内外侧采用整体钢模,混凝土采用混凝土输送泵进行灌筑,插入式振捣器振捣.
2.2 分项工程施工工艺
2.2.1 路基施工工艺
2.2.1.1 基底处理 1#、2#明洞沿线地表多为风积沙,稳定性极差且承载力无法满足设计要求,须进行专项基底处理后才能进行填筑.基底处理方案如下：①将1#、2#明洞沿线路基表面的风积沙、草根、树枝清除干净.②挖方地段：按照设计要求挖至隧道仰拱以下1.3m,经实验检测,若该处土层承载力小于150KPa且在1.3～3.3m范围内土层承载力仍然小于150KPa,那么就将1.3～3.3m范围内的土体清除干净,以粉质黏土压实回填.如该范围内土层承载力均大于150KPa,基底可不予处理.③填方地段：路堤底面与冲击层交界面以下2m范围内有承载力不足150KPa的土层,该范围内的土体必须清除,以粉质黏土压实回填.如该范围内土层承载力均大于150KPa,基底可不予处理.
2.2.1.2 路堑开挖 1#、2#明洞路堑绝大部分为土体,局部存在强风化岩石.开挖时采取“先防护,后开挖；边开挖,边防护；开挖后,即防护”的措施,保证施工安全.表层土及局部强风化软石,采用反铲挖掘机开挖,配合推土机裂土（石）、集土；弱风化软石及次坚石采用爆破法开挖,配合人工、风镐整修,装载机或反铲挖掘机装碴,自卸汽车运输.开挖按先外后内、自上而下、分梯段分阶层进行,后期开挖侧沟.对风化破碎岩体,为保证施工安全,开挖中要随时注意处理孤石,并及时施工作防护.
路堑开挖施工工艺流程图如MD-1.
2.2.1.3 路堤填筑 路堤填筑采用大型机械作业,实施“挖、装、运、填、压”流水作业线,挖掘机开挖装车、自卸车运输、推土机配合平地机整平、重型振动压路机分层碾压,按照“三阶段、四区段、八流程”方式,横断面全宽、纵向分段、分层填筑的施工方式进行填筑.路堤填筑施工工艺流程详见MD-2.
路堤填筑具体施工工艺如下：①施工准备：测量路基中线,放出边桩,将各坡脚桩点用石灰线连接起来,做好三通一平,机械设备检修、调试等工作.②分层填筑：采用按横断面全宽纵向水平分层填筑压实方法.填筑虚铺厚度不得大于0.35m,采用自卸车卸土,土堆的间距按汽车装土量和填层厚度计算确定,以便平整时控制层厚度均匀性.为了保证边坡压实质量,填筑时路基两侧应各加宽50cm.③摊铺整平：采取分段集中,联合协作的形式,采用推土机粗平,平地机精平,填铺面在纵、横向平顺均匀,达到充分的碾压效果,提高路基边缘压实度.④洒水晾晒：粉质黏土填料碾压前最佳含水量为2%至-3%.当填料含水量较低时,应及时采取洒水措施,按加水量公式计算,采用取土坑内提前洒水闷湿和路堤内洒水搅拌两种方法；当填料含水量过大,可采用取土坑挖沟拉槽降低水位和用推土机松土器拉松晾晒相结合的方法,或将填料运至路堤摊铺晾晒.⑤碾压夯实：确认层厚、平整度、含水量符合要求后采用重型振动压路机碾压.压实顺序按先两侧后中间,先慢后快,先静压后弱振、再强振的操作程序进行碾压.各区段交换处应互相重叠压实,纵向搭接长度2m,沿线路纵向行与行之间压实重叠应为0.5m.⑥质量检验.试验人员在取样或测试前必须检查填料是否符合要求,碾压区段是否压实均匀,填筑层厚是否超过规定厚度.
路堤填土压实的质量检验应随分层填筑碾压施工分层检测.
路堤每层填筑压实质量标准为：压实度系数大于或等于0.94,地基系数K30大于或等于0.94MPa/m,压实满足要求后方可进行下一层填筑施工.
2.2.2 仰拱垫层施工工艺 明洞仰拱垫层采用C15沙浆稳定粉质黏土,10cm厚.施工工艺如下：
根据下挖深度采用人工配合挖掘机进行开挖,尽量避免扰动垫层以下填筑土体的稳定性.挖至设计标高后,人工进行整平、夯实然后进行C15沙浆垫层施工,沙浆在拌合站集中拌制,混凝土罐车运抵现场.根据设计要求确定的砂砾土场,作好取土的准备.
2.2.3 仰拱、拱墙及仰拱填充浇筑施工工艺
2.2.3.1 施工准备 仰拱垫层C15沙浆达到一定强度后即可开始进行仰拱和拱墙混凝土的施工.根据明洞上部拱墙结构整体模板施工要求,仰拱、仰拱填充及下部拱墙分三次浇筑到上部拱墙定型模板安装位置,然后一次性将拱墙浇筑完成.施工工艺流程图如MD-3.
2.2.3.2 钢筋绑扎 仰拱钢筋按照规范和设计要求进行加工并安装,下层钢筋采用同标号混凝土垫块垫起,垫块与主筋绑定,均匀分布,呈梅花形布置.拱墙钢筋按照规范和设计要求在钢筋加工场进行下料,运到施工现场后进行组装.拱墙钢筋利用2台简易台车以20m一个工作循环进行现场绑扎、焊接、预弯弧形.钢筋保护层采用同标号的圆形垫块进行控制,垫块半径根据保护层厚度确定,圆形垫块事先预制好,帮扎实固定在主钢筋上,确保混凝土保护层的厚度.
2.2.3.3 模板安装 基础模板采用组合钢模板,模板安装前用绞磨机将表面铁锈、毛刺彻底打磨干净,达到手感如镜面,然后涂刷长效脱模剂.模板板缝采用双面胶条填塞密封.模板外侧采用钢管支架加固,内侧设对拉钢筋加固.
拱墙衬砌台车利用吊车进行安装、调试.台车内外按照台车设计尺寸共铺设四条轨道供台车整体移动.台车安装液压装置,电力系统供给工作动力.台车内模利用液压装置收缩,模板因重力下坠进行脱模.外模和顶模利用台车两端头的液压旋转装置,先将模板向外旋转出来,然后上顶脱模.整体模板依附利用钢轨进行宽度净空控制,利用在拱墙角（第三次浇筑混凝土时纵向等间距的预埋的PVC管）进行高度净空控制并阻止整体钢模板上浮.拱墙尺寸由在模板上均布设置的2～3排对拉丝和整体模板自身的刚度来控制.台车行走的钢轨利用枕木和预埋件进行定位.在第二次浇筑仰拱回填混凝土时,按照台车设计尺寸均布预埋钢筋或地锚来进行钢轨定位.整体模板表面平顺、整洁,接缝间隙不大于2mm,无错位现象.浇筑混凝土前涂刷长效脱模剂.在混凝土浇筑工序倒换工程中,将模板整体移至无钢筋加工段进行模板打磨、修整、涂脱模剂,然后回移浇筑混凝土.下锚洞段模板也采用整体钢模,在现有模板基础上进行局部改装而成.
2.2.4 混凝土施工工艺
2.2.4.1 仰拱、仰拱填充及拱墙下部混凝土浇筑 混凝土灌筑前,先将浇筑区域内的杂物彻底清理干净,在接茬处用M10水泥砂浆浆进行湿润,确保两次浇筑的混凝土能够紧密的结合在一起,尽量减小施工缝.分层浇筑,每层厚度为30cm,采用插入式混凝土振捣器振捣密实,振动棒与侧模保持5～10cm的距离,浇筑混凝土过程中,派专人检查模板情况,如有异常及时采取有效措施进行加固处理.混凝土每层浇筑时间间隔不得大于混凝土的初凝时间,上一层浇筑时,振捣器必须插入下一层15cm,确保两层混凝土紧密结合,避免出现施工缝.
2.2.4.2 拱墙整体模板混凝土浇筑 拱墙整体模板混凝土浇筑采用输送泵、汽车泵进行,混凝土由拌合站集中拌制,罐车运到施工现场.在台车侧模和顶模处均匀地布置4排工作窗,用来进行混凝土的振捣作业.混凝土浇筑时,左右对称的进行,确保模板不会由于偏压而移位.
2.2.4.3 防水混凝土施工工艺 ①原材料选择.配制防水砼的原材料必须符合质量要求.水泥符合国家标准,强度等级不低于32.5Mpa,水泥用量不少于300kg/m3.如有受潮、变质、过期现象,不采取降级使用,优先选用硅酸盐水泥.地质中有硅酸盐侵蚀的地段,选用火山灰质水泥.砂、石的要求与普通砼相同,但清洁度必须充分保证,控制含泥量,如含泥过大,将加大砼收缩,降低强度和抗渗性.石子含泥量不大于1%,砂的含泥量不大于2%.②防水砼搅拌.防水砼配料按配合比准确称量,外加剂均匀掺加到拌合水中,再加入搅拌机内,采取机械搅拌,搅拌时间控制在2.5-3.0min.掺外加剂时,根据外加剂技术要求,确定搅拌时间.③防水砼运输.防水砼运输过程中防止有漏浆和离析,即坍落度,含气量损失.如产生离析化水现象,入模前必须重拌.高温季节施工时,减少坍落度损失,尽量避免产生干燥收缩现象.运输距离较远或高温季节时,选用水化热低的水泥,或掺缓凝型的减水剂.冬季掺早强外加剂.④防水砼浇筑.防水砼浇筑前,将模板内部清理干净,施工时应分层浇筑,每层厚度不超过30cm,相邻两层浇筑时间不超过2h,夏季适当缩短.防水砼必须连续浇筑,尽量不留或少留施工缝.⑤防水砼的振捣.防水砼采用插入式振捣器进行振捣密实,分层厚度不超过30cm,插点间距不大于振动棒作用半径的1.5倍,振动器与模板间距不大于其作用半径的0.5倍.振动棒插入下层砼内的深度不小于50mm,每一振点快插慢拔,使振动棒拔出后,砼自然地填满填孔.做到不漏振、欠振,又不重振、多振.防水砼密度要求较高,振捣时间控制在10-30s之间,以砼开始泛浆和不冒气泡为止.
2.2.4.4 混凝土拆模、养护 混凝土浇筑完毕后,即进行洒水养护,在12～24h后拆除模板,拆模时混凝土的温度不能过高,以免混凝土接触空气时降温过快而开裂,更不能在拆除模板后浇注凉水养护.模板拆除后用薄膜进行覆盖养生,委派专人专车洒水保湿养护至少14天以上,确保后期混凝土强度的形成.
2.2.5 变形缝、施工缝处理 变形缝：明洞纵向每隔
20m设置一道变形缝,变形缝宽度30mm.在结构厚度中心埋设橡胶止水带+止水条,止水带中间空圆位于变形缝中心.变形缝内填塞沥青木丝板、改性沥青嵌缝油膏.
施工缝：施工缝处重新浇筑前必须将施工缝处的砼表面凿平,清除浮粒和杂物,用水冲洗干净,保持湿润,再铺上一层20-25mm厚的水泥砂浆,并设置一道缓膨型止水条.