隧道施工中备受争议的矮边墙

1隧道施工中矮边墙的作用1、矮边墙的非正统身份铁路隧道的二次衬砌中，总会有这样一个名称显得很特殊：矮边墙（又称小边墙）。这个名称是怎么来的呢？在现行所有设计规范或者施工规范中都找不到这个词语。在网络中搜索发现，却有不少关于矮边墙的讨论，最多的争议集中在它是否应该存在和如何保证其施工质量两方面。按照新奥法原理，隧道二次衬砌主要作为隧道结构抵抗外力的安全储备，特别是在Ⅲ～Ⅵ级围岩中，是一个封闭成环的结构。为了增加受力性能，当然施工缝是越少越好。这个封闭成环的结构由于施工的必要而分为仰拱与拱墙衬砌两部分，并没有矮边墙一说。在设计图中，也没有矮边墙这样一种结构。矮边墙的身份并不正统。然而，无论是传统的还是现代的施工实践中，大多数隧道都要求施作矮边墙(小边墙)，然后在矮边墙上浇筑二次衬砌。看来矮边墙只是施工单位在施工过程中对仰拱与二衬之间的那部分结构的一种自定义称谓。不过，在有些复合式衬砌断面设计图中可以发现，仰拱两侧往往高出填充顶面一些。笔者认为，所谓矮边墙，正是仰拱两侧高出填充顶面的部分，一般高30cm～50cm。矮边墙其实是仰拱的一部分，如图1阴影部分所示。2图1矮边墙示意图从图1中还可以看出，施工缝（即矮边墙与二次衬砌墙脚的交界面）略低于电缆槽及水沟盖板，这样即使有小错台或渗水，也可以在处理后在浇注电缆槽侧壁时掩盖。这也是为什么矮边墙高度为30cm～50cm的原因。只不过设计中的施工缝在施工时一般是做成水平的，而不是斜面。2、矮边墙的存在理由矮边墙既然作为一个亲近的称谓而存在，那么必定有它不凡的功能和卓越的贡献。浇筑矮边墙主要是为了二次衬砌施工方便。由于受隧道结构以及衬砌台车限制，如果仰拱两侧与填充面持平，二次衬砌台车最下边的弧型模板或太长或太短，难以恰到好处地与填充顶面良好接触，不容易控制纵向墙脚线的正确位置，并且导致拆模困难，墙脚部分混凝土往往被撬得破破烂烂。但是如果施作了矮边墙，弧形模板只需要紧靠矮边墙的边缘，就可以使仰拱与二次衬砌平滑圆顺地对接，拆模也容易得多。3当然也有些隧道施工并不需要因为台车限制而施作矮边墙，因为他们的衬砌台车模板尾部设计成可翻转式的，能够伸缩调节模板，很好地与填充顶面接触。查阅《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》(TZ214-2005)可知：边墙基础高度的设置（水平施工缝）应避开剪应力最大的截面[1]。所谓“边墙基础”，即是本文所讨论的矮边墙。矮边墙与二次衬砌的施工缝是受剪力的薄弱处，而初期支护墙脚位置是受剪力最大处，矮边墙的存在使施工缝位置高于初期支护的墙脚，两者错开，有效增加整体稳固性和抗剪能力。有的隧道未施作矮边墙，施工中总是遇到台车上浮、混凝土外泄、边墙蜂窝麻面多、拆模困难等棘手问题。这是因为，模板台车是弧形的，在混凝土浇筑过程中，模板反弧段极易产生气泡不易排出，将导致混凝土表面蜂窝麻面较多。实际检查发现的情况正是如此。且混凝土在反弧段对台车产生浮力，特别是矮边墙部分浮力更大。如果浇筑速度过快，台车受到浮力增大而上浮，底部的模板就会离开地面出现缝隙，导致混凝土外泄。混凝土外泄又使得模板边缘被凝固的混凝土困住，脱模不利索。而在有矮边墙的情况下，弧形模板在台车微小的浮动中仍然紧靠矮边墙边缘，不至于产生缝隙。并且可以减少气泡和浮力，对提高拱墙二次衬砌施工质量和减轻施工负担是有利的。规范中没有对复合式衬砌是否需要施作矮边墙的要求。施工中应结合实际情况，因隧道特点和台车情况的不同而论，才是我们灵活掌握规范的根本。制定切实可行的技术措施与施工方案，经业主、监理与施工4方共同研讨，达成一致意见，这样比一家之言更可靠，落实到实际也更有信心。3、矮边墙的归属规范中也没有对矮边墙施作的先后顺序的要求，但对整体式衬砌要求边墙基础的扩大部分及仰拱的拱座应结合边墙施工一次完成[2]。这就可以理解为，衬砌环作为一个整体受力，应当尽量减少施工缝，边墙基础与仰拱应一次浇筑成型。对于复合式衬砌来说，道理也是一样的。而传统的隧道二次衬砌的施工方法是，首先仰拱铺底超前，然后利用组合钢模板施工矮边墙，最后采用模板台车灌注拱墙衬砌，共分为三步施工[3]，如图2所示。图24传统的二次衬砌施工顺序这种施工方法的结果，相当于是在仰拱与二衬之间增加了一个结构体，而这个结构体上下两施工缝相距太短，又处在结构受力最不利的位5置，降低了衬砌环结构的整体性，还会使整个隧道多一道纵向通长施工缝，增加了施工缝渗、漏水的几率。所以，正如本文开头所指出的那样，矮边墙作为仰拱的一部分，应当与仰拱一次浇筑而成。规范规定，仰拱或地板施作应各段一次成型，不得分部灌筑[4]。4、矮边墙的品质矮边墙与仰拱一次浇筑成型，问题在于，矮边墙的施工是如何进行的？其质量能够保证吗？我们都知道，按照规定，填充应在仰拱混凝土终凝后浇筑，并且必须保证仰拱的弧形。这就要求仰拱及矮边墙施工必须借助模板成型，否则仰拱施工将会出现下列问题：首先不能很好成型；其次振捣难以进行，因为混凝土一旦振捣就会向底部溜滑。而事实上，目前很少有隧道施工采用了仰拱模板，往往是仅在填充顶面位置安装矮边墙侧模板，填充与仰拱同时浇筑。待填充到位后，工人将混凝土铲进矮边墙模板，稍作插捣，不敢振捣。这样一来，矮边墙的质量就大打折扣。而且仰拱与填充的混凝土等级不同（比如仰拱为C35，填充为C20），往往是先倾倒仰拱混凝土于隧底，然后再倾倒填充混凝土，两者混在一起。矮边墙本属于仰拱，却使用的填充混凝土，加上不振捣，矮边墙的强度其实是相当低的。而且从拆模后可以看出，蜂窝麻面严重，外观质量也羞于见人，只好采用调制的水泥浆抹面进行掩盖。还存在模板重复利用凹凸不平，不加整修，不涂刷脱模剂等问题，6做出来的矮边墙的台阶线型极差，导致二衬台车模板与其接触不紧密，错台和漏浆严重。如图3.图3矮边墙与二衬之间错台5、争议的解决方案导致矮边墙质量问题的根源在于没有使用仰拱模板。而《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》(TZ214-2005)指引我们，仰拱成型采用浮放模板支架。没有模板，仰拱成型就成为泡影；没有模板，矮边墙浇筑混凝土时会因为振捣而坍塌，更别说振捣密实；没有模板，也就阻止不了填充于仰拱同时浇筑的做法。这样规范的要求只能成为一种无法完成的理想，再严格的要求也是徒劳。有一种具有浮动式行车底架的隧道仰拱模板台车[5]，其结构简单，制造成本低；仰拱的施工和掘进出渣运输等其他作业可同步进行，且灌筑质量不受过车震动影响，特别适用于长大铁路隧道的仰拱灌筑施工，已经成功运用于多座隧道施工。该模架可以进行推广使用，一是能够保7证仰拱成型，二是避免仰拱与填充同时浇筑，三是矮边墙施工质量有保证。另一方面，要想矮边墙与二衬连接圆顺，不留错台，就对矮边墙的标高和平直度提出了更高的要求[6]，否则台车模板与矮边墙接触不到位或不紧密，引起漏浆和拆模困难等问题。如果采用尾部模板可翻转和伸缩调节的二衬模板台车，那么可以不施作矮边墙，但是这种方法对墙脚位置的填充面的平整度要求也高，否则模板与与填充顶面之间仍会出现不同程度的缝隙，封堵和拆模起来都比较费事。作为第一线的施工单位要大胆尝试新工艺，新技术，改进施工方法，创新和完善科学的管理技术，才能在行业中不断前进，提升企业形象和口碑，最重要的是，还给产品内实外美的优良品质。[1]TZ214-2005，客运专线铁路隧道工程施工技术指南[S].[2]TB10204-2002，铁路隧道施工规范[S].[3]李书静.隧道二次衬砌矮边墙与边拱一次灌注施工技术[J].铁道工程学报，2009,5[4]TB10003-2005，铁路隧道设计规范[S].[5]中国西南科学研究院有限公司.一种具有浮动式行车底架的隧道仰拱模板台车：中国，CN200610020803.9[P/OL].[6]隧道网.公路隧道使用钢模板台车混凝土衬砌施工技术[C/OL].中国：隧道网.(2006-02-21).