一种高含盐岩隧道多重支护系统及仰拱钢筋安装方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种高含盐岩隧道多重支护系统及仰拱钢筋安装方法。

背景技术：

于隧道工程修建中，经常遭遇盐岩地层类似地况。隧道在含石膏为主的盐岩底层且地下水条件发育区域存在众多病害工程，如1970年通车的成昆铁路、2013年6月贯通的山西中南部铁路通道南吕梁山隧道。

发明人在研究中发现，客观上隧道混凝土结构在混凝土浇筑过程中或使用过程中，不可避免地产生不可见微细裂纹或可见裂纹等缺陷，这些缺陷为地下水的渗透提供了良好的通道。盐岩底层在地下水的作用下具有强溶解性和强腐蚀性，长时间会影响隧道的防水系统。

技术实现要素：

本发明的目的包括提供一种高含盐岩隧道多重支护系统，其隧道的防水性、抗渗性、抗腐蚀性强。

本发明的另一目的包括提供一种高含盐岩隧道仰拱钢筋安装方法，方便现场施工和对防水体系的保护。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种高含盐岩隧道多重支护系统，包括依次设置的初支、第一防水层、隔水砼层、反粘式防水板和二衬，隔水砼层远离围岩的内环表面被配置为进行平顺处理，第一防水层设有土工布和eva防水板全环铺设，初支被配置为采用早高强喷射混凝土进行浇筑，隔水砼层被配置为采用聚合物混凝土进行浇筑，二衬被配置为采用高强可塑吸波混凝土进行浇筑，高强可塑吸波混凝土的组分包括填充式植物纤维，填充式植物纤维被配置以中空管状植物纤维为管材、以耐碱性填料为芯材。

优选地，仰拱处被配置为采用低热水泥进行浇筑。

优选地，仰拱中钢筋包括多层多股钢筋。

优选地，仰拱中钢筋设有环氧树脂涂层。

优选地，初支由早高强喷射混凝土与全环格栅钢架浇筑形成。

优选地，隔水砼层包括仰拱处的仰拱隔水砼层，仰拱隔水砼层被配置为通过自行式长栈桥及全封闭模板进行砼浇筑，全封闭模板设有挡头板和沿隧道轴向分布的中间长模板，中间长模板与隧道作业区壁面相隔预设距离，全封闭模板与隧道作业区壁面围合形成混凝土待填充区域，自行式长栈桥用于辅助中间长模板的移动；

中间长模板沿分布平面设有若干贯通的入料窗口，入料窗口均配备有与台车顶部主料斗连接的槽道，入料窗口用于混凝土逐窗入模。

优选地，仰拱隔水砼层于底部设有若干间隔分布的阻水榫，阻水榫沿隧道环向分布。

优选地，高强可塑吸波混凝土包括按重量比计的20份～50份填充式植物纤维、200份～300份水泥、100份～150份粉煤灰、20份～50份膨胀剂、700份～800份砂、950份～1100份碎石、5.8份～6.8份减水剂、0.35份～0.70份引气剂和120份～180份水。

优选地，用于圆形隧道；

隔水砼层包括仰拱处的隧底隔水砼层，以及拱墙处的拱墙隔水砼层，隧底隔水砼层的厚度大于拱墙隔水砼层的厚度。

一种高含盐岩隧道仰拱钢筋安装方法，包括上述的高含盐岩隧道多重支护系统，其取消仰拱钢筋板扎时的定位筋，仰拱钢筋采用双层双排钢筋并设有环氧树脂涂层，采用混凝土垫块保证仰拱钢筋外层保护层，内层采用马凳的方式保证双层钢筋的层间距，采用铁丝进行钢筋绑扎，绑扎后使用环氧树脂修补液对钢筋预弯处、扎丝处进行修补。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1、在初支和二衬之间设置隔水砼层，采用聚合物混凝土浇筑隔水砼层，通过聚合物在水泥浆与集料间形成具有较高粘结力的膜层，抗渗性能更好，且早期水化速度和水化热低，降低温度裂缝产生的可能性；

2、采用早高强喷射混凝土进行初支浇筑，达到快速安全支护的目的；

3、采用高强可塑吸波混凝土进行二衬浇筑，其中涉及填充式植物纤维，提升与水泥基胶凝材料之间的粘接力，进而提高混凝土的密实度、稳定性和耐久性；

4、采用反粘式防水板，有效地减少甚至避免隔水砼层与二衬之间由于防水板而可能形成的渗水通路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供高含盐岩隧道多重支护系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供高含盐岩隧道多重支护系统的隧道横截示意图；

图3为本发明实施例提供阻水榫的环向示意图；

图4为本发明实施例提供阻水榫的轴向示意图；

图5为本发明实施例提供自行式长栈桥与全封闭模板配合的第一结构示意图；

图6为本发明实施例提供自行式长栈桥与全封闭模板配合的第二结构示意图。

图标：100-初支，200-第一防水层，300-隔水砼层，310-仰拱隔水砼层，311-阻水榫，320-拱墙隔水砼层，400-反粘式防水板，500-二衬，600-自行式长栈桥，700-全封闭模板，710-挡头板，720-中间长模板，721-入料窗口，730-混凝土待填充区域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1至图6，一种高含盐岩隧道多重支护系统，包括依次设置的初支100、第一防水层200、隔水砼层300、反粘式防水板400和二衬500，隔水砼层300远离围岩的内环表面被配置为进行平顺处理，第一防水层200设有土工布和eva防水板全环铺设，初支100被配置为采用早高强喷射混凝土进行浇筑，隔水砼层300被配置为采用聚合物混凝土进行浇筑，二衬500被配置为采用高强可塑吸波混凝土进行浇筑，高强可塑吸波混凝土的组分包括填充式植物纤维，填充式植物纤维被配置为以中空管状植物纤维为管材、以耐碱性填料为芯材。

在初支100和二衬500之间设置隔水砼层300，采用聚合物混凝土浇筑隔水砼层300。该聚合物混凝土基本包括水泥、粉煤灰、膨胀剂、聚合物乳液、砂、碎石、凝水剂、消泡剂和水。

聚合物乳液在水泥的扩散过程中，通过界面改性剂能够与聚合物乳液键合，避免与水泥基胶凝材料争夺活性二氧化硅，同时界面改性剂还能够提高聚合物乳液在水泥基胶凝材料中的分散性、降低聚合物乳液与水泥之间的界面张力，再联合减水剂的作用下，能够增强聚合物乳液在水泥中的流动性，从而增强混凝土的抗渗防水性。通过聚合物在水泥浆与集料间形成具有较高粘结力的膜层，抗渗性能更好，且早期水化速度和水化热低，降低温度裂缝产生的可能性。

采用早高强喷射混凝土进行初支100浇筑，达到快速安全支护的目的。早高强喷射混凝土包括水泥、增强掺合料、砂、碎石、减水剂、引气剂、防腐剂、速凝剂和水。增强掺合料包括硅灰、粉煤灰、改性纳米材料和纳米碳纤维，其中改性纳米材料包括改性纳米caco3和改性纳米tio2。

在传统混凝土的基础上引入增强掺合料，主要引入纳米碳纤维和改性纳米材料，这些纳米材料具有极小的尺寸，可以快速填充在混凝土的缝隙间，增加浆体材料的堆积密度，减少空隙率，使混凝土更加密实，缓解混凝土早期的氯离子渗透，有效的提高混凝土的抗渗性。混凝土中引入的纳米碳纤维，

在混凝土的水化产物中纵横交织，相互搭接成立体网状结构，能够提高混凝土的整体性；而且纳米碳纤维分布在c-s-h凝胶中，纤维单丝被c-s-h凝胶颗粒包裹，起到了分子链的作用，增强了凝胶体的韧性和整体性，从而提高了混凝土的抗裂性；除此之外，纳米碳纤维还可以对混凝土内部的微空隙、微裂缝起到桥接作用，有效阻止了微裂缝的进一步发展，进一步促进了混凝土的抗裂性能。

对纳米tio2和纳米caco3进行了改性，在与水拌合的过程中可有效避免纳米tio2和纳米caco3与大量水分子结合，使水泥水化程度更彻底，提高混凝土抗压强度和弹性模量，大大提高了其耐候性和分散性；同时改性后的纳米材料在与基体共混时分散更均匀，更好的增加混凝土结构的致密性，从而更好的抗氯离子扩散及抗氯盐及硫酸盐侵蚀，提高了喷射混凝土的致密性，从而提高了混凝土的抗渗性能及防腐性能。

采用高强可塑吸波混凝土进行二衬500浇筑，其中涉及填充式植物纤维，提升与水泥基胶凝材料之间的粘接力，进而提高混凝土的密实度、稳定性和耐久性。例如，一种高强可塑吸波混凝土，包括填充式植物纤维、水泥、粉煤灰、膨胀剂、砂、碎石、减水剂、引气剂和水。

具体地，填充式植物纤维具备耐碱性好、抗压性佳、断裂强度高的优良特性，采用填充式植物纤维代替传统的植物纤维，能够提升填充式植物纤维与水泥基胶凝材料的粘接力。包含有耐碱性填料的植物纤维能够增强植物纤维的耐碱性、抗压性和提升断裂强度，提升填充式植物纤维与水泥基胶凝材料的粘接力以及在混凝土中的分散性，进而提高混凝土的密实度、稳定性和耐久性，达到抗渗抗裂的目的。

与常规的植物纤维相较，本申请选用的填充式植物纤维是以中空管状植物纤维为管材、以耐碱性填料为芯材。植物纤维多为中空管状纤维，是用来输送水分及养料的输送通道，植物纤维的纤维内腔由于填充有耐碱性填料，能够避免水泥砂浆进入纤维内腔内。由于水泥砂浆中携带有水泥水化过程中产生的大量氢氧根离子，因此通过将植物纤维的内腔进行填充，能够避免氢氧根离子造成纤维素的损伤，进而避免引起植物纤维的断裂强度下降，保证了植物纤维加入混凝土后对混凝土的强度、抗压性、耐久性和抗渗性等性能的提升。

耐碱性填料作为填充物填充于植物纤维的内腔，能够避免氢氧根离子作用于填充物，避免度填充物性能造成影响，保证了填充物与植物纤维之间的粘接力，进而能够有效保持纤维的断裂强度，使得纤维能够持续稳定地作为增强剂增强水泥的强度。

此外，耐碱性填料填充于植物纤维的内腔，还可以通过增强填充式植物纤维的断裂强度、降低植物纤维的柔软性，以增强填充式植物纤维与水泥基胶凝材料之间的粘结力，增加填充式植物纤维在混凝土中的分散性，填充混凝土中的孔隙，增强混凝土的密实度、稳定性和耐久性，进而提高抗氯性和抗裂性。

采用反粘式防水板400，有效地减少甚至避免隔水砼层300与二衬500之间由于防水板而可能形成的渗水通路。安装反粘式防水板400之前，对隔水砼层300远离围岩的内环表面进行平顺处理，以期得到平顺表面。在平顺表面的基础上，采用反粘式防水板400构成第二防水层，克服了普通隧道因初支100面不平整而无法采用反粘式防水板400的缺陷。反粘式防水与普通eva+土工布形式有所不同，没有普通防水的热熔垫圈，没有土工布，防水板直接粘接于隔水层上，有效的增强效率，反粘式防水与二衬500结构之间通过浇筑的化学反应融合于二衬500，相当于二衬500结构的皮肤；有效的避免隔水层与二衬500之间犹豫防水板形成的渗水通路。

优选地，仰拱处被配置为采用低热水泥进行浇筑。降低混凝土的水化热，以减小养护用水，尽量避免施工用水对盐岩的侵蚀。

优选地，仰拱中钢筋采用多层多股钢筋。避免三重防水失效导致仰拱钢筋侵蚀膨胀而对结构产生的膨胀，抵抗膨胀力。

优选地，仰拱中钢筋设有环氧树脂涂层。提高钢筋的防水性能，特别是盐岩环境下的侵蚀。

优选地，初支100由早高强喷射混凝土与全环格栅钢架浇筑形成。增强初期支护强度，减小出现盐岩膨胀基底溶蚀造成的初期支护收敛过大情况的可能性。

优选地，请参照图2、图5和图6，隔水砼层300包括仰拱处的仰拱隔水砼层310，仰拱隔水砼层310被配置为通过自行式长栈桥600及全封闭模板700进行砼浇筑，全封闭模板700设有挡头板710和沿隧道轴向分布的中间长模板720，中间长模板720与隧道作业区壁面相隔预设距离，全封闭模板700与隧道作业区壁面围合形成混凝土待填充区域730，自行式长栈桥600用于辅助中间长模板720的移动。中间长模板720沿分布平面设有若干贯通的入料窗口721，每个入料窗口721均配备有与台车顶部主料斗连接的槽道，入料窗口721用于混凝土逐窗入模。

自行式长栈桥600包括前引桥、主桥、后引桥以及行走机构，前引桥一端与主桥的前端连接，后引桥一端与主桥的后端连接，行走机构用于主桥的移动。

全封闭模板700和自行式长栈桥600相互配合。全封闭模板700包括挡头板710和中间长模板720，中间长模板720沿隧道轴向分布，中间长模板720与隧道作业区壁面相隔预设距离，该预设距离由预先研究好的既定隔水层尺寸进行设定。

全封闭模板700与隧道作业区壁面围合形成混凝土待填充区域730，于该混凝土待填充区域730中填充混凝土，进行隔水层的施工。采取自行式长栈桥600，只需拼装一次，靠小车进行前后行走，相较于短栈桥具有操作简单、合理利用空间的有益效果。全封闭模板700和自行式长栈桥600相互配合，即可用于隔水层的施工，也可用于其他仰拱层的施工。

通过全封闭模板700与自行式长栈桥600配合进行浇筑，确保浇筑结构(边墙和拱圈处的隔水砼层300)形状尺寸及施工质量，且通过自行式长栈桥600满足工序和交通组织要求。

采取逐窗入模的方式对混凝土待填充区域730进行混凝土填充。中间长模板720沿分布平面设有若干贯通的入料窗口721，每个入料窗口721均配备有与台车顶部主料斗连接的槽道，入料窗口721用于混凝土逐窗入模。其每个窗口同时进料，且进料速度和数量基本一致且均匀，便于施工过程中对混凝土厚度分层的控制。或者，在现有现场无法满足所有窗口同时进料且一致的要求下，可采取分层对称进料，成批次依次进料。

优选地，请参照图3和图4，图3和图4提出了一种凸形的阻水榫311形式，突出的部分较其它部分远离二衬500设置，有利于挡水。仰拱隔水砼层310于底部位置处设有若干间隔分布的阻水榫311，阻水榫311沿隧道环向分布。通过阻水榫311，限制地下水流动范围，让地下水处于饱和状态，减缓地下水环境的变化，支持隧道整体结构。阻水榫311可选择与仰拱隔水砼层310一同浇筑形成。阻水榫311可选用与隔水砼层300材料一致的混凝土材料，提高防渗、抗裂性能。

优选地，高强可塑吸波混凝土包括按重量比计的20份～50份填充式植物纤维、200份～300份水泥、100份～150份粉煤灰、20份～50份膨胀剂、700份～800份砂、950份～1100份碎石、5.8份～6.8份减水剂、0.35份～0.70份引气剂和120份～180份水。

除了增强植物纤维的抗碱性之外，还可以通过降低水泥基胶凝材料中的碱性来进行提升。通过加入硅灰，可以降低水泥基胶凝材料的碱性，还可以使得水泥水化物中ca/si减小，水化物能与其他离子结合，结果使水泥石抗离子侵入和抑制碱-骨料反应的能力提高。硅灰加入比例为为50份～100份。

优选地，高含盐岩隧道多重支护系统用于圆形隧道中支护，隔水砼层300包括仰拱处的隧底隔水砼层300，以及拱墙处的拱墙隔水砼层320，隧底隔水砼层300的厚度大于拱墙隔水砼层320的厚度。

例如，条件下计算得拱墙隔水砼层320选择30cm厚，而将隧底隔水砼层300加厚至1m，通过大厚深基坑的换填方式，对隧底隔水砼层300进行增厚处理，解决基底脱空及抵抗膨胀力，以增强在隧底基岩发生变化情况下衬砌结构的完整性。

其中，圆形隧道开挖引起地面沉降影响，要小于马蹄形隧道和平顶直墙形隧道，圆形隧道易形成土体压力供，进而自身具有良好的自稳能力。

实施例2

本实施例提供一种高含盐岩隧道仰拱钢筋安装方法，包括实施例1中的高含盐岩隧道多重支护系统，取消仰拱钢筋板扎时的定位筋，仰拱钢筋采用双层双排钢筋并设有环氧树脂涂层，采用混凝土垫块保证仰拱钢筋外层保护层，内层采用马凳的方式保证双层钢筋的层间距，采用铁丝进行钢筋绑扎，绑扎后使用环氧树脂修补液对钢筋预弯处、扎丝处进行修补。

仰拱同隔水砼层300一致，采用全封闭模板700浇筑，且操作工艺一致。由于仰拱钢筋选用φ22涂层钢筋，仰拱弧度较大，施工难度相应提高，为避免仰拱反粘式防水在绑扎仰拱钢筋时候受到破坏，取消仰拱钢筋板扎时候定位筋。

由于仰拱钢筋直径较大，钢筋弯曲内应力较大，故取消普通绑扎钢筋的扎丝采用铁丝替代，仰拱钢筋完成绑扎后使用涂层钢筋厂家配置的环氧树脂修补液，对挤压套筒，钢筋预弯，扎丝等进行修补。

采用双层双排钢筋，一是提高仰拱抵抗膨胀力的能力，一是待以后结构产生裂缝等缺陷后有补救的时间。由于隧道施工环境有限，无法采用机械等外力绑扎，故以人工绑扎为主，若不采用双股钢筋，肯定会增加单股钢筋的直径，单根钢筋重量加强，无法满足现场施工需求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。