隧道仰拱與中心水溝機械化高效施工技術探討

周 伍 藝

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 概述

目前隧道施工中，常因沒有理想的配套設備和施工工藝，仰拱施工的質量和進度難以保障，成本也較高，進而影響了防水系統、二襯等后繼工序的結構銜接質量和進度，隧道仰拱施工成為制約隧道快速施工的控制性工序。為此，開展隧道仰拱成套機械化施工已成為隧道施工亟待解決的問題之一。

新建貴南鐵路獨山一號隧道通過對現有施工工藝及裝備進行改進，自主研制了一種帶固定式全環弧形模板及中心水溝模板的液壓移動棧橋(見圖1)，通過該工裝將傳統的仰拱施工由一個作業面變成兩個作業區間，進行流水施工，一定程度上提高功效，縮短每循環施工時長；采用40 m長的雙車道分離式棧橋，移動方便，保證了仰拱混凝土施工洞內交通暢通；仰拱采用全弧模板，利用鉸接組合，使仰拱模板安裝、拆除能夠簡單快速地完成；采用端頭梁來固定仰拱模架和中心水溝模架，同時在移動時使模板系統形成為一個整體，可自行移動，定位準確，有效提高了施工效率，各項指標均滿足隧道仰拱施工設計要求。

2 工程及地質概況

2.1 工程概況

新建貴南高鐵獨山一號隧道位于貴州省都勻市王司鎮境內，洞身為大片的樹林區，隧道全長8 848 m，洞身段最大埋深段約445 m，線路縱坡為單面上坡，依次為1 175 m長5.5‰的上坡、2 400 m長23‰的上坡和4 913 m長14.7‰的上坡。隧道進出口有鄉村道路相通，交通條件較方便。

2.2 工程地質

隧址區上覆第四系全新統坡崩積碎石土、坡殘積黏土、粉質黏土、角礫土；下伏基巖為志留系中統翁項組石英砂巖、頁巖夾灰巖、砂巖；奧陶系下統大灣組灰巖、砂巖、頁巖，紅花園組灰巖夾白云巖及寒武系上統廬山組白云巖。隧址區斷裂較發育，斷裂構造以北西向組最為發育，均為多期性的陡傾角斷層。隧道洞身穿過的斷層共5條，分別為：王司正斷層、孟娃埡口正斷層、老寨逆斷層、觀音山逆斷層和苦李溝正斷層。

3 隧道仰拱施工工藝流程及操作要點

隧道仰拱與中心水溝機械化高效施工工藝流程如下：

棧橋架設→隧底開挖及清理→仰拱底初期支護→防排水施工→仰拱鋼筋綁扎→全弧模架系統移動、定位→澆筑仰拱混凝土→脫模、液壓提升全弧模板→水溝模板滑移就位→澆筑填充混凝土→混凝土養護→中心水溝模板脫模。

4 關鍵工序施工工藝及操作要點

4.1 自行式液壓棧橋組裝

1)自行式液壓棧橋工廠制造后(如圖2所示)運至現場組裝，安裝時汽車吊起吊部件進行安裝，將自行式移動棧橋安裝調試完畢后，啟動走行機構進入洞內。

2)根據隧道洞口現場施工實際情況，在洞口段50 m處組裝自行式移動棧橋(見圖3)。

4.2 隧底開挖、清理

1)仰拱開挖分成左右兩部分，先進行一半的開挖。

2)第一個循環先將左邊或者右邊的仰拱開挖好，棧橋停放在沒有開挖的一側；將運渣車停放在棧橋上，挖掘機在需開挖的面上，開挖時從棧橋的前端向后端開挖，挖掘機一直停在仰拱標高面上，保證挖掘機能向運渣車里面裝渣。

3)將其中一側開挖好后，操作棧橋使得棧橋橫移到已經開挖好的那一側，將運渣車停放在棧橋上，挖掘機在需開挖的面上，開挖時從棧橋的前端向后端開挖，挖掘機一直停在仰拱標高面上，保證挖掘機能向運渣車里面裝渣；此時仰拱開挖和仰拱襯砌可以同步進行。

4)開挖完成后，將基底虛渣、雜物、積水清理干凈。

4.3 噴射混凝土

開挖完成后檢查待噴面尺寸、幾何形狀合格后采用濕噴工藝進行噴射混凝土施工。

4.4 仰拱鋼拱架安裝定位

1)仰拱鋼拱架采用連接鋼板與拱腳處鋼拱架焊接成整體結構，閉合成環。

2)鋼拱架安裝到位后，為了保持保護層滿足要求，在鋼拱架底部防止與仰拱混凝土同標號的墊塊。

4.5 防排水施工

施工防排水工程、仰拱預埋件等,應確保邊墻部位防水板、泄水孔滿足要求，仰拱接地、預埋過軌管等預埋件符合設計要求。

4.6 仰拱鋼筋綁扎

1)仰拱襯砌鋼筋采用工廠化集中加工成型，運輸到隧道施工現場后，采用人工綁扎與焊接。

2)仰拱鋼筋嚴格按照規范設計要求進行安裝定位，確保鋼筋間距、長度、位置等滿足設計要求(見圖4)。

4.7 全弧仰拱模板安裝定位

1)全弧仰拱模板固定在剛性骨架上，模板結構采用3塊大塊鋼模組合形成，每塊模板間采用樞紐連接，翻轉、折疊后進行安裝和拆除。

2)根據測量結果,采用液壓油缸系統左右及上下調節,將仰拱弧形模板按照設計標高準確定位，并用絲杠加固連接,防止全弧型模板在澆筑混凝土過程中發生偏移。

3)安裝仰拱鋼端模與止水帶，安裝仰拱鋼端模時仰拱基底應圓順，模板安裝在測量的同一斷面上，止水帶安裝應居中安放，搭接滿足要求，見圖5。

4.8 混凝土澆筑

1)澆筑仰拱混凝土,澆筑順序由隧底至兩側邊墻，底部采用串筒澆筑，邊墻采用溜槽澆筑，在施工過程中注意控制混凝土的澆筑速度，并加強振搗，確保混凝土施工質量；

2)全弧仰拱模板上布置混凝土澆筑窗口，確保仰拱混凝土澆筑質量。

4.9 全弧模板拆除

達到設計拆模強度后拆除絲杠，用油缸將仰拱弧模提升，完成拆除作業。

4.10 中心水溝整體液壓模板滑移就位

1)中心溝模架采用模架、模板一體式設計，通過棧橋自動走行裝置帶動牽引定位，采用液壓系統完成中心水溝模板的支模、脫模作業。

2)中心溝模板定位完成后，安裝仰拱填充端模，澆筑仰拱填充混凝土。

5 采用機械化工裝優越性

1)研究應用帶固定式全環弧形模板及中心水溝模板的液壓移動棧橋，為仰拱施工提供了小型流水施工工作面，將隧底開挖、清渣、清底3個施工工序與仰拱全弧模板安裝、全弧模板拆除、仰拱混凝土澆筑3個施工工序分為兩個作業區間進行小型流水作業，大大縮短了仰拱施工每循環的作業時間；

2)采用40 m長的雙車道分離式液壓自動走行棧橋，移動方便，保證了洞內仰拱混凝土施工中交通暢通，同時挖掘機可無障礙的在棧橋上進行回轉，便于清理仰拱余渣；

3)仰拱創新性采用全弧模板，仰拱鋼筋綁扎完畢后，利用液壓小車移動仰拱模架和定位，使仰拱模板安裝、拆除能夠簡單快速地完成；

4)采用端頭梁來固定仰拱模架和中心水溝模架，同時在移動時運載模架系統，使模板系統形成為一個整體，定位準確，移動就位快捷；

5)模板系統可以自行移動，利用棧橋為吊梁，以端頭梁為依托，使模板系統在絞車的拉動下整體自行移動到下一工作區；

6)仰拱全環弧形模板和中心溝模架采用模架、模板一體式設計，通過棧橋自動走行裝置帶動牽引定位，有效提高了定位效率和精度；

7)棧橋進出口設有液壓平臺，可根據不同工作狀態，進行升降，有效保證了棧橋的自由移動；同時仰拱全環弧形模板和中心溝模板系統，可利用絞車整體移動，操作方便，施工效率高。

6 結語

新建貴南鐵路通過采用固定式全環弧形模板及中心水溝模板的液壓移動棧橋，實現了隧道仰拱與中心水溝的高效施工，大大縮短了仰拱施工每循環的作業時間，有效提高了施工效率，降低了材料成本，減少了工時消耗，成功解決了隧道仰拱施工質量難以保證的難題，通過工程實際應用形成的隧道仰拱與中心水溝成套機械化施工工藝，對隧道工程施工具有很大的指導意義。