單線隧道24 m仰拱棧橋施工技術研究

薛 強

(中鐵十五局集團第五工程有限公司 天津 300251)

隨著我國鐵路建設的大力發展，長距離單線隧道建設越來越頻繁，現代化施工已是趨勢，目前一些山嶺施工還處于傳統化施工，施工緩慢，同時機械化施工剛剛起步，也存在一些施工問題。韓賀庚等[1]提出隧道工程施工技術要點及機械化配套施工加快了現代化隧道施工進度，但是機械設備造價較高，初期成本投入也大。田曉峰[2]提到仰拱及填充一次性澆筑24 m，極大地提高了工效，但是此施工對施工人員要求較高，仰拱面容易出現不規則裂紋，存在質量缺陷。朱科[3]提到使用自行式液壓仰拱棧橋及仰拱弧形模板配套仰拱端頭鋼端模弧形夾具提高了施工質量和進度。

本文結合張坊隧道出口24 m液壓自行式仰拱棧橋施工，對棧橋進行部分優化，以加快施工進度，對一次性澆筑24 m和分區段同步各澆筑12 m仰拱施工工藝進行對比。

1 工程概況

蒙華鐵路MHTJ-29標二工區張坊隧道起訖里程為DK1640+109-DK1645+864，全長5 755 m，為本標段最長的單線隧道，是全線重難點工程和環境監控重點隧道。隧址區穿越大圍山風景區、存在強富水或中富水的斷層破碎帶、高應力和極高應力區等不良地質，存在涌水、突泥、軟巖大變形等風險。且斷面小、工期緊。張坊隧道穿越的地層主要以白云巖和花崗閃長巖為主，其中II、III圍巖地段鉆爆法采用光面爆破[4]。施工工法按照新奧法原理施工，暗挖隧道采用曲墻帶仰拱的復合式襯砌結構型式，復合式襯砌由初期支護、防水隔離層與二次襯砌組成，初期支護采用濕噴工藝，二次襯砌采用模筑混凝土。

2 施工情況

2.1 施工難點

張坊隧道單線單口掘進2 km以上，基巖裂隙水發育，洞內涌水量大，反坡排水任務艱巨，文明施工難度大，其中還存在部分高應力段施工，開挖難度大，施工斷面小，交通阻礙大，二襯施工時，二襯臺車兩側受力大，橫撐不能更換，期間需要實施8 h封路。

2.2 施工措施

1) 針對斷面小問題，每隔200 m設置1個寬6 m、深7 m的綜合洞室，每隔400 m設置1個兩邊各加寬60 cm、長18 m的下錨段，下錨段中間設置1個綜合洞室。針對施工要求，200 m綜合洞室仰拱矮邊墻一次性施工完成，下錨洞綜合洞室仰拱矮邊墻預留13 m不施工，為后續罐車洞內錯車使用。

2) 二襯施工期間，掌子面施工1排炮，同時開挖綜合洞室。計劃采用24 m棧橋施工，增加仰拱施工條件，達到同步作業。采用挖機配合持續放炮，直至二襯結束后出掌子面、綜合洞室、仰拱渣。施工示意見圖1。

圖1 二襯施工期間各工作面施工示意

3) 維持文明施工現場，采用長距離反坡排水優化技術[5]，同時出渣時預留少量洞渣，噴漿料回彈，待噴漿結束后，清理斷面時可帶走掌子面泥漿。

3 仰拱施工

3.1 仰拱施工方案選擇

3.1.1 仰拱一次性澆筑24 m

采用24 m自行式液壓棧橋澆筑仰拱，一次性澆筑24 m，包括矮邊墻一次性澆筑。初凝后及時養護，但是仰拱中間出現裂縫，底部壓力水滲出，工程質量存在缺陷。

3.1.2 仰拱表面加設防裂網片

通過ABAQUS有限元軟件建立仿真分析模型[6]，結合孫繼剛在鋼筋混凝土構件開裂彎矩理論計算中[7]得出的截面的塑性發展深度與混凝土強度、配筋率及截面高度均有關系的結論，認為當混凝土強度、配筋率增大時，截面的塑性發展深度將變小。

仰拱一次性澆筑24 m長，在澆筑過程中增加(20 cm×7)寬×(20 m×17)長的防裂網片，鋼筋采用直徑10 mm的光圓鋼筋。初凝后及時養護，但是仰拱表面依然出現橫向通縫裂紋。此時混凝土強度為C35、配筋量33.4 kg。繼續增加配筋量和提高混凝土強度將加大費用的投入。

3.1.3 仰拱分區段施工

24 m仰拱棧橋分區段施工，兩區段施工同步，達到同時澆筑12 m[8]，累計澆筑24 m，初凝后及時養護，一次性澆筑12 m，仰拱表面無裂紋。

通過這3種方案比較，可知24 m直接澆筑和24 m直接澆筑并在中間位置增加防裂網片方案施工進度較快，但是仰拱表面出現橫向通縫裂紋，影響施工質量。分區段施工不僅解決了仰拱裂紋問題，也保證了施工進度。

3.2 分區段仰拱施工提升

3.2.1 安全提升

仰拱施工采用24 m棧橋，跨度大，仰拱底部有人員施工，開挖出渣時行走在棧橋上。為防止掉落石塊砸傷工人，在棧橋兩側安裝防護柵欄，中間安裝防落網。

24 m自行式液壓棧橋一次性澆筑仰拱24 m，大大加快了施工進度，功效提高1倍，但是長距離混凝土澆筑，存在質量缺陷。采用分區段施工，充分利用了24 m自行式液壓棧橋的長距離優勢，達到相同時間內一次性澆筑24 m，且克服了混凝土開裂的問題。提高了施工工效，節約了經濟投入。

3.3 仰拱24 m分區段同步施工

3.3.1 棧橋設計圖

本棧橋允許一次性承載600 kN，總長度38 m，主橋長29 m，引橋長9 m。仰拱模板長24 m，棧橋按前方履帶驅動，電機功率22.5 kW。其中：施工一區12 m，施工二區12 m，參數見圖2，表1。

圖2 仰拱棧橋設計圖(單位：mm)

表1 棧橋各參數

3.3.2 仰拱分區段施工

仰拱施工采用鐵路單線隧道全液壓履帶式棧橋，其實際外觀長度38 m，施工長度滿足24 m施工，由于前期一次性澆筑24 m仰拱，加快了施工進度，但是由于現場施工條件和技術無法達到設計理念，導致仰拱開裂。施工方案更改為12 m澆筑，為不影響前期的24 m一次性澆筑的速度，分2個區段同步平行作業。先一次性清完底渣24 m，棧橋走到位后，再開始下一個區段清理底渣，安裝完預埋件后，澆筑時，剩余人員進入下個區段繼續清底渣、安裝預埋件，待第一區段初凝后，拆除堵頭模，連續澆筑第二區段[9-10]。施工示意見圖3。

圖3 仰拱分區段施工示意

3.4 多工作面施工理念

由于隧道圍巖多為花崗巖，II級圍巖，巖體完整堅硬，故采用全斷面快速施工，隧道貫通后，仰拱剩余工程量較大，24 m棧橋2區段施工加快了仰拱施工進度，但是依然無法達到24 h不間斷澆筑混凝土。為此通過增加多個工作面施工理念，在仰拱區段內增加仰拱工作面，實現多個工作面同步澆筑。一次性2個或者3個工作面同步澆筑施工示意見圖4。

圖4 3個工作面同時澆筑

3.4.1 仰拱鋼筋段施工

3個工作面同步施工時，最里側仰拱施工到有鋼筋段時，為加快施工進度，采用分區段施工，先綁扎100 m鋼筋，采用車載泵接泵管200 m外澆筑，剩余100 m范圍內繼續綁扎鋼筋，邊澆筑邊綁扎鋼筋循環施工，施工時間縮短一半[11]，其施工示意見圖5。

小蟲到了店里，才知道自己想錯了。看玉敏淚水漣漣，更是吃驚。雨落讓小蟲鎮靜，才將事情原原本本地說了，小蟲猛地打了個寒顫，像從熱氣騰騰的南非被挾持到了天寒地凍的冰島。玉敏的臉上結滿了天寒地凍的嚴霜，讓小蟲確信，雨落不是說著玩的。

圖5 仰拱鋼筋段施工示意

3.5 仰拱施工微創微改

3.5.1 堵頭采用鋼木混合

堵頭采用棧橋廠家配套提供的鋼模板，施工仰拱堵頭平直，止水帶居中，但由于仰拱開挖過程中無法達到設計的弧形底面，鋼模板無法密貼仰拱底，導致混凝土漏漿，澆筑質量差。

現場操作使用鋼模板的上半塊模板，下半塊模板采用木模代替，止水帶對夾居中，此工藝施工速度快，滿足不同仰拱底面弧形，澆筑混凝土無漏漿現象，澆筑質量好，止水帶居中[12]，其施工示意見圖6。

圖6 鋼木混合堵頭板

3.5.2 仰拱預留排水溝

張坊隧道出口為反坡施工，洞內裂隙水較多，仰拱施工后，排水盲管排水量大，導致仰拱面積水，文明施工效果差。通過改進棧橋，在棧橋底部焊接10 cm槽鋼，澆筑過程中預留高為10 cm的水溝排水。其施工工藝示意見圖7。

圖7 棧橋焊接角鋼施工示意

3.5.3 焊接定位卡固定鋼筋間距

仰拱鋼筋段施工時，鋼筋采用套筒連接，為保證鋼筋的抗拉、抗剪強度滿足要求，鋼筋在洞外進行擠壓，整體弧形鋼筋在棧橋底部施工，易造成間距和保護層控制差，針對此問題，對于內側鋼筋，在棧橋矮邊墻邊模上焊接定位卡，定位卡由2 mm的鋼板改裝而成，間距根據施工圖紙切割成20 cm和25 cm卡槽，卡槽距矮邊墻模板5 cm為鋼筋保護層。外側鋼筋通過活動式定位卡固定，活動式定位卡采用2 mm鋼板、寬8 cm，切割3 cm凹槽做卡槽，鋼板兩側焊接80 cm鋼管，鋼管搭接在矮邊墻模板上以固定外側鋼筋。

3.5.4 棧橋自帶反坡排水系統

張坊隧道出口為反坡，洞內裂隙水流量大，仰拱端頭設置集水坑抽排，每次棧橋行走，水泵水管就要拆卸，嚴重影響施工進度和仰拱積水抽排，針對此類現象，在仰拱棧橋端頭固定1個集水箱，自帶自動抽水和沉淀裝置，水泵水管固定在棧橋上，隨棧橋行走，如此既加快了施工進度也避免了水泵水管損壞。水箱模型見圖8。

圖8 水箱二級沉淀池

4 結語

1) 采用24 m棧橋施工，施工方便，人員、機械使用量減少，同時也加快了仰拱施工速度。

2) 為避免仰拱開裂，24 m棧橋采用分區段同步施工，既解決了仰拱開裂問題，也加快了施工進度。

3) 通過改裝棧橋堵頭板，采用鋼木混合堵頭施工，既保證了仰拱端頭施工質量，止水帶居中，也加快了堵頭板安裝速度。

4) 仰拱施工過程中提出多工作面施工理念，24 m棧橋既可以作為仰拱施工棧橋，又可以作為通道，比傳統棧橋操作更加方便，達到多個工作面正常施工效果。

5) 由于仰拱開挖面不平順，履帶式棧橋行走時容易損壞，后期棧橋制作時可以考慮更換為輪胎式行走。