隧道仰拱作業區快速施工技術*

張光明，鄧 君，呂 虎

（1.中鐵十一局集團漢江重工有限公司，湖北襄陽 441006；2.中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶 400037）

0 引言

目前隧道施工生產主作業線[1－3]在各圍巖級別下最大施工進度不一致，同等條件下仰拱作業線施工能力普遍低于掌子面和二襯作業線施工能力，仰拱施工[4－5]已成為制約隧道施工的關鍵環節。原因如下：一是仰拱各工序間施工組織上存在交叉管理環節，內部協調難度大，無法形成流水作業，影響施工進度；二是目前隧道仰拱工裝設備，僅是基于仰拱施工單項功能需求進行的單項功能設計，與其他作業線的工裝設備協同作業能力差；三是近年來各單位為加快施工進度，積極推行隧道機械化配套施工[6－8]，但是受機械設備作業空間的限制，仰拱、二襯封閉成環的距離也明顯增大。

近年來，各施工單位就如何解決隧道仰拱施工短板問題，開展了大量的設備改裝、工藝改進活動，成效仍不夠理想，仰拱與掌子面等生產線施工組織協調問題依然是制約隧道快速施工組織的關鍵。如何突破隧道仰拱作業區快速施工組織瓶頸，進一步挖掘現有機械化配套工裝潛能非常迫切。

針對目前隧道機械化施工安全步距大[9－10]、工效不平衡性問題，圍繞仰拱、防排水等作業線的施工機械化開展研究，并本著從發現問題、分析問題、解決問題的理念對現有仰拱施工技術進行了創新，提出了隧道仰拱作業區快速施工技術，且在鄭萬高鐵人和隧道建設過程中得到應用。實踐證明，該技術有效提高了仰拱作業區的施工進度，節約了施工成本，并取得了良好的經濟社會效益，具有很好的推廣價值和應用前景。

1 仰拱作業區快速施工解決方案

基于機械化配套設備、施工工藝等現有技術基礎上進行了理論創新、技術創新，并按照施工安全與進度平衡的管理理念，研發了大跨度伸縮式仰拱棧橋，實現了仰拱作業分區（即仰拱開挖支護區A、仰拱襯砌區B、仰拱填充區C），且作業區間工序能夠流水作業、并行作業，改變現有的隧道仰拱施工組織模式，達到隧道掌子面、仰拱、二襯等主作業區兼容并進的目的；通過大跨度仰拱棧橋實現鋼筋防水板臺架騎跨棧橋，棧橋與鋼筋防水板臺架協同作業，有效縮短施工步距。

仰拱作業區快速施工的具體解決方案如下。

（1）仰拱開挖與掌子面施工協同作業。棧橋24 m主橋相對固定不動，通過前導梁便捷的伸縮功能實現仰拱開挖支護與掌子面施工物料通道運輸同步作業，將仰拱施工對掌子面作業區和仰拱作業區的工序影響時間降到最低，實現掌子面施工與仰拱開挖、支護協同作業互不干擾。

圖1 仰拱棧橋結構及作業區

（2）仰拱作業獨立分區，工序平行流水作業，解決仰拱施工不連續問題。利用36 m大跨度移動仰拱棧橋，將大跨度棧橋主梁分解為主梁和前導梁兩個部分，使其具有伸縮功能，形成仰拱開挖與支護、仰拱襯砌、仰拱填充3個長度為12 m的獨立作業區，作業區各工序并行、獨立流水施工工藝，同時，結合棧橋配備的前、后縱移小車，牽引中心水溝模板、邊墻模板和端頭模板，應用仰拱模板上設置的激光定位，高效快速完成模板精確調整，實現水溝、邊墻同步施工完成，加快仰拱施工進度，縮短二次襯砌跟進時間，提高隧道施工進度。

（3）鋼筋、防水板組合式臺架騎跨棧橋，實現二次襯砌鋼筋、防水板與仰拱填充同步作業，工藝創新實現隧道快速高效施工。在仰拱填充混凝土未達到機具通行要求強度期間，通過設置在組合式臺架上的走行輪，行走于棧橋主橋上的軌道，實現騎跨棧橋進行防水板鋪設、鋼筋安裝作業，以此實現提前施工防水板、二次襯砌鋼筋，縮短二次襯砌和仰拱安全步距，促進隧道快速高效施工。

以上解決掌子面、仰拱、二襯間協同作業的技術方案稱之為仰拱作業區快速施工技術，其快速施工流程如圖2所示。

圖2 快速施工作業流程

2 仰拱作業區快速施工技術特點

（1）采用伸縮式仰拱棧橋施工，形成分區作業，有效加快仰拱施工進度，縮短二襯臺車跟進時間，提高隧道施工進度。

（2）將大跨度棧橋主梁分解為主梁和前導梁2 個部分，使其具有伸縮功能。仰拱開挖作業時，可通過伸長前導梁形成獨立的仰拱開挖作業區間，避免干擾。

（3）模板系統移動方便，無需移動主棧橋，即可通過縱移小車對仰拱模板進行快速定位。

（4）模板定位簡便，仰拱模板上設有激光定位，可實現仰拱模板精準定位。

（5）整機采用液壓驅動，實現步進前移后退功能，可根據隧道施工作業的工藝要求，進行棧橋的前移后退機構簡單、控制靈活。

（6）鋼筋防水板臺架騎跨棧橋，二襯鋼筋、防水板與仰拱填充同步作業，有效縮短二襯閉環距離。

3 工程案例

（1）概況

人和隧道位于重慶市云陽縣蓮花鄉、人和鎮、黃石鎮轄區內，轄區位于云陽縣西北部。起訖里程為DK783＋998～DK792＋290，全長8 292 m。隧道為單洞雙線類型，人字坡，自進口至出口縱坡分別為0‰、4.4‰、－3‰。施工技術應用試驗段為Ⅲah型復合襯砌斷面。

（2）應用效果

安全質量管理提升顯著。采用仰拱作業區快速施工技術后，安全質量得到進一步提升，施工工藝滿足了設計文件及相關規程要求，洞內規范化、標準化管理提升顯著。

工程進度及效益提升明顯。因為隧道受安全步距因素影響，隧道實際施工進度取決于掌子面、仰拱以及二次襯砌作業線三者最低指標（制約指標）。分別采用Ⅰ級、Ⅱ級機械化配套施工進行統計分析，數據如表1～2所示。

表1 隧道仰拱作業區施工工效對比（Ⅰ級機械化配套）

表2 隧道仰拱作業區施工工效對比（Ⅱ級機械化配套）

通過表1～2數據對比分析，采用Ⅰ級、Ⅱ級機械化配套施工，傳統施工技術制約仰拱作業區進度為仰拱作業線，而采用本文施工新技術的制約因素則為二襯作業線、掌子面作業線，解決了影響仰拱作業線施工進度慢的難點問題，同時在Ⅰ級、Ⅱ級機械化配套施工過程中，相比傳統施工技術，工效分別提高了50%和41.7%。綜合分析可以看出，應用本文技術方法可大大提高綜合工效，縮短施工工期，同時還可節約施工成本。

人和隧道采用本施工新技術，施工快捷、作業面整潔、結構美觀，從安全、質量、工期、成本等方面均取得了良好的示范效果。

圖3 應用實景

4 結束語

通過研究設計大跨度伸縮式仰拱棧橋，再利用棧橋自身的整機橫移、導梁伸縮及上下可調、仰拱模板自動移動定位等先進功能，形成了隧道仰拱快速施工的專有新技術，有效解決了困擾隧道仰拱快速機械化施工安全步距大、工效不平衡等問題。該項新技術實現了仰拱棧橋下方開挖支護、仰拱襯砌、仰拱填充三區平行流水作業以及掌子面、仰拱及二次襯砌三大主作業線并行協同作業的施工模式，分析總結形成了隧道仰拱快速施工工法。

本項新技術通過人和隧道工程項目進行了驗證，應用統計結果表明，該技術不僅有助于提升隧道仰拱作業區施工工效，降低了施工成本，同時還保證了仰拱施工的安全步距，具有非常好的推廣價值和應用前景。