鐵路隧道仰拱襯砌施工技術(shù)研究綜述

劉峰

摘要：基于相關(guān)規(guī)范對鐵路隧道施工仰拱與掌子面的距離要求、二次襯砌與掌子面的距離要求、初期支護(hù)封閉成環(huán)與掌子面的距離要求、仰拱混凝土澆筑要求以及鐵路隧道仰拱施工機(jī)械化程度低、施工速度慢，難以滿足仰拱快速施工要求等現(xiàn)狀可知，仰拱施已成為制約鐵路隧道施工進(jìn)度的關(guān)鍵工序;同時(shí)，先施工仰拱再施工邊頂拱襯砌留下的施工縫是隧道運(yùn)營時(shí)出現(xiàn)隧底病害的重要隱患。通過研究分析國內(nèi)外鐵路隧道仰拱施工方法和設(shè)備、襯砌施工方法和設(shè)備、隧道施工聯(lián)合作業(yè)模式等，文章提出鐵路隧道施工應(yīng)推廣開挖、仰拱、邊頂拱襯砌聯(lián)合作業(yè)模式，并采用長仰拱棧橋施工技術(shù)與設(shè)備;優(yōu)化襯砌結(jié)構(gòu)，革新仰拱與襯砌施工工藝，推行開挖與全環(huán)襯砌聯(lián)合作業(yè)模式。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道;仰拱施工;襯砌施工;仰拱模板臺車

伴隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，長大隧道占比越來越大，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)也越來越高，隧道施工建設(shè)和運(yùn)營安全更是需要得到可靠的保證。近年來，部分在建和已開通隧道出現(xiàn)了仰拱上拱，施工縫翻漿冒泥，仰拱混凝土強(qiáng)度不足、不密實(shí)等病害，對隧道施工和運(yùn)營造成了極大的安全隱患。

為解決隧道仰拱病害問題，提高仰拱施工質(zhì)量，降低施工和運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)，工程技術(shù)人員從仰拱施工設(shè)備創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新、仰拱病害成因、仰拱質(zhì)量缺陷整治技術(shù)等方面進(jìn)行了研究。

1仰拱施工質(zhì)量現(xiàn)狀及缺陷原因

目前雙線鐵路隧道仰拱多采用液壓移動(dòng)棧橋配合仰拱弧形模板整體式設(shè)備進(jìn)行施工，取代了以往的簡易棧橋配合弧形模板的施工方式。由于仰拱混凝土的澆筑主要還是依靠人工操作，部分施工設(shè)備工裝配置缺陷、設(shè)計(jì)圖紙缺陷、超欠挖檢測手段落后等，容易引起仰拱質(zhì)量缺陷。主要存在以下問題：

1）仰拱開挖后，超欠挖檢測未能全覆蓋，存在檢測遺漏區(qū)域，導(dǎo)致部分位置出現(xiàn)欠厚現(xiàn)象。

2）仰拱混凝土澆筑時(shí)，設(shè)備及工裝選型不當(dāng)、澆筑順序不正確、振搗方式不當(dāng)，易引起仰拱混凝土強(qiáng)度不足。

3）施工縫位置止水帶設(shè)計(jì)及安裝不正確，易出現(xiàn)，翻漿冒泥現(xiàn)象。

4）隧底出現(xiàn)承壓水、構(gòu)造應(yīng)力、膨脹力等引起的仰拱上拱質(zhì)量問題。

因此，導(dǎo)致仰拱質(zhì)量缺陷的主要原因有：超欠挖檢測手段落后，工裝配置及選型不合理，混凝土施工工藝不合理，施工過程中存在止水帶安裝定位不準(zhǔn)確及混凝土漏振、欠振現(xiàn)象，設(shè)計(jì)過程未考慮隧底排水措施等導(dǎo)致仰拱混凝土質(zhì)量難以保證。

2國內(nèi)外鐵路隧道仰拱襯砌施工方法

2.1鐵路隧道仰拱施工方法

2.1.1仰拱分幅施工法

仰拱分幅施工法是將隧道仰拱分為兩半幅施作，當(dāng)其中半幅進(jìn)行施工時(shí)，另外半幅作為開挖運(yùn)輸通道，等一側(cè)半幅施工完成后再進(jìn)行另一側(cè)半幅施工，交叉進(jìn)行。但相關(guān)規(guī)范規(guī)定，“仰拱混凝土應(yīng)分段連續(xù)澆筑，一次成型，不留縱向施工縫”。因此，新建鐵路隧道已不再采用分幅施工的方法，僅早期施工的部分隧道采用了該施工方法，如西合鐵路黃沙嶺隧道等。

2.1.2仰拱棧橋施工法

仰拱棧橋施工法是指施工時(shí)在隧道底碴和填充之間架設(shè)棧橋以保證施工運(yùn)輸設(shè)備通行，在棧橋下部清底并澆筑混凝土的施工方法，是目前鐵路隧道仰拱施工應(yīng)用最廣泛的方法。采用該施工法，可在仰拱施工的同時(shí)棧橋上通行運(yùn)輸車輛，在一定程度上緩解了仰拱施工與運(yùn)輸作業(yè)相互干擾的問題。然而，采取組合鋼模板配簡易仰拱棧橋的施工方法存在施工效率低、操作復(fù)雜、成形質(zhì)量較差等諸多弊端。例如，棧橋通常由挖掘機(jī)或裝載機(jī)配合移位，占用設(shè)備資源;由人工進(jìn)行模板的安裝就位需消耗大量定位鋼筋和工時(shí);混凝土人工攤鋪，仰拱和填充達(dá)不到完全分層澆筑的要求，違背了由仰拱承力、填充緩沖列車載荷的設(shè)計(jì)初衷;成型的仰拱結(jié)構(gòu)尺寸和弧形形狀偏離設(shè)計(jì)要求等。因此，開發(fā)安全可靠、施工方便的機(jī)械化仰拱作業(yè)設(shè)備已成為近年來工程技術(shù)人員的共識。目前已有部分鐵路隧道工程基于仰拱棧橋和仰拱模板而開發(fā)研究出仰拱模板臺車并在鐵路隧道施工中進(jìn)行應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)隧道開挖與仰拱施工的同步作業(yè)。

2.1.3平行導(dǎo)坑運(yùn)輸?shù)难龉笆┕し?/p>

平行導(dǎo)坑運(yùn)輸?shù)难龉笆┕しㄊ侵冈谒淼勒催M(jìn)行仰拱施工的同時(shí)，利用平行導(dǎo)坑進(jìn)行運(yùn)輸（出碴和進(jìn)料），避免仰拱施工與開挖運(yùn)輸之間相互干擾。因此，采用該方法施作仰拱時(shí)施工速度快、干擾小、易于組織施工。然而，由于設(shè)置平行導(dǎo)坑需要考慮多方面的影響因素，目前在國內(nèi)應(yīng)用該方法施工的隧道比較少。因此，該施工法適用面很窄，多在工期緊迫且有平行導(dǎo)坑設(shè)計(jì)的隧道中采用。

2.1.4支墩施工法

支墩施工法是指施工時(shí)先進(jìn)行仰拱--側(cè)的清底，完成后在該側(cè)設(shè)置支墩（長約30～50m段上每隔3～5m設(shè)一混凝土支墩）并架設(shè)簡易棧橋以便車輛通行，然后再進(jìn)行另一側(cè)清底，完成清底后分段整幅灌注仰拱，其仰拱混凝土的澆筑大都是由自卸汽車或混凝土攪拌運(yùn)輸車在棧橋上直接傾倒，人工攤鋪，插入式振搗器振搗。嚴(yán)格來說，支敦施工法也是基于仰拱棧橋法的范疇，采用該方法施工時(shí)所用的機(jī)械設(shè)備為：多組專用的簡易棧橋及配套的混凝土運(yùn)輸、振搗設(shè)備等。例如，宜萬線堡鎮(zhèn)隧道，其支墩間距4.16m，每循環(huán)仰拱施工長度25m（由兩根標(biāo)準(zhǔn)軌組成），月施工進(jìn)度可達(dá)125m;武廣客運(yùn)專線SDII標(biāo)大瑤山隧道采用鉆爆法開挖，支墩施工法施作仰拱，無軌運(yùn)輸，共配備8組12m長的簡易棧橋，每循環(huán)施工長24m，2天一個(gè)小循環(huán)，15天可完成一組長棧橋共96m的大循環(huán)。采用支墩法施工仰拱需要提前施作混凝土支墩，工序繁雜，且混凝土支墩將仰供和填充連成一體，支墩處防水處理困難，運(yùn)營中易發(fā)生地下水上滲等問題。此外，對于采用有軌運(yùn)輸?shù)氖┕ぃ\(yùn)輸軌道需要頻繁地拆除變道，將不可避免地導(dǎo)致出碴與進(jìn)料工作的中斷，影響施工進(jìn)度。

采用仰拱預(yù)制塊施工法時(shí)，仰拱預(yù)制塊由專業(yè)廠家生產(chǎn)，雖然質(zhì)量易于保證，且安裝施工速度較快;但需要為此增設(shè)專業(yè)的廠房和預(yù)制設(shè)備、存儲(chǔ)場地等，綜合費(fèi)用較高。

2.1.5仰拱順序施工法

仰拱順序施工法就是在隧道貫通后再進(jìn)行仰 拱施工，該方法在長大隧道中很少采用，只在一些較短的鐵路隧道中應(yīng)用。國內(nèi)外在仰拱順序施工過程都曾采用過仰拱施工專用臺車，確保了隧道仰拱施工質(zhì)量。例如：德國科隆一法蘭克福高速鐵路希默爾貝格隧道采用仰拱施工專用臺車進(jìn)行仰拱施工;中鐵隧道集團(tuán)在遼寧大伙房輸水工程TBM2標(biāo)段也使用了自主研制的仰拱施工專用臺車。

采用仰拱順序施工法時(shí)，雖然仰拱施工專用臺車大大提高了隧道施工質(zhì)量，但因仰拱沒有及時(shí)跟進(jìn)開挖，不能與初期支護(hù)及早封閉成環(huán)，不利于圍巖變形控制;另外，仰供施遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于開挖施工，將導(dǎo)致工期延長。

2.2鐵路隧道襯砌施工方法

2.2.1仰拱超前式襯砌施工法

仰拱超前式襯砌施工法是指隨隧道的開挖，先在隧道底部施工仰拱，然后采用襯砌臺車施作二次襯砌的方法。目前鐵路隧道施工時(shí)，普遍采用這種施工方法。

2.2.2全環(huán)整體模筑襯砌施工法

全環(huán)整體模筑襯砌施工法通過專用設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)隧道襯砌的全環(huán)整體澆筑，不單獨(dú)進(jìn)行仰拱的施工。采用這種施工方法時(shí)，有的設(shè)備具備通行功能，運(yùn)輸設(shè)備可在其內(nèi)部穿行，能實(shí)現(xiàn)仰拱、二次襯砌與運(yùn)輸作業(yè)的同步施工，可大大提高施工效率，改善襯砌質(zhì)量，減少后期運(yùn)營出現(xiàn)病害的概率;而有的設(shè)備不具備通行功能，綜合施工效率相對較低凹。

結(jié)語

在現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范條件下，如何保證仰拱和襯砌的快速施工跟進(jìn)以免影響開挖作業(yè)，已成為鐵路隧道施工的關(guān)鍵。要在保證施工安全和質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)仰拱與襯砌的快速施工，推薦采用聯(lián)合作業(yè)模式并全面推行機(jī)械化施工，以提高施工效率，加快施工進(jìn)度，保證施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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