仰拱预制厂厂房建设及维护要点

徐 赞，胡必飞

(中铁隧道集团二处有限公司，河北三河 065201)

0 引言

在我国铁路隧道建设中，以往大多采用钻爆法施工，隧道基础的设计通常采用模筑混凝土仰拱或平底基础(底板)。基础的施工常常滞后于掌子面开挖很长距离，致使基底长期处于碾压，造成排水不畅、基底泥化等，使基础施工质量不高，对以后的道床留下病害隐患。

在隧道掘进机(Tunnel Borning Machine，以下简称TBM)施工的条件下，隧道基底不仅要求能够铺设重型运输轨道，还要求铺设TBM后配套系统的走行轨道，并能够通畅地排水;因此，对隧道底部结构提出了新的、更高的要求。1997年西康铁路秦岭Ⅰ线隧道TBM施工开始铺设预制的仰拱预制块，采用装配式预制块的形式修建仰拱［1］。在预制仰拱上设置隧道中心排水沟，并预埋道钉以便铺设施工运输轨道和TBM后配套系统的走行轨道，为了确保与基底密贴，还留有底部注浆孔等设施［2－4］。

文献［5－7］对管片预制厂厂房建设进行了比较全面的总结，但仰拱预制块生产与管片生产相比，具有周期长、重量大、翻转工艺不同等特点，仰拱预制块厂房在初期建设和日常维护过程中还有一些需要特别注意的问题尚待系统的总结。本文以兰渝铁路西秦岭隧道仰拱预制块生产为例，介绍了仰拱预制厂厂房建设及维护要点。

1 工程概况

兰渝铁路西秦岭隧道全长28.236km，为左右线分设的2条单线隧道，采用钻爆法和敞开式TBM掘进联合施工。XQLS2标主要承担正洞左线27.105 km，右线2.613 km，其中仰拱预制块铺设地段全长22.412 km，折合仰拱预制块12 452块。

仰拱预制块采用C40钢筋混凝土结构，分为底部不设凹槽(A型)和底部设凹槽(B型)2种，为凹凸面连接的钢筋混凝土结构。单块长度1.8 m，顶面宽度3.6 m，可铺设四轨双线(轨距900 mm)运输轨道。在预制块上预留中心水沟、泄水孔、注浆孔、承轨槽以及安装止水带所需的凹槽等，并预埋起吊杆和道钉。

仰拱预制厂厂房设在洞口对面生产区域内，受施工场地限制，仰拱预制厂厂房依山建设，主厂区占地2 110 m2，建设钢结构预制厂房，厂房外建有空压机房、锅炉房、变压器房、厂房外存放区、燃煤存放区等生产设施，占地约1 000 m2。生产区域整体坐落在钻爆法弃碴填筑体上。

2 生产规模及生产工艺确定

2.1 生产规模的确定

仰拱预制块作为TBM后配套走行轨道的基础，其生产规模主要根据TBM的步进和掘进速度确定。根据实施性施工组织设计，仰拱预制块生产基本可分为4个阶段(见表1)。

表1 仰拱预制块生产阶段划分Table 1 Phases of invert segment production

仰拱预制块生产模具单套价格在22万元左右，准确确定模具的投入数量以减少模具的投入费用、提高模具的利用率是确定仰拱预制块生产规模的关键。

受仰拱预制块库存场地限制，仰拱预制块难以实现大批量预制后库存备用，仰拱预制块生产速度只能适当超前TBM施工需要。结合表1所示TBM施工对仰拱预制块日生产能力的需要及以往的施工经验，仰拱预制块生产模具数量最终确定为16套。

2.2 生产工艺的确定

仰拱预制块生产采用全自动计量90拌和站拌制混凝土，汽车运输混凝土至厂房内，25 t天车吊装混凝土料斗向半自动整体模具内浇筑混凝土，模具自带的附着式风动振捣器自动振捣，并辅以插入式振捣器人工辅助振捣，混凝土浇筑45 min后打开模具顶板进行收光抹面，待静养至可拔出注浆棒后覆盖蒸汽养生篷布，经升温、恒温、降温3阶段蒸汽养护至脱模强度，罩内湿度保持在90%以上，随时通过补充罩内蒸汽调控湿度。人工配合25 t天车吊装并利用液压翻转机脱模和进行空中180°翻转，仰拱预制块脱模完成室内喷淋养生1 d后，运往厂房外存放场分类堆码存放，同期养生试块28 d抗压强度达到38 MPa后运往洞内使用。仰拱预制块生产工艺流程如图1所示。

图1 仰拱预制块生产工艺流程图Fig.1 Flowchart of invert segment production

3 预制厂厂房建设要点

3.1 功能区域设置

仰拱预制厂按照功能不同，划分为钢筋加工区、预制块生产区、室内静养区和配套设施4个部分。根据各功能区域承担的施工任务不同，为便于各个工序的紧密连接，仰拱预制厂各功能区域布置如图2所示。这种平面布置形式按生产流程安排，各功能区之间没有交叉施工，避免了相互之间的干扰，有利于流水作业。

3.1.1 钢筋加工区

钢筋加工区主要承担钢筋的进场与储存、切断、弯曲、弯弧、半成品分类堆码存放、钢筋网片焊接、钢筋笼组装、成品堆放等任务。在预制厂钢筋加工区内统一下料加工钢筋笼，加工时先在钢筋网片加工胎模上焊接5张钢筋网，然后在组装胎模上拼装并焊接成型。

钢筋加工区全长61 m，宽10.3 m，按照钢筋原材料存放区、钢筋加工及半成品存放区、钢筋网片焊接及钢筋笼组装区、待检钢筋笼存放区、已检钢筋笼存放区及钢筋边角料存放区进行分区管理，各区之间采用10 cm宽反光乳白色油漆实线分隔，各分区均采用标识牌醒目标识。原材料存放区可库存1.5个月的生产用量，进口大门高4 m，宽4 m，可满足重载汽车进出的要求，装卸区采用10 cm宽反光黄色油漆实线醒目分隔。加工区配备5 t龙门吊1套，配合钢筋进场卸车直至加工成型投入生产使用。

图2 仰拱预制厂功能区域布置图Fig.2 Layout of different function areas of invert segment precasting plant

钢筋笼加工完成后，通过位于钢筋加工区与预制块生产区之间的800kg扒杆吊机将钢筋笼摆渡到预制块生产区，再经25 t天车吊装入模。钢筋加工区布置如图3所示。

图3 钢筋加工区布置Fig.3 Steel reinforcement processing plant

3.1.2 预制块生产区

预制块生产区主要承担模具清理、涂刷脱模剂、钢筋笼安设、预埋件安装、混凝土浇筑、蒸汽养护、脱模翻转等工序。配备仰拱预制块生产模具16套，并联摆放，每套模具自带风动振捣器4台，模具下单独设置蒸汽管路和高压风管路。车间内布置25 t天车1套，用于钢筋笼安装、混凝土浇筑、脱模、空中翻转及预制块倒运。预制块生产区尺寸采用4.05 m×101.5 m，整体采用凹形设计，底部整体坡度5%，在较低一侧砌筑宽50 cm、坡度15%的排水沟，以便将蒸汽养护和施工期间产生的污水及时收集、排放出厂房。每隔2套模具设置一处人行过道，过道采用钢板凳形式，宽0.8 m，高度与凹形顶面平行，供人员作业及通行。

16套模具沿长度方向一字摆开，液压翻转机在脱模后，仰拱预制块提升高度不需要超过打开状态的模具盖板即可以直接侧向平移至空中翻转区进行翻转作业。为满足预埋泄水孔中心定位钢管抽出的需要，结合预制块生产区尺寸，模具间距采用1.29 m，6个模具橡胶减震垫分别安放在30 cm高的钢筋混凝土基座上(见图4)，模具通过M36预埋地脚螺栓与基础连接固定。这样，模具底部距离基础面约0.8 m，在不将模具移开的情况下即可进行模具底部风动振捣器等设备的日常维护和修理。

图4 预制块生产区布置Fig.4 Invert segment precasting plant

3.1.3 室内静养区

室内静养区主要功能是仰拱预制块脱模后的室内翻转和静养，夏季施工时还应进行喷淋养护，设在预制块生产区的一侧，宽2.3 m，底部坡度为10%，喷淋产生的流水汇入预制块生产区排水沟。仰拱预制块室内静养可2层码放，按20排设计，每批次占用8排，两端可循环倒放。

3.1.4 配套设施

配套设施主要有生活区宿舍、90拌和站、空压机房、锅炉房、变压器房、厂房外预制块存放区、燃煤存放区等，附属设施建设位置依附于主功能区，使其与主功能区能够方便链接。

3.2 生产设备配置

仰拱预制厂主要生产设备配置如表2所示。

表2 仰拱预制厂生产设备一览表Table 2 Equipment of invert segment precasting plant

3.3 厂房基础建设

由于仰拱预制厂厂区整体位于弃碴填筑体上，填筑体虽经过分层碾压并经地基承载力试验能够满足建设要求，但由于基础并未经过自然沉降，且千枚岩岩屑具有易风化、遇水后呈泥状等特性，容易造成基础失稳。在此种基础上建设钢结构厂房，尤其是还要建设110m长、8m高、钢轨中心间距11.4m宽且除两端设置横向连接外中间110m区域无横向连接的25t天车运行轨道。因此，把厂房基础整体化，避免因局部沉降造成厂房基础失稳是厂房建设过程中必须着重解决的问题。

西秦岭隧道仰拱预制厂厂房基础选用筏形基础，以25 t天车立柱基础为纵梁，纵梁采用C30钢筋混凝土结构，截面尺寸为240 cm×50 cm，并预埋38组M36螺栓作为天车H型钢(600 mm×350 mm×10 mm×16 mm)立柱的预埋件，预埋螺栓每组10根，单根长0.88 m，露丝10 cm，根部端头焊接成整体;纵梁间采用C30钢筋混凝土横梁连接成整体，横梁截面尺寸为100 cm×50cm，间距为12 m。厂房基础设计见图5。

3.4 厂房高度确定

西秦岭隧道仰拱预制块生产主要采用1部25 t天车配合生产施工，预制块翻转机在作业时通过钢丝绳悬挂在天车吊钩上，通过吊钩的提升从而带动翻转机上升来完成预制块的脱模。因此，在厂房建设时必须保证其建设高度能够满足翻转机作业的空间需要。

对于采用空中翻转技术进行仰拱预制块脱模和翻转的仰拱预制块生产线厂房(见图6)，其建设高度应满足

式中:H为厂房高度;h1为液压起吊翻转机作业高度;h2为液压起吊翻转机高度;h3为天车吊钩及连接翻转机用钢丝绳可活动高度范围;h4为天车高度;h5为天车距厂房顶棚安全高度。

同时，液压起吊翻转机作业高度h1还应满足

式中:W为仰拱预制块宽度;Δh为液压起吊翻转机作业距地面安全高度;h1'为模具高出地面部分高度;h2'为液压起吊翻转机脱模后距模具顶部安全高度;h3'为翻转孔距离预制块顶面距离。

综合考虑上述因素，西秦岭隧道仰拱预制厂厂房高度采用11.5 m。

3.5 排水、防水、通风及应急照明系统

在厂房设计过程中，往往比较重视厂房的功能性，即能否满足正常的生产施工需要，而排水、防水、通风及应急照明等问题经常被忽略，这给后续生产施工带来不便。

3.5.1 排水系统

排水系统包括厂房内排水系统和厂房外排水系统2部分，厂房内排水以预制块生产区主排水沟为中心，厂房内各功能区基础以一定坡度向排水沟汇水。行车道一侧按照5%的坡度将流水通过基础施工阶段以6 m间距预埋的φ50 PVC管排放到厂房外排水沟内。

厂房外排水沟沿厂房建筑外轮廓周边设计，位于厂房顶棚屋檐下方，较厂房基础面高程低30 cm左右，宽40 cm，水沟顶部设钢筋网雨蓖，主要排放自然降雨及室内排放到厂房外排水沟内的流水。

3.5.2 防水系统

厂房的防水工作主要是针对钢筋加工区，钢筋加工区内带电设备较多，且钢筋、胎膜等均为导体，如果地面淌入雨水，就只能暂停钢筋作业，以免作业人员触电。因厂房外墙采用彩钢板，墙体与地面之间必定会留有施工间隙，在墙体安装完毕后，墙体与地面之间应灌入沥青并确保沥青饱满。墙体上窗户四周也应用密封胶封紧，防止雨水较大时斜浇到墙面后沿缝隙渗入厂房内。钢筋加工区与室内静养区之间采用混凝土浇筑的矮墙间隔，矮墙截面尺寸为20 cm×30 cm。

厂房顶棚的隔水性是厂房防水的重点，在建设过程中应加强顶棚的施工精度管理，确保棚板之间咬合良好并有一定的重叠。对于运输过程中出现的掉漆等情况应及时修补，以防使用过程中锈蚀穿透而造成漏水。

3.5.3 通风系统

采用夹心彩钢板结构建造的仰拱预制厂厂房犹如一个大大温室，整体保温性良好，加上蒸汽养护的温度散失，夏季施工时厂房内温度可达到40℃以上，而冬季施工时由于厂房内部较外部温度较高，厂房内钢筋加工产生的有害气体无法向外界释放，采取必要的通风措施势在必行。

在钢筋加工区墙体上安装5部换气扇，夏季施工时除开窗加强通风外，另增加3台大功率坐地扇，加强通风，冬季施工时也应经常开窗换气。

3.5.4 应急照明系统

西秦岭隧道地处秦岭山区，电力运输距离长、负荷大，且山区气候多变、雷雨较多，经常出现临时停电情况，且大多比较突然;尤其是夜间施工时，天车、模具顶部等均有人员作业，如缺少应急照明系统，容易造成作业人员意外受伤，增大了项目安全管理风险。因此，除配备能够满足厂区临时施工所需电力的发电机外，还应安设应急照明灯，以应对突发停电事件。

4 日常维护要点

科学、合理、实用的厂房建设是仰拱预制块高产的基础，而细致、负责的厂房日常维护则是仰拱预制块稳定生产的保证。

4.1 厂区文明施工

整洁、卫生的厂房环境有利于厂房各项基础设施长期处于安全可控状态，施工中严格按施工方案实施各道工序，坚持做到工完料净，废物废料集中堆放，及时清理出场。厂房内除日常打扫外，每月应进行一次大扫除，对厂房墙壁、窗户、立柱、模具、篷布、天车、行吊、管道、标识牌、消防设施、护栏、工具箱、工具架、文件柜、地面、排水沟等处卫生进行彻底清理，坚决不留死角。夏季车间内应安排专人定期洒水，保持地面湿度，避免扬尘，在气温允许的条件下应经常开窗通风透气，保持室内空气清新无异味。

4.2 设备日常维护与保养

生产设备是仰拱预制块生产能力的生命线，在日常生产中应加强设备的日常维护与保养工作，特种设备如天车、龙门吊、翻转机、锅炉等应指定专人操作，经过考试合格以后持证上岗。在平时使用过程中应做好交接班记录，发现问题及时上报处理，不能立即处理的，应利用生产空余时间及时修复，坚决禁止设备带病作业。

4.3 厂房沉降情况监测

厂房建设完成后，在厂房附近稳定位置埋设1个高程基准点，在每根天车立柱上焊接1个高程测量点，并记录各个测点的初始高程数据，坚持不定期进行高程测量并记录各高程点的变化情况，掌握厂房基础的沉降情况。一旦出现大幅度沉降，应及时采取底部加固措施，以免影响正常生产施工。在厂房投入使用初期及雨季，应加强测量频率。

4.4 天车轨道检测

如前所述，天车轨道铺设在只有两端进行固定连接的轨道基础上，轨道距离长，容易出现轨道间距变化或产生高度差，造成天车在运行期间“啃轨”，威胁天车运行安全。在天车投入使用后，安排专人定期检查轨道间距并量测两侧轨道相对高度，并检查天车立柱螺栓有无外旋、焊点脱焊、构件变形等情况，发现问题及时做好记录并进行处理。

4.5 防水系统修补

经过气候变换，雨季到来之前，应做好厂房防水系统的修复工作，加固厂房顶棚，修补裂口、缺失的沥青防渗水部分。

4.6 排水系统疏通

排水沟内的杂物要及时进行清理，确保其排水畅通。尤其是在雨季，经加强检查和治理频率，避免因排泄不畅造成雨水下渗浸泡厂区基础。

4.7 消防器材检查与更换

消防器材配置在各个区域，其目的是在万一发生火警的情况下，能够用其灭火甚至逃生。每周对厂区内放置的消防器材进行检查、清理，查看灭火器是否在安设位置、铅封是否完好、压力表指针是否在绿色区域、喷嘴和喷射管是否堵塞等。

4.8 厂区消毒

厂房是一个相对封闭、潮湿、恒温的环境，卫生死角较多，容易滋生细菌，作为人员相对密集的公共场所，采取每隔2～3个月进行一次全厂区范围内的消毒保洁措施，最大程度地保障工人的健康。

5 结论与建议

仰拱预制块生产作为敞开式TBM施工不可或缺的一部分，TBM正式步进、掘进前的关键工作往往是仰拱预制厂的建设，仰拱预制厂建设适应预制块连续高产稳产的需要是保证TBM快速作业的关键。在TBM进洞前，应充分考虑仰拱预制厂厂房的建设周期和调试周期，一般在正式需要预制块前4～5个月开始生产，但鉴于西秦岭隧道TBM在正式掘进前需要先行步进通过2 113m钻爆施工段的情况，预制块必须提前完成库存工作。因此，厂房建设较TBM进洞提前8个月开始筹备工作。

截至2011年8月，仰拱预制块生产已完成7 536块，完成计划数量的60.5%，各项设施均能够满足正常生产的需要，没有因为厂房设计缺陷而造成停工、误工情况，合理的结构布置为后续的生产工作带来了很大的便利。

各个项目工程情况不同，对厂房建设要求和日生产能力要求也不尽相同，只有结合本工程的具体施工需要，合理确定各功能区的尺寸，科学布置并配置必要的起重和运输设备，形成完善的排水、防水、通风和应急照明系统才能满足预制厂的生产要求，提高资源利用率，确保正常施工。

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