高速铁路隧道椭圆帽檐斜切式洞门修建技术

陈 文

(广铁集团厦深铁路广东有限公司，广东深圳 518000)

1 概述

普速铁路隧道洞门有端墙式、柱式、翼墙式、耳墙式、台阶式等结构形式，其组成始终未脱离端墙、翼墙等挡土结构。随着人们环保意识的提高和隧道施工技术的进步，特别是随着高速铁路的修建，洞门设计既要满足结构安全稳定、环保美观的要求，又要满足减缓微气压波影响的要求，帽檐斜切式洞门结构就成为主导的洞门形式。本文依托厦深高铁双鹰顶隧道椭圆帽檐斜切式洞门施工修建情况，分别从施工工艺流程、作业要点、注意事项、质量控制、劳力及机具组织、质量安全控制措施、技术效果等方面进行阐述，为今后同类工程施工积累经验，具备一定的指导借鉴作用(见图1)。

图1 成型实物图

2 施工工艺流程

高速铁路隧道椭圆帽檐斜切式洞门施工工艺流程见图2。

图2 椭圆帽檐斜切式洞口施工工艺流程

3 施工作业要点

3．1 明洞施工

双鹰顶明洞施工长度9．16 m，内模利用液压衬砌台车，外模及端模采用木模。明洞施工主要考虑以下几个问题:

1)台车要准确定位到明洞和斜切段的分界里程，例如双鹰顶隧道进口洞门该分界里程为DK218+618．84(计算值)。台车定位不准确，会直接影响到斜切段的施工。

2)端模要安装到台车端头，有利于安装和加固。端模上要钻孔，钻孔范围是从拱顶到衬砌内拱顶下1．0 m范围，将明洞衬砌纵向钢筋伸出端模，拱顶处按设计伸出纵向钢筋，便于下一步和帽檐钢筋相连。

3)预埋件的安装，预埋件在台车上的安装里程可能与台车开孔位置不相符合，可在台车模板表面标出轨槽的安装位置，将轨槽在台车模板表面进行点焊连接。

4)明洞外模的加固。模板安装的牢固与否是混凝土施工成败的重要环节。明洞边墙外侧场地较开阔，可搭设满堂支架进行外模加固。如果场地狭窄，借助临时边坡用φ100钢管进行斜向支撑加固。

帽檐模板由内、外模及挡头模组成，内模由椭圆轮廓线a，c组成，外模由椭圆轮廓线b，d组成(见图3)。

图3 帽檐模板

3．2 斜切段施工

斜切段施工分为两部分，第一部分为斜切面施工，斜切面施工完成后，进行帽檐施工。斜切段长11．84m，衬砌台车10．5m，考虑搭接10 cm。为便于施工，减少施工缝，加工台车加长段1．5 m，与台车同弧度，高度以3．0 m为宜。

斜切段施工的内模利用衬砌台车，外模采用木模，斜切面端模采用δ=6 mm钢板。斜切面主要由两条椭圆轮廓线控制，一条坡度为1∶1．25是斜切面的内轮廓线。另一条为坡度1∶1．19是斜切面的外轮廓线。先将衬砌台车就位到洞门的起点里程，按衬砌的标准断面将台车定位。然后在衬砌台车模板表面放样，内轮廓线的放样可采用两种方法:一种是沿台车的一个横断面将台车30 cm～50 cm等分弧后，利用1∶1．25坡度距台车另一个端头的距离来确定内轮廓线各点。另一种方法是计算出内轮廓线上点的高程和对应里程后确定内轮廓线上各点。然后将各点连接成平滑的曲线。内轮廓线上的各个放样点最好用钢钉在台车模板表面做好标记，并用红漆标出。外轮廓线是一条空间无参照的曲线。通过计算，可以确定对应于内轮廓线上的各个放样点的外轮廓线上各点的水平距离和竖直距离，可根据计算值预先用φ12圆钢弯出直角弯钩，顺序摆放，用水平尺控制顺序安装，垂直焊接于台车内轮廓线放样各点，并将直角弯钩固定牢固，然后将各直角弯钩顶点用线绳连接成平滑曲线。挡头模板安装时，模板一边靠紧内轮廓线，另一边只要将钢模板贴紧直角钢筋弯钩顶端，就能保证端模安装的准确性。为保证混凝土的密实性和混凝土的外观质量，必须有充分的振捣，挡头模的安装采用间隔安装的方法，将挡头模安装完成以后，间隔两块拆掉一块，待混凝土浇筑到该高度时，再将这块模板安装到位，以保证混凝土振捣有充分的作业空间。斜切段混凝土浇筑完成后，拆除端模和外模，衬砌台车不动，进行帽檐模板安装。

3．3 帽檐施工

帽檐施工是本洞门施工的重点和难点(见图4)。帽檐模板的加工和安装是帽檐施工的最重点。

1)帽檐模板加工。

帽檐模板分为内模，外模和端模。帽檐实体是一个由四条椭圆曲线构成的椭圆台。帽檐的内轮廓面、外轮廓面、底面和顶面均为曲面，每一个曲面都由相邻两条椭圆曲线及其相对位置来控制。帽檐的底面为已施作好的斜切面，其余三个曲面都需要加工模板，为解决这一问题，模板加工厂家制作了一个与洞门实体比例为1∶10的模板模型，然后将各个尺寸按比例放大来加工帽檐模板。为减少模板接缝，考虑安装因素，要尽可能加大模板的平面尺寸，本洞门帽檐模板内模、外模均由8块模板组成，最大1块平面尺寸为3．5 m×4．0 m，重约1 700 kg，拱顶分模线设在隧道中线上，且左右对称，各模板之间通过螺栓连接，接缝严密。

图4 帽檐施工现场

2)帽檐内模、外模安装。

斜切面施作完成后，对照椭圆曲线方程，沿隧道纵向间距1 m计算出帽檐内模，外模下口安装线各点位的标高、里程和支距，在斜切面上进行二次放样。内模、外模安装下口线实际上就是斜切面的内外轮廓线，二次放样后内外模下口按放出的内外轮廓线施工，可减小模板下口的安装偏差，保证下口安装的准确。内模、外模上口线的确定是技术控制中的一个难点，因内外模上口线完全是两条无参照的空间曲线，必须通过确定曲线上的点来确定这两条曲线，在施工过程中是靠对模板分模点的控制来解决这一问题的。首先，模板的下口可以进行精确安装;其次，拱顶中线上的模板上口顶点这个分模点是可以控制的。通过控制帽檐顶部模板上口顶点的安装里程、距台车模板顶面中线的高度来控制这个安装点。只要能把另一个上口分模点控制在设计位置，这块模板就安装成功了。这个分模点的控制用测量仪器来控制，先对这个分模点进行测量，与计算出的设计位置进行比较后，对这个分模点进行调整，直到调整到设计位置为止。第二块模板与第一块之间通过螺栓连接，分模点的定位与第一块相同。模板安装过程中，请注意要左右对称安装，并进行加固，防止模板顺台车模板表面滑落，造成事故。模板安装时，要先安装内模，内模安装完成后，进行帽檐钢筋安装，再安装外模。模板安装采用起吊荷载20 t的吊车，臂长及荷载均能满足要求。

3)斜切面与帽檐的连接、帽檐钢筋安装。

斜切面和帽檐分两次浇筑，为确保斜切面和帽檐的整体连接，采用在斜切面端模上打孔穿出钢筋的方法，按设计预留出φ14连接钢筋，帽檐钢筋要在帽檐内模安装完成后，按设计进行安装，内模可以给钢筋安装提供一个参照面。钢筋安装完成后，再安装外模板。

4)帽檐端模的安装。

帽檐端模采用δ=6 mm钢板，每块长度以1．2 m～1．5 m为宜，在加工厂预先加工成型。帽檐内外模安装完成后，对内外模的上口线进行精确放样，将帽檐上口的两条轮廓线在模板上精确放出，作为帽檐端模的安装控制线，可减小单纯依靠模板上口作为端模安装控制线带来的施工偏差。为确保对高性能混凝土的振捣有足够的作业空间，帽檐端模仍同斜切面端模一样采用间隔安装的方法。

5)模板加固。

帽檐内模加固的受力体主要为液压衬砌台车，在衬砌台车表面沿台车纵向均布20槽钢，环向间距1．5 m，焊接于台车表面，然后从帽檐模板背面用槽钢或工字钢作斜撑与台车表面槽钢焊接牢固。内模、外模安装完成后，内外模之间用φ20拉杆(两端套丝)连接，用螺母紧固于模板外侧。拉杆设双层，环向间距0．8 m;拉杆外套PVC管，模板及拉杆拆除后，用M20砂浆将其封堵。外模下口的加固主要靠预留在衬砌表面的预埋钢筋，外模下口法兰与预埋钢筋焊接牢固，承受模板的竖向受力;顶部模板与衬砌面上的预留钢筋通过φ100钢管焊接牢固;帽檐两侧边墙模板利用临时边坡用φ100钢管、20工字钢或方木进行斜向支撑。帽檐端模靠焊接于内外模板之间端帽顶面的角钢来进行加固。

6)混凝土施工。

模板加固经检查符合要求后，进行浇筑混凝土，浇筑过程中要控制好混凝土的各项技术指标，确保混凝土振捣充分。其次要分层对称浇筑，以免造成偏压，导致跑模现象的发生。

4 施工注意事项

1)在加工帽檐模板时要考虑衬砌施工误差，即衬砌台车模板半径比原设计大5 cm。

2)在液压衬砌台车模板上放轮廓线c时要考虑隧道纵坡。

3)施工明洞时端模的安装要考虑隧道纵坡，同时明洞内衬砌纵向钢筋要伸出端模，便于和斜切段和帽檐钢筋连接。

4)在施工明洞和斜切段时要考虑预埋件，作为加固帽檐模板杆件的支撑点。

5)由于使用液压衬砌台车作帽檐内模的支撑结构，而在安装边墙下半部分帽檐内模时，台车模板影响了帽檐内模准确对位，需对帽檐内模纵横肋及下口法兰进行处理，浇筑帽檐混凝土前在台车模板帽檐内模之间充填水泥砂浆，以保证帽檐内模不变形。

6)由于施工误差，轮廓线c，d不可能完全在斜切面上，特别是轮廓线d在安装帽檐外模前需要重新放样。

5 劳动组织及机具设备

施工人员经培训合格后上岗，特殊工种应持证上岗，单作业面施工一般需要10人左右，并保持相对稳定，人员分配和调整应按不同工种配齐、配足。施工机具配备与隧道正洞衬砌施工基本相同，只是在台面帽檐模板安装时临时增加1台吊车即可，见表1，表 2。

6 质量控制措施

1)严格测量，采用全站仪精确放样，尤其是四条轮廓线的放样，测量的允许误差均控制在规范规定的允许范围。2)帽檐模板的安装精确对位，符合设计要求，采用组合式对拉螺杆，可靠的钢管支撑加固系统，液压台车作为支撑结构，确保模板加固牢固。3)为防止帽檐模板变形，装卸运输时严禁模板堆压在一起。

7 安全控制措施

所有参与施工人员必须佩戴安全帽，高空作业人员还应佩带安全带。

机械及照明用电应由专职电工负责，非电工人员不得进行任何用电作业。

搅拌机必须由专职司机操作，并应勤检查，勤维修，使机械始终处于良好的工作状态。

吊装帽檐模板时，要有安全员现场指导，使用前要检查钢丝绳，始终坚持先检查后使用的原则。

表1 劳动力组织

表2 主要机具设备表

8 与现有技术相比，具有的有益效果

1)方便机械化施工，可以多作业面平行作业，模板安装简单，工效较高。

2)整体模板一次加固成形，确保了外观尺寸的圆顺美观。

3)施工缝少，增强了明洞及洞门的防水性能。

［1］新建厦门至深圳铁路广东段站前重点工程．双鹰顶隧道设计图［Z］．武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2007．

［2］厦深铁路潮汕至深圳段新建工程．双线隧道洞门参考图［Z］．武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2007．

［3］TB 10003-2005，铁路隧道设计规范［S］．