单线隧道24 m仰拱栈桥施工技术研究

薛 强

(中铁十五局集团第五工程有限公司 天津 300251)

随着我国铁路建设的大力发展，长距离单线隧道建设越来越频繁，现代化施工已是趋势，目前一些山岭施工还处于传统化施工，施工缓慢，同时机械化施工刚刚起步，也存在一些施工问题。韩贺庚等[1]提出隧道工程施工技术要点及机械化配套施工加快了现代化隧道施工进度，但是机械设备造价较高，初期成本投入也大。田晓峰[2]提到仰拱及填充一次性浇筑24 m，极大地提高了工效，但是此施工对施工人员要求较高，仰拱面容易出现不规则裂纹，存在质量缺陷。朱科[3]提到使用自行式液压仰拱栈桥及仰拱弧形模板配套仰拱端头钢端模弧形夹具提高了施工质量和进度。

本文结合张坊隧道出口24 m液压自行式仰拱栈桥施工，对栈桥进行部分优化，以加快施工进度，对一次性浇筑24 m和分区段同步各浇筑12 m仰拱施工工艺进行对比。

1 工程概况

蒙华铁路MHTJ-29标二工区张坊隧道起讫里程为DK1640+109-DK1645+864，全长5 755 m，为本标段最长的单线隧道，是全线重难点工程和环境监控重点隧道。隧址区穿越大围山风景区、存在强富水或中富水的断层破碎带、高应力和极高应力区等不良地质，存在涌水、突泥、软岩大变形等风险。且断面小、工期紧。张坊隧道穿越的地层主要以白云岩和花岗闪长岩为主，其中II、III围岩地段钻爆法采用光面爆破[4]。施工工法按照新奥法原理施工，暗挖隧道采用曲墙带仰拱的复合式衬砌结构型式，复合式衬砌由初期支护、防水隔离层与二次衬砌组成，初期支护采用湿喷工艺，二次衬砌采用模筑混凝土。

2 施工情况

2.1 施工难点

张坊隧道单线单口掘进2 km以上，基岩裂隙水发育，洞内涌水量大，反坡排水任务艰巨，文明施工难度大，其中还存在部分高应力段施工，开挖难度大，施工断面小，交通阻碍大，二衬施工时，二衬台车两侧受力大，横撑不能更换，期间需要实施8 h封路。

2.2 施工措施

1) 针对断面小问题，每隔200 m设置1个宽6 m、深7 m的综合洞室，每隔400 m设置1个两边各加宽60 cm、长18 m的下锚段，下锚段中间设置1个综合洞室。针对施工要求，200 m综合洞室仰拱矮边墙一次性施工完成，下锚洞综合洞室仰拱矮边墙预留13 m不施工，为后续罐车洞内错车使用。

2) 二衬施工期间，掌子面施工1排炮，同时开挖综合洞室。计划采用24 m栈桥施工，增加仰拱施工条件，达到同步作业。采用挖机配合持续放炮，直至二衬结束后出掌子面、综合洞室、仰拱渣。施工示意见图1。

图1 二衬施工期间各工作面施工示意

3) 维持文明施工现场，采用长距离反坡排水优化技术[5]，同时出渣时预留少量洞渣，喷浆料回弹，待喷浆结束后，清理断面时可带走掌子面泥浆。

3 仰拱施工

3.1 仰拱施工方案选择

3.1.1 仰拱一次性浇筑24 m

采用24 m自行式液压栈桥浇筑仰拱，一次性浇筑24 m，包括矮边墙一次性浇筑。初凝后及时养护，但是仰拱中间出现裂缝，底部压力水渗出，工程质量存在缺陷。

3.1.2 仰拱表面加设防裂网片

通过ABAQUS有限元软件建立仿真分析模型[6]，结合孙继刚在钢筋混凝土构件开裂弯矩理论计算中[7]得出的截面的塑性发展深度与混凝土强度、配筋率及截面高度均有关系的结论，认为当混凝土强度、配筋率增大时，截面的塑性发展深度将变小。

仰拱一次性浇筑24 m长，在浇筑过程中增加(20 cm×7)宽×(20 m×17)长的防裂网片，钢筋采用直径10 mm的光圆钢筋。初凝后及时养护，但是仰拱表面依然出现横向通缝裂纹。此时混凝土强度为C35、配筋量33.4 kg。继续增加配筋量和提高混凝土强度将加大费用的投入。

3.1.3 仰拱分区段施工

24 m仰拱栈桥分区段施工，两区段施工同步，达到同时浇筑12 m[8]，累计浇筑24 m，初凝后及时养护，一次性浇筑12 m，仰拱表面无裂纹。

通过这3种方案比较，可知24 m直接浇筑和24 m直接浇筑并在中间位置增加防裂网片方案施工进度较快，但是仰拱表面出现横向通缝裂纹，影响施工质量。分区段施工不仅解决了仰拱裂纹问题，也保证了施工进度。

3.2 分区段仰拱施工提升

3.2.1 安全提升

仰拱施工采用24 m栈桥，跨度大，仰拱底部有人员施工，开挖出渣时行走在栈桥上。为防止掉落石块砸伤工人，在栈桥两侧安装防护栅栏，中间安装防落网。

24 m自行式液压栈桥一次性浇筑仰拱24 m，大大加快了施工进度，功效提高1倍，但是长距离混凝土浇筑，存在质量缺陷。采用分区段施工，充分利用了24 m自行式液压栈桥的长距离优势，达到相同时间内一次性浇筑24 m，且克服了混凝土开裂的问题。提高了施工工效，节约了经济投入。

3.3 仰拱24 m分区段同步施工

3.3.1 栈桥设计图

本栈桥允许一次性承载600 kN，总长度38 m，主桥长29 m，引桥长9 m。仰拱模板长24 m，栈桥按前方履带驱动，电机功率22.5 kW。其中：施工一区12 m，施工二区12 m，参数见图2，表1。

图2 仰拱栈桥设计图(单位：mm)

表1 栈桥各参数

3.3.2 仰拱分区段施工

仰拱施工采用铁路单线隧道全液压履带式栈桥，其实际外观长度38 m，施工长度满足24 m施工，由于前期一次性浇筑24 m仰拱，加快了施工进度，但是由于现场施工条件和技术无法达到设计理念，导致仰拱开裂。施工方案更改为12 m浇筑，为不影响前期的24 m一次性浇筑的速度，分2个区段同步平行作业。先一次性清完底渣24 m，栈桥走到位后，再开始下一个区段清理底渣，安装完预埋件后，浇筑时，剩余人员进入下个区段继续清底渣、安装预埋件，待第一区段初凝后，拆除堵头模，连续浇筑第二区段[9-10]。施工示意见图3。

图3 仰拱分区段施工示意

3.4 多工作面施工理念

由于隧道围岩多为花岗岩，II级围岩，岩体完整坚硬，故采用全断面快速施工，隧道贯通后，仰拱剩余工程量较大，24 m栈桥2区段施工加快了仰拱施工进度，但是依然无法达到24 h不间断浇筑混凝土。为此通过增加多个工作面施工理念，在仰拱区段内增加仰拱工作面，实现多个工作面同步浇筑。一次性2个或者3个工作面同步浇筑施工示意见图4。

图4 3个工作面同时浇筑

3.4.1 仰拱钢筋段施工

3个工作面同步施工时，最里侧仰拱施工到有钢筋段时，为加快施工进度，采用分区段施工，先绑扎100 m钢筋，采用车载泵接泵管200 m外浇筑，剩余100 m范围内继续绑扎钢筋，边浇筑边绑扎钢筋循环施工，施工时间缩短一半[11]，其施工示意见图5。

小虫到了店里，才知道自己想错了。看玉敏泪水涟涟，更是吃惊。雨落让小虫镇静，才将事情原原本本地说了，小虫猛地打了个寒颤，像从热气腾腾的南非被挟持到了天寒地冻的冰岛。玉敏的脸上结满了天寒地冻的严霜，让小虫确信，雨落不是说着玩的。

图5 仰拱钢筋段施工示意

3.5 仰拱施工微创微改

3.5.1 堵头采用钢木混合

堵头采用栈桥厂家配套提供的钢模板，施工仰拱堵头平直，止水带居中，但由于仰拱开挖过程中无法达到设计的弧形底面，钢模板无法密贴仰拱底，导致混凝土漏浆，浇筑质量差。

现场操作使用钢模板的上半块模板，下半块模板采用木模代替，止水带对夹居中，此工艺施工速度快，满足不同仰拱底面弧形，浇筑混凝土无漏浆现象，浇筑质量好，止水带居中[12]，其施工示意见图6。

图6 钢木混合堵头板

3.5.2 仰拱预留排水沟

张坊隧道出口为反坡施工，洞内裂隙水较多，仰拱施工后，排水盲管排水量大，导致仰拱面积水，文明施工效果差。通过改进栈桥，在栈桥底部焊接10 cm槽钢，浇筑过程中预留高为10 cm的水沟排水。其施工工艺示意见图7。

图7 栈桥焊接角钢施工示意

3.5.3 焊接定位卡固定钢筋间距

仰拱钢筋段施工时，钢筋采用套筒连接，为保证钢筋的抗拉、抗剪强度满足要求，钢筋在洞外进行挤压，整体弧形钢筋在栈桥底部施工，易造成间距和保护层控制差，针对此问题，对于内侧钢筋，在栈桥矮边墙边模上焊接定位卡，定位卡由2 mm的钢板改装而成，间距根据施工图纸切割成20 cm和25 cm卡槽，卡槽距矮边墙模板5 cm为钢筋保护层。外侧钢筋通过活动式定位卡固定，活动式定位卡采用2 mm钢板、宽8 cm，切割3 cm凹槽做卡槽，钢板两侧焊接80 cm钢管，钢管搭接在矮边墙模板上以固定外侧钢筋。

3.5.4 栈桥自带反坡排水系统

张坊隧道出口为反坡，洞内裂隙水流量大，仰拱端头设置集水坑抽排，每次栈桥行走，水泵水管就要拆卸，严重影响施工进度和仰拱积水抽排，针对此类现象，在仰拱栈桥端头固定1个集水箱，自带自动抽水和沉淀装置，水泵水管固定在栈桥上，随栈桥行走，如此既加快了施工进度也避免了水泵水管损坏。水箱模型见图8。

图8 水箱二级沉淀池

4 结语

1) 采用24 m栈桥施工，施工方便，人员、机械使用量减少，同时也加快了仰拱施工速度。

2) 为避免仰拱开裂，24 m栈桥采用分区段同步施工，既解决了仰拱开裂问题，也加快了施工进度。

3) 通过改装栈桥堵头板，采用钢木混合堵头施工，既保证了仰拱端头施工质量，止水带居中，也加快了堵头板安装速度。

4) 仰拱施工过程中提出多工作面施工理念，24 m栈桥既可以作为仰拱施工栈桥，又可以作为通道，比传统栈桥操作更加方便，达到多个工作面正常施工效果。

5) 由于仰拱开挖面不平顺，履带式栈桥行走时容易损坏，后期栈桥制作时可以考虑更换为轮胎式行走。