隧道仰拱作业区快速施工技术*

张光明，邓 君，吕 虎

（1.中铁十一局集团汉江重工有限公司，湖北襄阳 441006；2.中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆 400037）

0 引言

目前隧道施工生产主作业线[1－3]在各围岩级别下最大施工进度不一致，同等条件下仰拱作业线施工能力普遍低于掌子面和二衬作业线施工能力，仰拱施工[4－5]已成为制约隧道施工的关键环节。原因如下：一是仰拱各工序间施工组织上存在交叉管理环节，内部协调难度大，无法形成流水作业，影响施工进度；二是目前隧道仰拱工装设备，仅是基于仰拱施工单项功能需求进行的单项功能设计，与其他作业线的工装设备协同作业能力差；三是近年来各单位为加快施工进度，积极推行隧道机械化配套施工[6－8]，但是受机械设备作业空间的限制，仰拱、二衬封闭成环的距离也明显增大。

近年来，各施工单位就如何解决隧道仰拱施工短板问题，开展了大量的设备改装、工艺改进活动，成效仍不够理想，仰拱与掌子面等生产线施工组织协调问题依然是制约隧道快速施工组织的关键。如何突破隧道仰拱作业区快速施工组织瓶颈，进一步挖掘现有机械化配套工装潜能非常迫切。

针对目前隧道机械化施工安全步距大[9－10]、工效不平衡性问题，围绕仰拱、防排水等作业线的施工机械化开展研究，并本着从发现问题、分析问题、解决问题的理念对现有仰拱施工技术进行了创新，提出了隧道仰拱作业区快速施工技术，且在郑万高铁人和隧道建设过程中得到应用。实践证明，该技术有效提高了仰拱作业区的施工进度，节约了施工成本，并取得了良好的经济社会效益，具有很好的推广价值和应用前景。

1 仰拱作业区快速施工解决方案

基于机械化配套设备、施工工艺等现有技术基础上进行了理论创新、技术创新，并按照施工安全与进度平衡的管理理念，研发了大跨度伸缩式仰拱栈桥，实现了仰拱作业分区（即仰拱开挖支护区A、仰拱衬砌区B、仰拱填充区C），且作业区间工序能够流水作业、并行作业，改变现有的隧道仰拱施工组织模式，达到隧道掌子面、仰拱、二衬等主作业区兼容并进的目的；通过大跨度仰拱栈桥实现钢筋防水板台架骑跨栈桥，栈桥与钢筋防水板台架协同作业，有效缩短施工步距。

仰拱作业区快速施工的具体解决方案如下。

（1）仰拱开挖与掌子面施工协同作业。栈桥24 m主桥相对固定不动，通过前导梁便捷的伸缩功能实现仰拱开挖支护与掌子面施工物料通道运输同步作业，将仰拱施工对掌子面作业区和仰拱作业区的工序影响时间降到最低，实现掌子面施工与仰拱开挖、支护协同作业互不干扰。

图1 仰拱栈桥结构及作业区

（2）仰拱作业独立分区，工序平行流水作业，解决仰拱施工不连续问题。利用36 m大跨度移动仰拱栈桥，将大跨度栈桥主梁分解为主梁和前导梁两个部分，使其具有伸缩功能，形成仰拱开挖与支护、仰拱衬砌、仰拱填充3个长度为12 m的独立作业区，作业区各工序并行、独立流水施工工艺，同时，结合栈桥配备的前、后纵移小车，牵引中心水沟模板、边墙模板和端头模板，应用仰拱模板上设置的激光定位，高效快速完成模板精确调整，实现水沟、边墙同步施工完成，加快仰拱施工进度，缩短二次衬砌跟进时间，提高隧道施工进度。

（3）钢筋、防水板组合式台架骑跨栈桥，实现二次衬砌钢筋、防水板与仰拱填充同步作业，工艺创新实现隧道快速高效施工。在仰拱填充混凝土未达到机具通行要求强度期间，通过设置在组合式台架上的走行轮，行走于栈桥主桥上的轨道，实现骑跨栈桥进行防水板铺设、钢筋安装作业，以此实现提前施工防水板、二次衬砌钢筋，缩短二次衬砌和仰拱安全步距，促进隧道快速高效施工。

以上解决掌子面、仰拱、二衬间协同作业的技术方案称之为仰拱作业区快速施工技术，其快速施工流程如图2所示。

图2 快速施工作业流程

2 仰拱作业区快速施工技术特点

（1）采用伸缩式仰拱栈桥施工，形成分区作业，有效加快仰拱施工进度，缩短二衬台车跟进时间，提高隧道施工进度。

（2）将大跨度栈桥主梁分解为主梁和前导梁2 个部分，使其具有伸缩功能。仰拱开挖作业时，可通过伸长前导梁形成独立的仰拱开挖作业区间，避免干扰。

（3）模板系统移动方便，无需移动主栈桥，即可通过纵移小车对仰拱模板进行快速定位。

（4）模板定位简便，仰拱模板上设有激光定位，可实现仰拱模板精准定位。

（5）整机采用液压驱动，实现步进前移后退功能，可根据隧道施工作业的工艺要求，进行栈桥的前移后退机构简单、控制灵活。

（6）钢筋防水板台架骑跨栈桥，二衬钢筋、防水板与仰拱填充同步作业，有效缩短二衬闭环距离。

3 工程案例

（1）概况

人和隧道位于重庆市云阳县莲花乡、人和镇、黄石镇辖区内，辖区位于云阳县西北部。起讫里程为DK783＋998～DK792＋290，全长8 292 m。隧道为单洞双线类型，人字坡，自进口至出口纵坡分别为0‰、4.4‰、－3‰。施工技术应用试验段为Ⅲah型复合衬砌断面。

（2）应用效果

安全质量管理提升显著。采用仰拱作业区快速施工技术后，安全质量得到进一步提升，施工工艺满足了设计文件及相关规程要求，洞内规范化、标准化管理提升显著。

工程进度及效益提升明显。因为隧道受安全步距因素影响，隧道实际施工进度取决于掌子面、仰拱以及二次衬砌作业线三者最低指标（制约指标）。分别采用Ⅰ级、Ⅱ级机械化配套施工进行统计分析，数据如表1～2所示。

表1 隧道仰拱作业区施工工效对比（Ⅰ级机械化配套）

表2 隧道仰拱作业区施工工效对比（Ⅱ级机械化配套）

通过表1～2数据对比分析，采用Ⅰ级、Ⅱ级机械化配套施工，传统施工技术制约仰拱作业区进度为仰拱作业线，而采用本文施工新技术的制约因素则为二衬作业线、掌子面作业线，解决了影响仰拱作业线施工进度慢的难点问题，同时在Ⅰ级、Ⅱ级机械化配套施工过程中，相比传统施工技术，工效分别提高了50%和41.7%。综合分析可以看出，应用本文技术方法可大大提高综合工效，缩短施工工期，同时还可节约施工成本。

人和隧道采用本施工新技术，施工快捷、作业面整洁、结构美观，从安全、质量、工期、成本等方面均取得了良好的示范效果。

图3 应用实景

4 结束语

通过研究设计大跨度伸缩式仰拱栈桥，再利用栈桥自身的整机横移、导梁伸缩及上下可调、仰拱模板自动移动定位等先进功能，形成了隧道仰拱快速施工的专有新技术，有效解决了困扰隧道仰拱快速机械化施工安全步距大、工效不平衡等问题。该项新技术实现了仰拱栈桥下方开挖支护、仰拱衬砌、仰拱填充三区平行流水作业以及掌子面、仰拱及二次衬砌三大主作业线并行协同作业的施工模式，分析总结形成了隧道仰拱快速施工工法。

本项新技术通过人和隧道工程项目进行了验证，应用统计结果表明，该技术不仅有助于提升隧道仰拱作业区施工工效，降低了施工成本，同时还保证了仰拱施工的安全步距，具有非常好的推广价值和应用前景。