铁路隧道仰拱衬砌施工技术研究综述

刘峰

摘要：基于相关规范对铁路隧道施工仰拱与掌子面的距离要求、二次衬砌与掌子面的距离要求、初期支护封闭成环与掌子面的距离要求、仰拱混凝土浇筑要求以及铁路隧道仰拱施工机械化程度低、施工速度慢，难以满足仰拱快速施工要求等现状可知，仰拱施已成为制约铁路隧道施工进度的关键工序;同时，先施工仰拱再施工边顶拱衬砌留下的施工缝是隧道运营时出现隧底病害的重要隐患。通过研究分析国内外铁路隧道仰拱施工方法和设备、衬砌施工方法和设备、隧道施工联合作业模式等，文章提出铁路隧道施工应推广开挖、仰拱、边顶拱衬砌联合作业模式，并采用长仰拱栈桥施工技术与设备;优化衬砌结构，革新仰拱与衬砌施工工艺，推行开挖与全环衬砌联合作业模式。

关键词：铁路隧道;仰拱施工;衬砌施工;仰拱模板台车

伴随着高速铁路的飞速发展，长大隧道占比越来越大，施工难度和风险也越来越高，隧道施工建设和运营安全更是需要得到可靠的保证。近年来，部分在建和已开通隧道出现了仰拱上拱，施工缝翻浆冒泥，仰拱混凝土强度不足、不密实等病害，对隧道施工和运营造成了极大的安全隐患。

为解决隧道仰拱病害问题，提高仰拱施工质量，降低施工和运营安全风险，工程技术人员从仰拱施工设备创新、工艺创新、仰拱病害成因、仰拱质量缺陷整治技术等方面进行了研究。

1仰拱施工质量现状及缺陷原因

目前双线铁路隧道仰拱多采用液压移动栈桥配合仰拱弧形模板整体式设备进行施工，取代了以往的简易栈桥配合弧形模板的施工方式。由于仰拱混凝土的浇筑主要还是依靠人工操作，部分施工设备工装配置缺陷、设计图纸缺陷、超欠挖检测手段落后等，容易引起仰拱质量缺陷。主要存在以下问题：

1）仰拱开挖后，超欠挖检测未能全覆盖，存在检测遗漏区域，导致部分位置出现欠厚现象。

2）仰拱混凝土浇筑时，设备及工装选型不当、浇筑顺序不正确、振捣方式不当，易引起仰拱混凝土强度不足。

3）施工缝位置止水带设计及安装不正确，易出现，翻浆冒泥现象。

4）隧底出现承压水、构造应力、膨胀力等引起的仰拱上拱质量问题。

因此，导致仰拱质量缺陷的主要原因有：超欠挖检测手段落后，工装配置及选型不合理，混凝土施工工艺不合理，施工过程中存在止水带安装定位不准确及混凝土漏振、欠振现象，设计过程未考虑隧底排水措施等导致仰拱混凝土质量难以保证。

2国内外铁路隧道仰拱衬砌施工方法

2.1铁路隧道仰拱施工方法

2.1.1仰拱分幅施工法

仰拱分幅施工法是将隧道仰拱分为两半幅施作，当其中半幅进行施工时，另外半幅作为开挖运输通道，等一侧半幅施工完成后再进行另一侧半幅施工，交叉进行。但相关规范规定，“仰拱混凝土应分段连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝”。因此，新建铁路隧道已不再采用分幅施工的方法，仅早期施工的部分隧道采用了该施工方法，如西合铁路黄沙岭隧道等。

2.1.2仰拱栈桥施工法

仰拱栈桥施工法是指施工时在隧道底碴和填充之间架设栈桥以保证施工运输设备通行，在栈桥下部清底并浇筑混凝土的施工方法，是目前铁路隧道仰拱施工应用最广泛的方法。采用该施工法，可在仰拱施工的同时栈桥上通行运输车辆，在一定程度上缓解了仰拱施工与运输作业相互干扰的问题。然而，采取组合钢模板配简易仰拱栈桥的施工方法存在施工效率低、操作复杂、成形质量较差等诸多弊端。例如，栈桥通常由挖掘机或装载机配合移位，占用设备资源;由人工进行模板的安装就位需消耗大量定位钢筋和工时;混凝土人工摊铺，仰拱和填充达不到完全分层浇筑的要求，违背了由仰拱承力、填充缓冲列车载荷的设计初衷;成型的仰拱结构尺寸和弧形形状偏离设计要求等。因此，开发安全可靠、施工方便的机械化仰拱作业设备已成为近年来工程技术人员的共识。目前已有部分铁路隧道工程基于仰拱栈桥和仰拱模板而开发研究出仰拱模板台车并在铁路隧道施工中进行应用，可实现隧道开挖与仰拱施工的同步作业。

2.1.3平行导坑运输的仰拱施工法

平行导坑运输的仰拱施工法是指在隧道正洞进行仰拱施工的同时，利用平行导坑进行运输（出碴和进料），避免仰拱施工与开挖运输之间相互干扰。因此，采用该方法施作仰拱时施工速度快、干扰小、易于组织施工。然而，由于设置平行导坑需要考虑多方面的影响因素，目前在国内应用该方法施工的隧道比较少。因此，该施工法适用面很窄，多在工期紧迫且有平行导坑设计的隧道中采用。

2.1.4支墩施工法

支墩施工法是指施工时先进行仰拱--侧的清底，完成后在该侧设置支墩（长约30～50m段上每隔3～5m设一混凝土支墩）并架设简易栈桥以便车辆通行，然后再进行另一侧清底，完成清底后分段整幅灌注仰拱，其仰拱混凝土的浇筑大都是由自卸汽车或混凝土搅拌运输车在栈桥上直接倾倒，人工摊铺，插入式振捣器振捣。严格来说，支敦施工法也是基于仰拱栈桥法的范畴，采用该方法施工时所用的机械设备为：多组专用的简易栈桥及配套的混凝土運输、振捣设备等。例如，宜万线堡镇隧道，其支墩间距4.16m，每循环仰拱施工长度25m（由两根标准轨组成），月施工进度可达125m;武广客运专线SDII标大瑶山隧道采用钻爆法开挖，支墩施工法施作仰拱，无轨运输，共配备8组12m长的简易栈桥，每循环施工长24m，2天一个小循环，15天可完成一组长栈桥共96m的大循环。采用支墩法施工仰拱需要提前施作混凝土支墩，工序繁杂，且混凝土支墩将仰供和填充连成一体，支墩处防水处理困难，运营中易发生地下水上渗等问题。此外，对于采用有轨运输的施工，运输轨道需要频繁地拆除变道，将不可避免地导致出碴与进料工作的中断，影响施工进度。

采用仰拱预制块施工法时，仰拱预制块由专业厂家生产，虽然质量易于保证，且安装施工速度较快;但需要为此增设专业的厂房和预制设备、存储场地等，综合费用较高。

2.1.5仰拱顺序施工法

仰拱顺序施工法就是在隧道贯通后再进行仰 拱施工，该方法在长大隧道中很少采用，只在一些较短的铁路隧道中应用。国内外在仰拱顺序施工过程都曾采用过仰拱施工专用台车，确保了隧道仰拱施工质量。例如：德国科隆一法兰克福高速铁路希默尔贝格隧道采用仰拱施工专用台车进行仰拱施工;中铁隧道集团在辽宁大伙房输水工程TBM2标段也使用了自主研制的仰拱施工专用台车。

采用仰拱顺序施工法时，虽然仰拱施工专用台车大大提高了隧道施工质量，但因仰拱没有及时跟进开挖，不能与初期支护及早封闭成环，不利于围岩变形控制;另外，仰供施远远滞后于开挖施工，将导致工期延长。

2.2铁路隧道衬砌施工方法

2.2.1仰拱超前式衬砌施工法

仰拱超前式衬砌施工法是指随隧道的开挖，先在隧道底部施工仰拱，然后采用衬砌台车施作二次衬砌的方法。目前铁路隧道施工时，普遍采用这种施工方法。

2.2.2全环整体模筑衬砌施工法

全环整体模筑衬砌施工法通过专用设备，可实现隧道衬砌的全环整体浇筑，不单独进行仰拱的施工。采用这种施工方法时，有的设备具备通行功能，运输设备可在其内部穿行，能实现仰拱、二次衬砌与运输作业的同步施工，可大大提高施工效率，改善衬砌质量，减少后期运营出现病害的概率;而有的设备不具备通行功能，综合施工效率相对较低凹。

结语

在现有技术标准和规范条件下，如何保证仰拱和衬砌的快速施工跟进以免影响开挖作业，已成为铁路隧道施工的关键。要在保证施工安全和质量的前提下实现仰拱与衬砌的快速施工，推荐采用联合作业模式并全面推行机械化施工，以提高施工效率，加快施工进度，保证施工质量。

参考文献：

[1]才华.隧道施工安全[叮.工程技术：文摘版，2016（12）：56.

[2]铁路工程技术标准所.铁路工程施工安全技术规程[S]北京：中国铁道出版社，2012.