隧洞边顶拱二次衬砌与盾构掘进同步施工技术

李有缘，刘文华

（广东华隧建设集团股份有限公司，广东 广州 510308）

目前，国内研究隧道盾构施工与隧洞边顶拱二次衬砌同步施工技术的较少，本文介绍的隧洞边顶拱二次衬砌施工与盾构掘进同步施工技术是一种有效地提高隧洞施工效率，在不影响盾构施工的前提下，隧洞边顶拱二次衬砌紧跟盾构施工完成二衬拱墙与顶拱结构。

隧洞二衬与盾构掘进同步施工相比隧洞二衬与TBM 掘进同步施工有着截然不同的区别。两者的掘进效率不同，初支施工工艺不同，隧洞二衬浇筑工艺不同，隧洞物资水平运输方式不同。本文介绍的隧洞边顶拱二次衬砌与盾构掘进同步施工技术特点是：采用了独有的液压整体式钢模板台车；采用“先拱墙、拱顶分段衬砌，仰拱后做”的施工方法，实现盾构隧洞与二衬同步实施；采用改装的钢轨搅拌车负责隧洞内混凝土运输作业；采用四轨三线供五列电瓶车、盾构台车行驶、两列钢轨搅拌车、拱墙台车、整体式液压衬砌钢模台车，洞内运输用有轨运输。

1 工程背景

韩江鹿湖隧洞引水工程盾构隧洞分为两段，分别为1 975m 及2 123m 长距离隧洞，隧洞采用双层复合式衬砌组合而成，初衬为盾构管片，二次衬砌采用模筑钢筋混凝土。通过测算，在完成盾构管片安装、清理轨道后，再进行隧洞二次衬砌施工无法满足工期要求。若能实现在盾构管片安装后不需要清理轨道即可同时施工二衬衬砌，即可满足工期要求。长距离隧洞施工二次衬砌对混凝土泵和混凝土自身的质量提出了较高的要求。

2 解决思路

解决技术难题的思路主要为：通过隧洞二衬与盾构同步施工技术的研究和应用，总结出一套隧洞盾构施工与二衬同步施工技术，规避二衬施工过程中对盾构施工的制约；隧洞钢轨搅拌车运输二衬混凝土，保证二衬混凝土的坍落度与和易性，避免混凝土长距离泵送容易被堵的问题；通过隧洞内设道岔铺轨合理布置，实现隧洞盾构施工电瓶车辆、二衬钢轨搅拌车互不影响的效果。

3 边顶拱同步衬砌总体施工方案

通过对隧洞二衬与盾构同步施工技术的研究，采用二次衬砌逆作法施工，将隧洞二衬分成上部（边墙、拱顶）和下部（仰拱）两部分进行施工，并先进行上部施工，即可满足在不影响初衬（盾构掘进施工）的前提下同步完成大部分的隧洞二衬，待隧洞贯通、清理轨枕后，进行隧洞仰拱的施工，将隧洞二衬拟合成环。

根据隧洞边墙、顶拱浇筑特点分析，为满足拱墙和拱顶的浇筑要求，在边墙的位置往初衬面上打设锚杆形成支撑体系对边墙、拱顶提供支承的作用。通过有限元法受力验算可得两侧各采用双排∅18@200 钢筋锚进管片面10cm，钻孔、清理碎渣后采用砂浆或植筋胶填充孔洞，即可满足受力要求。

为了规避边墙与顶拱混凝土浇筑过程中接缝处漏浆的现象，可在管片面先施工一道高度30cm的拱墙，相当于拱墙作为二衬边墙与顶拱的底模与支撑，混凝土浇筑时，液压台车贴至拱墙上即可进行浇筑，可规避边墙与顶拱混凝土浇筑过程中接缝处漏浆的现象，见图1。

图1 隧洞内空间位置示意图（单位：mm）

二次衬砌段落边墙与顶拱采用定制18m 钢模板衬砌台车，在完成钢筋绑扎后，通过调整液压元件，使模板正确对位。自制的2m3砼斗装卸拱墙混凝土，利用电瓶车运输混凝土至隧洞内自制的拱墙台车下方，利用平台下方横梁上的电动葫芦将砼斗吊放至作业平台上方，利用溜槽从平台两边同时下放混凝土，可同时对称浇筑，采用插入式振捣棒进行振捣。待隧洞贯通、清理轨枕后，同步进行隧洞仰拱的施工，仰拱施工模板采用原顶拱、拱墙液压模板台车改装而成的自行式针梁台车。结合上述措施即可满足在不影响初衬的前提下完成隧洞二衬同步实施。

4 关键技术

4.1 二衬混凝土运输技术

二衬混凝土运输包括混凝土地面运输和隧洞内混凝土运输。商品混凝搅拌车运输混凝土至基坑边上，通过溜槽与混凝土导管输送混凝土至隧洞底部洞口轨道上钢轨搅拌车存储罐中，然后钢轨搅拌车利用柴油发电机自驱运输混凝土到隧洞内二衬台车处。

根据盾构施工轨道布设的规格，改装一种使用原盾构施工行驶轨道的11kW 柴油发电机自驱动的8m3钢轨搅拌车负责隧洞内混凝土运输，隧洞内同时放置两台或者多台钢轨搅拌车，一台钢轨搅拌车在输送过程时，另外一台钢轨搅拌车在隧洞口接送混凝土准备，保证最少有一台钢轨搅拌车在隧洞内送料，从而保证浇筑不间断连续进行。

4.2 同步二衬施工台车研究

盾构掘进过程产生的渣土、预制的管片、螺栓、油脂等材料需要利用电瓶车进行隧洞内运输，隧洞底板敷设供电瓶车行驶的钢轨道、钢轨枕。通风管解决隧洞内作业人员施工环境的问题。隧洞内的电瓶车通行、水、电缆管线、通风管、人行道均影响隧洞二衬施工。

根据隧洞内盾构各配套对二衬的影响，研究一套满足盾构电瓶车及管线顺利通过的二衬配套台车设备，这种设备可以正常施工拱墙及拱顶，还有足够的通过空间，满足盾构电瓶车和管线通过要求。

4.3 隧洞内错车技术

隧洞内电机车通行采用隧洞内错车技术，隧洞内设道岔铺轨采用四轨三线供五列电瓶车、盾构台车行驶、两列钢轨搅拌车、拱墙台车、整体式液压衬砌钢模台车，洞内运输用钢轨运输。为方便钢轨从工作井吊入和驳接，单根钢轨长6m，轨枕和钢轨的连接扣件采用螺栓扣板扣件。

为了保证材料运输的连续性，在盾构正常掘进后于盾构台车后部铺设Y 型道岔实行单洞五列电瓶车、两列钢轨搅拌车运输，Y 型道岔随盾构掘进、二衬浇筑迁移，如图2 所示。

图2 隧洞内岔道示意图

5 结论与展望

以韩江鹿湖隧洞引水工程盾构隧洞施工为依托，总结出一套隧洞二衬施工与盾构掘进同步施工技术，解决了因隧洞二衬无法与盾构施工同步导致的工期长、质量难以保障的困局。主要创新和先进性体现以下几点。

1）隧洞二次衬砌采用“先拱墙、拱顶分段衬砌，仰拱后做”的施工方法，不影响初衬的前提下，进行隧洞的拱墙、拱顶结构施工，实现盾构隧洞与二衬同步实施。

2）隧洞混凝土浇筑时，采用改装的钢轨搅拌车负责隧洞内混凝土运输作业，有效保证隧道二衬浇筑的混凝土坍落度与和易性满足要求，避免混凝土长距离泵送运输发生堵管现象。

3）在隧洞不同位置设置道岔，在必须满足盾构施工与隧洞二衬浇筑的条件下，合理设置道岔，有效安排隧洞电瓶车、混凝土钢轨搅拌车错车位置及行驶线路，保证隧洞盾构掘进和隧洞二次衬砌的上部同步施工。

隧洞二衬施工与盾构掘进同步施工技术不仅能较大的节约成本，取得经济效益，更能大大促进隧道建设发展，社会效益显著。

本项目盾构掘进效率与二衬施工效率基本一致。如果盾构掘进效率远远大于二衬施工效率，将会出现二衬施工无法紧跟盾构施工步伐。如果盾构施工效率非常低，二衬施工受到盾构施工掘进制约，因此如何提高二衬施工与盾构掘进同步施工工效成为下一步研究重点。