王榮山

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 100018）

1 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，在隧道建設(shè)領(lǐng)域出現(xiàn)了一大批長(zhǎng)大隧道，標(biāo)志著我國(guó)工程建設(shè)水平在不斷提高［1］。但是目前工程建設(shè)工期緊、任務(wù)重，在隧道施工中尤為突出，隧道各工序銜接成為施工控制的一項(xiàng)重點(diǎn)。尤其是仰拱銜接初期支護(hù)和二次襯砌工序，直接影響隧道的施工質(zhì)量和步距，成為隧道施工的控制性工序［2］。

近些年，不少學(xué)者針對(duì)長(zhǎng)仰拱施工開展研究。張育林［3］優(yōu)化設(shè)計(jì)長(zhǎng)大隧道長(zhǎng)仰拱棧橋?yàn)?2 m，增加施工開挖長(zhǎng)度，加快了施工循環(huán)；李有業(yè)［4］針對(duì)單洞雙線大斷面高鐵隧道，利用16 m長(zhǎng)仰拱棧橋與滑模施工，縮短了工序循環(huán)時(shí)間，提高了工效；蔣暉光［5］等利用工字鋼加工了“橋上橋”形式的仰拱棧橋，并進(jìn)行受力檢算，加快了速度，降低了成本；楊然［6］設(shè)計(jì)了帶有萬向鉸的柔性底座和具有高彈性膠墊軌道的自行式仰拱棧橋，并與傳統(tǒng)仰拱施工方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。

現(xiàn)有的研究中，并沒有針對(duì)重載鐵路且長(zhǎng)度超過10 km的單線隧道24 m長(zhǎng)仰拱棧橋方面的研究。本文結(jié)合蒙華重載鐵路第一長(zhǎng)隧崤山隧道，設(shè)計(jì)了24 m自行式全液壓長(zhǎng)仰拱棧橋，進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算，并介紹了長(zhǎng)仰拱工藝流程，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐運(yùn)用效果良好。

2 工程概述及難點(diǎn)分析

2．1 工程概況

蒙華鐵路設(shè)計(jì)為重載鐵路，其中崤山隧道為全線第一長(zhǎng)隧，為全線控制性工程。隧道設(shè)計(jì)為單線單洞，左線全長(zhǎng)22.751 km，右線全長(zhǎng)22.771 km。隧道位于豫西腹地，穿過東秦嶺崤山，為中低地區(qū)地貌，主要以Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖為主。

2．2 工程重難點(diǎn)

（1）該鐵路隧道大于10 km，為特長(zhǎng)隧道，工期36個(gè)月，較為緊張，且任務(wù)重。

（2）重載運(yùn)輸對(duì)仰拱施工的整體性、耐久性能等要求極高［7］。

（3）該隧道以Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖為主，開挖掘進(jìn)進(jìn)度較快，各工序之間也難以實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，仰拱施工進(jìn)度過于遲緩［8］，很容易造成步距超標(biāo)。

2．3 現(xiàn)場(chǎng)問題及解決方案

國(guó)內(nèi)隧道尤其是山嶺隧道普遍采用鉆爆法施工，仰拱采用簡(jiǎn)易棧橋施工。但由于傳統(tǒng)棧橋采取的是簡(jiǎn)易固定結(jié)構(gòu)，由工字鋼、鋼筋、鋼板等焊接而成，適應(yīng)性、機(jī)動(dòng)性以及安全性差且跨度小［8］，掌子面和仰拱平行作業(yè)組織困難，導(dǎo)致仰拱施工進(jìn)度緩慢，每月進(jìn)度100～120 m。而Ⅲ級(jí)圍巖掌子面每月開挖進(jìn)度約為160 m，仰拱施作跟不上掌子面開挖速度，造成步距超標(biāo)。因此，采用24 m全液壓履帶仰拱棧橋施工方案，進(jìn)行多區(qū)段平行作業(yè)。

3 長(zhǎng)仰拱棧橋改進(jìn)及穩(wěn)定性檢算

3．1 長(zhǎng)仰拱棧橋工裝改進(jìn)

棧橋全長(zhǎng)30.22 m，結(jié)構(gòu)包括引橋部分、從動(dòng)行走系統(tǒng)、仰供端固定支撐、主橋、履帶行走系統(tǒng)、開挖端固定支撐、液壓系統(tǒng)等七個(gè)部分（見圖1）。設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。橋面考慮適應(yīng)隧道斷面要求及通車需要，采用雙面式設(shè)計(jì)。棧橋開挖段固定支撐采用剪刀式結(jié)構(gòu)，以滿足仰拱及底板不同工況需要。

圖1 24 m全液壓履帶式棧橋結(jié)構(gòu)（單位：mm）

表1 棧橋設(shè)計(jì)參數(shù)

3．2 棧橋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

主橋是棧橋工作時(shí)的主要承力結(jié)構(gòu)，其主體由縱梁、橫梁及橋面螺紋鋼拼焊而成，兩側(cè)設(shè)置貝雷梁桁架，在提高棧橋通車狀態(tài)下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的同時(shí)提升安全防護(hù)性能，確保施工車輛安全可靠地通行。

分析棧橋主橋所有工作狀態(tài)，運(yùn)用MIDASCivil軟件根據(jù)主橋結(jié)構(gòu)建立模型，如圖2所示。

圖2 主橋結(jié)構(gòu)模型

活載按照12 m3砼運(yùn)輸車滿載總重55 t計(jì)算，輪胎與橋面鋪設(shè)鋼筋之間為線接觸計(jì)算負(fù)載。當(dāng)車輛行駛到主橋中段時(shí)是整個(gè)結(jié)構(gòu)中受力最不理想的狀態(tài)，從圖3中計(jì)算結(jié)果得到最大撓度17 mm＜［f］＝l／400＝75.55 mm；從圖 4中得到最大強(qiáng)度應(yīng)力為前面底部拉筋339 MPa＜鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值350 MPa（Q390鋼材），滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 主橋最大撓度計(jì)算云圖

圖4 最大強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算云圖

4 工藝流程

4．1 仰拱開挖

為有效控制圍巖變形，確保隧道施工安全，仰拱初期支護(hù)與邊墻初期支護(hù)同步進(jìn)行，完成后回填洞渣至邊墻墻腳處，為掌子面施工提供通道。仰拱施作前，采用人工配合挖掘機(jī)清除回填洞渣。由于棧橋前引橋較長(zhǎng)，每次開挖清渣長(zhǎng)度6 m，運(yùn)用挖掘機(jī)和自卸車出渣。每一循環(huán)（6 m）回填洞渣清理后，液壓式移動(dòng)棧橋前進(jìn)6 m。前進(jìn)過程中，在仰拱填充面上鋪設(shè)鋼板以擴(kuò)大受力面積，以確保棧橋后端的成品填充面不受破壞。

4．2 施工縫處理

人工清除虛渣、雜物。完成兩循環(huán)（12 m）洞渣清除后，形成一個(gè)鋼筋安裝單元。對(duì)仰拱接頭進(jìn)行鑿毛處理，鑿毛面積至少達(dá)到總面積的75%，人工鑿毛時(shí)混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到2.5 MPa。鑿毛完成后使用高壓風(fēng)清除仰拱初期支護(hù)表面上的虛渣及雜物［9］。清理完成經(jīng)自檢合格后報(bào)監(jiān)理工程師，驗(yàn)收合格后留存影像資料，進(jìn)行24 m長(zhǎng)棧橋就位（見圖5）。

4．3 鋼筋安裝

第一循環(huán)施工縫鑿毛及虛渣清理完成并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后開始第一循環(huán)（12 m）鋼筋安裝，待第二循環(huán)洞渣清除、清理虛渣完成后進(jìn)行第二循環(huán)鋼筋安裝。

4．4 仰拱模板安裝

第一循環(huán)仰拱鋼筋安裝完成，經(jīng)驗(yàn)收合格后，安裝仰拱箱形弧模［10］。端頭模板為定制鋼模板，在鋼筋及弧形模板安設(shè)后進(jìn)行。施工過程中，先用弧模底部模板將背貼式止水帶壓緊固定，再將中埋式止水帶安設(shè)在底部模板表面，最后安裝上部模板，并用鋼筋固定牢固。

4．5 混凝土澆筑

仰拱混凝土采用C35混凝土。為防止高差過大引起混凝土離析，仰拱混凝土使用溜槽澆筑，自中線向兩側(cè)對(duì)稱澆筑，一次完成?；炷练謱訚仓穸瓤刂圃?0 cm左右［11］。待初期支護(hù)混凝土終凝后，拆除仰拱弧形箱模，澆筑仰拱填充混凝土。

圖5 行走就位的長(zhǎng)仰拱棧橋現(xiàn)場(chǎng)

5 實(shí)施效果

5．1 安全性能

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用情況，與傳統(tǒng)簡(jiǎn)易式、軌行式仰拱施作方法對(duì)比，從安全性、易用性、工況適應(yīng)性以及可維護(hù)性等方面進(jìn)行對(duì)比分析，見表2。

表2 仰拱施作方法安全及性能對(duì)比分析

5．2 施工進(jìn)度

采用大區(qū)段仰拱分區(qū)平行作業(yè)，仰拱開挖支護(hù)分6 m一段；鋼筋綁扎、模板架立分12 m一段，24 m仰拱一次澆筑。每月仰拱施工進(jìn)度由傳統(tǒng)工法的120 m上升至168 m，比傳統(tǒng)的方法可節(jié)約工期25%，使其與掌子面開挖進(jìn)尺保持一致，解決了因仰拱安全步距制約掌子面不能全力開挖的難題，保障了隧道工期。

6 總結(jié)

（1）采用了仰拱長(zhǎng)棧橋工裝改進(jìn)技術(shù)，改進(jìn)使用了全液壓履帶式仰拱棧橋，解決了普通棧橋難以滿足大區(qū)段施工的困難，并解決了仰拱弧形模板安拆不便的難題。

（2）24 m長(zhǎng)仰拱棧橋，實(shí)現(xiàn)了仰拱施工時(shí)配合出渣及運(yùn)輸車輛安全、有效通行，避免了施工干擾。

（3）24 m長(zhǎng)仰拱施工減少了仰拱混凝土環(huán)向施工縫，降低了不均勻沉降的可能性，保證了仰拱整體性，為后期鐵路運(yùn)營(yíng)奠定基礎(chǔ)。

（4）采用了大區(qū)段仰拱分區(qū)平行作業(yè)快速施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大區(qū)段仰拱分區(qū)平行作業(yè)、長(zhǎng)段落仰拱一次澆筑成形，加快了仰拱施工進(jìn)度［12］。