林江

中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司 陜西 西安 710032

我國隧道施工多采用采礦法、新奧法、淺埋暗挖法等常規(guī)施工方法，施工效率低，安全風(fēng)險(xiǎn)高，質(zhì)量控制難度大，文明施工程度低，不利于環(huán)境保護(hù)。近年來，隨著我國預(yù)制裝配技術(shù)的快速發(fā)展，預(yù)制隧道能有效解決既有線路穿越、河流穿越、軟土地質(zhì)等復(fù)雜工況下的隧道施工問題。由于裝配式隧道對預(yù)制構(gòu)件的制作精度要求高，預(yù)制構(gòu)件尺寸和重量大，吊裝難度大，成品保護(hù)難度大，通過預(yù)制構(gòu)件模板的優(yōu)化、拼裝臺車的設(shè)計(jì)開發(fā)和拼裝工藝的創(chuàng)新，總結(jié)了裝配式隧道施工的關(guān)鍵技術(shù)，形成了一套完整的施工方法，有效地解決了上述問題。

1 預(yù)制仰拱簡介

預(yù)制仰拱主要用于替代傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土仰拱。川隧道是一條左右斷面的二孔中石隧道。右側(cè)軌距YKl13+399-ykl14+280，長度881m，最大埋深約162m。 組合多個(gè)沿隧道延伸方向依次排列的換向部件；每個(gè)倒轉(zhuǎn)單元由沿隧道橫向排列的多個(gè)相同特性的倒轉(zhuǎn)預(yù)制塊組成；每排倒扣單元中，相鄰的兩塊A縱向倒扣預(yù)制塊之間形成接縫，相鄰兩倒扣單元的縱向倒扣接縫相互交錯(cuò)。

2 預(yù)制混凝土板的現(xiàn)狀

與現(xiàn)澆樓板構(gòu)件相比，預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓板具有省模、減少立模、脫模、避免過多濕作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)；縮短施工時(shí)間，加快施工進(jìn)度；節(jié)約材料，降低工程造價(jià)，節(jié)省工地面積，實(shí)現(xiàn)文明施工；該電路板質(zhì)量穩(wěn)定，易于控制。80年代，在經(jīng)濟(jì)水平較低，技術(shù)水平不高的時(shí)候，為了滿足當(dāng)時(shí)建筑市場對裝配式建筑的要求，開始廣泛應(yīng)用。但隨著改革開放，經(jīng)濟(jì)越來越繁榮，材料供給從稀缺變?yōu)楦蛔?，片面?qiáng)調(diào)保護(hù)的觀念正在發(fā)生變化，建筑安全也從僅僅滿足強(qiáng)度變?yōu)閺臐M足綜合性能考慮。[1]尤其是20世紀(jì)90年代以來，出現(xiàn)了許多高層建筑、商場、寫字樓、倉庫、會議室、停車場、工業(yè)設(shè)施等，大型民用建筑的樓板和屋面需要大跨度、重、輕的樓板結(jié)構(gòu)。由于小康住宅的功能要求，即使是最傳統(tǒng)的預(yù)制房屋也需要大跨度、大開間的樓板結(jié)構(gòu)。由于一些固有的弱點(diǎn)，傳統(tǒng)的“三板”已不能適應(yīng)市場變化的需要。如果原有預(yù)制構(gòu)件的材料性能得不到改善，很快就會被現(xiàn)澆板所取代。

與現(xiàn)澆樓板構(gòu)件相比，預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓板具有省模、減少立模、脫模、避免過多濕作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)；縮短施工時(shí)間，加快施工進(jìn)度；節(jié)約材料，降低工程造價(jià)，節(jié)省工地面積，實(shí)現(xiàn)文明施工；該電路板質(zhì)量穩(wěn)定，易于控制。80年代，在經(jīng)濟(jì)水平較低，技術(shù)水平不高的時(shí)候，為了滿足當(dāng)時(shí)建筑市場對裝配式建筑的要求，開始廣泛應(yīng)用。但隨著改革開放，經(jīng)濟(jì)越來越繁榮，材料供給從稀缺變?yōu)楦蛔?，片面?qiáng)調(diào)保護(hù)的觀念正在發(fā)生變化，建筑安全也從僅僅滿足強(qiáng)度變?yōu)閺臐M足綜合性能考慮。尤其是20世紀(jì)90年代以來，出現(xiàn)了許多高層建筑、商場、寫字樓、倉庫、會議室、停車場、工業(yè)設(shè)施等，大型民用建筑的樓板和屋面需要大跨度、重、輕的樓板結(jié)構(gòu)。由于小康住宅的功能要求，即使是最傳統(tǒng)的預(yù)制房屋也需要大跨度、大開間的樓板結(jié)構(gòu)。由于一些固有的弱點(diǎn)，傳統(tǒng)的“三板”已不能適應(yīng)市場變化的需要。如果原有預(yù)制構(gòu)件的材料性能得不到改善，很快就會被現(xiàn)澆板所取代。

目前，我國預(yù)制構(gòu)件行業(yè)大幅下滑，滯銷產(chǎn)品大量堆積，大約一半的預(yù)制構(gòu)件工廠關(guān)閉，這是因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件行業(yè)面臨以下問題：

(1)技術(shù)落后：裝配式構(gòu)件行業(yè)技術(shù)進(jìn)步緩慢，其產(chǎn)品幾十年來幾乎沒有變化。工業(yè)設(shè)備老化，難以適應(yīng)建筑市場不斷變化的需求。

(2)產(chǎn)品單一：行業(yè)主打產(chǎn)品為“三板”，以混房和單層廠房為主，造型大小單調(diào)，整體性差，跨度短，承載力大。此外，隨著結(jié)構(gòu)安全性的提高，機(jī)制粘土實(shí)心磚的使用有限，輕鋼結(jié)構(gòu)工廠的泛濫，加劇了整個(gè)裝配式行業(yè)的持續(xù)下滑[2]。

(3)預(yù)應(yīng)力鋼筋仍以冷作鋼筋居多。雖然冷作鋼筋由于節(jié)省鋼材和混凝土而提供了一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益，但這種冷作鋼筋以犧牲延展性來換取強(qiáng)度的增加，導(dǎo)致延性差、脆性斷裂和結(jié)構(gòu)性能差。此外，這種冷軋鋼筋生產(chǎn)的中空板的跨度和荷載無法降低，跨度過大，無法滿足大跨度維護(hù)良好的房屋的需要。

(4)冷作鋼筋質(zhì)量不穩(wěn)定：車間型冷作鋼筋和短板構(gòu)件質(zhì)量穩(wěn)定性低。近年來，零部件行業(yè)因技術(shù)含量低、行業(yè)過度發(fā)展、產(chǎn)能過剩和惡性競爭而深受其害。

(5)受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)影響：標(biāo)準(zhǔn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)周期過長，不能及時(shí)反映技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)產(chǎn)品升級，成為制約裝配式構(gòu)件行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

3 預(yù)制仰拱技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

3.1 預(yù)制進(jìn)度快，維護(hù)拆模效率高

根據(jù)定制模具支撐和拆卸方便的特點(diǎn)，便于鋼筋安裝、混凝土澆筑和維護(hù)。隔離劑隔離效果好，混凝土構(gòu)件模縫嚴(yán)密，不易漏漿漏水。養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，及時(shí)拆除模板，有利于模板周轉(zhuǎn)，加快工程進(jìn)度，不影響脫模后混凝土表面的后期裝飾。

3.2 鋼筋和預(yù)埋件的節(jié)材

同一規(guī)格的鋼筋應(yīng)根據(jù)不同長度的長度進(jìn)行搭接。應(yīng)先切割長材料，然后切割短材料。切割過程中，應(yīng)使用石筆標(biāo)記彎曲點(diǎn)的位置。對于形狀復(fù)雜的鋼筋，應(yīng)減小鋼筋材料板上標(biāo)注的尺寸，以減少短端和損耗；鋼筋后預(yù)埋36mm，3mm厚塑料套管，5mm厚鋼板[3]。圖1為預(yù)制仰拱鋼筋加工圖。套管緊貼預(yù)埋鋼板，用定位鋼筋固定牢固。圖2為預(yù)埋套筒及鋼板。

圖1 預(yù)制仰拱鋼筋加工圖

圖2 預(yù)埋套筒及鋼板

3.3 混凝土澆筑質(zhì)量控制效果良好

本項(xiàng)目混凝土為自拌混凝土?；旌匣炷翆υ?、外加劑、沉降和初凝時(shí)間有嚴(yán)格的要求。安排專人測量混凝土沉降，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)通知混凝土攪拌站進(jìn)行調(diào)整。混凝土攪拌站應(yīng)根據(jù)路面混凝土原料的溫度條件、運(yùn)輸時(shí)間和距離，以及原配比（水泥型、外加劑型等）和混凝土坍落度損失量來制作，以保證混凝土澆筑過程在中間可以滿足施工和生產(chǎn)的需要。當(dāng)氣候變化時(shí)，混凝土廠提供不同溫度下單位時(shí)間的坍落度損失值，并在現(xiàn)場調(diào)整時(shí)間，以掌握混凝土罐車的停放時(shí)間。每輛車都會測量進(jìn)入混凝土的坍落度并記錄坍落度測試[4]。

3.4 裝配工藝

根據(jù)仰拱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，裝配式仰拱的組裝施工過程包括準(zhǔn)備、組裝施工、后處理等。準(zhǔn)備工作主要包括倒底開挖、地基處理、仰拱運(yùn)輸?shù)龋谎b配工作主要包括吊裝、對中、裝配、擠壓等；后處理主要包括基礎(chǔ)灌漿、連接等。

預(yù)制仰拱對欠挖有較高的要求。開挖完成后，清理洞底虛渣，仰拱開挖后檢查開挖面。不符合設(shè)計(jì)斷面要求的，小面積機(jī)械開挖，大面積鉆孔爆破，確保仰拱開挖尺寸滿足拼裝要求，確保仰拱初期支護(hù)施工質(zhì)量。水膨脹橡膠墊圖如圖3。

圖3 水膨脹橡膠墊圖

開挖檢查合格后，進(jìn)行仰拱初期支護(hù)施工。仰拱初期支護(hù)設(shè)置I20a工字梁，縱向間距為1m。仰拱初期支護(hù)完成后，再次檢查仰拱外輪廓線是否符合要求，并用M30砂漿找平不平的表面。

采用全站儀精確定位，在每個(gè)預(yù)制仰拱的初始支撐上用紅漆標(biāo)出組裝位置。在測量定位過程中，在入口設(shè)置專人，禁止車輛通行，以保證測量定位的準(zhǔn)確性。

根據(jù)施工工藝，仰拱拼裝包括吊裝、旋轉(zhuǎn)、找正等多個(gè)步驟，吊裝工具由自行研制的預(yù)制仰拱拼裝機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行吊裝，現(xiàn)場專人指揮。預(yù)制塊放置在仰拱初始支撐上后，應(yīng)進(jìn)行測量和復(fù)核，確保平面標(biāo)高誤差不大于15mm，橫向接縫誤差不大于6mm，縱向接縫誤差不大于10mm。預(yù)制塊縱橫縫采用彎螺栓連接，頂部每環(huán)縱縫采用12套M30連接螺栓連接，每環(huán)橫縫采用7套M30螺栓連接；底部縱縫每圈用12套M30連接螺栓，橫縫用12套M30螺栓[5]。水膨脹橡膠墊圈設(shè)置在結(jié)構(gòu)外部，如圖3所示。接縫間設(shè)置傳力橡膠墊塊，注入環(huán)氧樹脂封堵止水。水膨脹橡膠墊圈施做接縫處理圖見圖4。

3.5 灌漿技術(shù)

組裝完成后，在距頂部30cm的截面中心設(shè)置預(yù)留灌漿孔（5cm），吊裝組裝完成后進(jìn)行灌漿。灌漿材料采用M30水泥砂漿，壓力控制在0.1-0.3MPa，確保仰拱接近初始支撐面；路面橫坡應(yīng)通過10cm厚的找平層進(jìn)行調(diào)整，找平層應(yīng)設(shè)置間距為100*10010的鋼筋網(wǎng)。冷軋帶肋鋼筋每隔12M預(yù)留沉降縫，沉降縫與二次襯砌施工縫對齊。

圖4 水膨脹橡膠墊圈施做接縫處理圖

4 質(zhì)量保證措施

4.1 加強(qiáng)質(zhì)量管理

施工過程中，嚴(yán)格按照技術(shù)說明書和施工技術(shù)規(guī)范制定施工方案，做好各項(xiàng)施工記錄，施工過程中嚴(yán)格遵守控制工程師的監(jiān)督管理。工序結(jié)束后，質(zhì)量控制體系中、后，每道工序?qū)徍送ㄟ^后，方可進(jìn)入下一道工序。

將工程技術(shù)人員對設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范的理解滲透到每個(gè)施工過程中，加強(qiáng)對每個(gè)過程的監(jiān)督。加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)講解，確保每道工序都有標(biāo)準(zhǔn)、有驗(yàn)收、有結(jié)果，確保隧道施工有序、安全。

質(zhì)檢人員要加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，堅(jiān)持原則，確保施工質(zhì)量符合要求。

加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，按照施工計(jì)劃合理組織施工，確保施工有序進(jìn)行，確保施工質(zhì)量得到控制。

4.2 加強(qiáng)過程控制

反拱預(yù)制結(jié)構(gòu)施工前，必須仔細(xì)研究設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合施工現(xiàn)場的材料，仔細(xì)考慮現(xiàn)有施工人員和機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)等因素。驗(yàn)證程序?qū)⑦m用于每個(gè)建筑環(huán)節(jié)的所有施工工作，并在施工前制定必要的技術(shù)規(guī)定。

混凝土配合比和材料必須通過混凝土和易性、強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)的確認(rèn)以及常規(guī)預(yù)制混凝土攪拌工藝的抗裂性比較來驗(yàn)證?；旌媳壤坏┐_定，不得隨意調(diào)整，應(yīng)采用機(jī)器混合，混合時(shí)間應(yīng)根據(jù)添加劑工藝要求確定?；炷翍?yīng)進(jìn)行搖晃和粘結(jié)，搖晃時(shí)不得接觸鋼筋、鋼筋、型材和接縫；同時(shí)，螺栓用保護(hù)塑料包裹，以保證混凝土的厚度。

混凝土的溫度應(yīng)根據(jù)溫度進(jìn)行調(diào)整。在炎熱的天氣里，溫度不應(yīng)超過30℃。當(dāng)夜間平均氣溫低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí)，為冬季施工，混凝土生產(chǎn)溫度不低于5℃。成型后的混凝土內(nèi)部最高溫度通常不高于65℃，各構(gòu)件內(nèi)部的最高溫度和任何時(shí)候的表面溫度通常不高于20℃。

混凝土的養(yǎng)護(hù)必須滿足以下要求： 混凝土澆筑成型后，在脫模前必須保證恒溫恒濕?；炷帘仨氼A(yù)先養(yǎng)護(hù)，升溫速度不應(yīng)超過15℃/h。且冷卻速度不應(yīng)超過10℃/h，在脫模時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)表面溫度與環(huán)境溫度之差大于20℃時(shí)，最高恒溫不應(yīng)超過60℃，表面溫度與環(huán)境溫度相差20℃ 期間應(yīng)注意養(yǎng)護(hù)，以確?；炷敛皇?/p>

在購買起重設(shè)備或自制起重設(shè)備之前，應(yīng)根據(jù)混凝土配合比重新確定倒置預(yù)制塊的重量，以確保起重設(shè)備的起重功率滿足施工需要。起重設(shè)備的生產(chǎn)應(yīng)研究和定制，結(jié)合預(yù)制結(jié)構(gòu)的形狀和強(qiáng)度特點(diǎn)，確保起重設(shè)備起重時(shí)結(jié)構(gòu)受力均勻，避免應(yīng)力集中和損壞。

起吊施工前，做好前期準(zhǔn)備工作，將仰拱底部堆積的水、泥沙、雜物清理干凈，準(zhǔn)備好工具，特別是仰拱底部的虛渣，并做好找平層。隧道排水是影響隧道開挖的因素之一。應(yīng)特別在仰拱底部進(jìn)行排水工作。

建筑物必須保持清潔。安裝前，必須在安裝前進(jìn)行清潔。尤其是接頭和分離的連桿必須除垢，防止砂粒影響接頭質(zhì)量。同時(shí)，砂粒會引起應(yīng)力集中，造成結(jié)構(gòu)應(yīng)力開裂。

組裝結(jié)構(gòu)時(shí)，必須將吊頭擰緊。在結(jié)構(gòu)安裝過程中，起重附件是為了防止吊頭單獨(dú)承受結(jié)構(gòu)重量。

各結(jié)構(gòu)的相對位置必須符合設(shè)計(jì)圖紙的要求，不得隨意定位。結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，必須仔細(xì)定位，嚴(yán)格控制高度，確保結(jié)構(gòu)安裝正確。

在施工過程中，及時(shí)觀察并記錄結(jié)構(gòu)裂縫等損壞情況，提醒施工人員注意，并選擇合適的時(shí)間對結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)。

5 結(jié)語

經(jīng)過深入研究，預(yù)制仰拱施工對掌子面施工影響不大，可實(shí)現(xiàn)預(yù)制仰拱施工在隧道中的應(yīng)用，解決傳統(tǒng)仰拱施工存在的問題。

目前的測試結(jié)果表明，該換向組裝機(jī)性能滿足設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)功能均滿足施工要求，換向塊可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)懸掛、升降、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和組裝等功能。