拉法山隧道斜切式洞門施工技術(shù)

胡永強(qiáng)，豆小天

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路的飛速發(fā)展和列車時(shí)速的不斷提高，給隧道洞門施工提出了更高要求:既要安全穩(wěn)定符合設(shè)計(jì)，又要美觀大方質(zhì)量可靠。鐵路客運(yùn)專線上多數(shù)采用“斜切式”洞門結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是能最大限度地減小高速列車進(jìn)入隧道時(shí)瞬間高壓氣流對(duì)列車的損害［1］。斜切式洞門結(jié)構(gòu)［2－3］已成為我國(guó)高速鐵路隧道的主導(dǎo)洞門形式之一。

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于等環(huán)寬斜切式洞門施工技術(shù)的文獻(xiàn)很少，多數(shù)隧道斜切式洞門為帽檐式［4］，其正投影高度均高于等環(huán)寬斜切式洞門的帽檐。文獻(xiàn)［5－6］結(jié)合具體工程實(shí)例對(duì)帽檐斜切式洞門施工技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，施工時(shí)將斜切段和帽檐分次關(guān)模澆筑成型。借鑒以往隧道帽檐斜切洞門放樣及模板施工方法，本文結(jié)合拉法山隧道等環(huán)寬斜切式洞門施工實(shí)例，從模板放樣、模板加工與安裝、鋼筋綁扎和混凝土澆筑等方面詳細(xì)闡述斜切段長(zhǎng)度超過(guò)模板臺(tái)車長(zhǎng)度時(shí)一次性將斜切段和帽檐整體澆筑成型的方法，并與其他方法對(duì)比分析，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)。

1 工程概況

拉法山隧道位于蛟河市慶嶺鎮(zhèn)北4～5 km處，進(jìn)口位于新開河屯，起訖里程為DK35+965～DK46+000，總長(zhǎng)10 035 m，設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道。拉法山隧道進(jìn)口洞門設(shè)計(jì)為1∶1.5等環(huán)寬斜切式洞門，洞門設(shè)計(jì)里程為DK35+965～+992，設(shè)計(jì)坡度為17.8‰，全長(zhǎng) 27 m，包括斜切段 15.06 m，斜切延伸段 11.94 m。

等環(huán)寬斜切式洞門結(jié)構(gòu)為襯砌斜切面外加斜切橢圓形狀帽檐構(gòu)筑而成。洞門襯砌采用C40鋼筋混凝土，主拱圈襯砌設(shè)計(jì)厚度為70 cm，帽檐正投影高度為67 cm。洞門側(cè)視圖如圖1所示，縱斷面圖如圖2所示，正面圖如圖3所示。帽檐輪廓線橢圓要素如表1所示。

圖1 洞門側(cè)視圖Fig.1 Side view of tunnel portal

2 施工總體方案

隧道斜切式洞門采用隧道洞身12 m全斷面液壓模板臺(tái)車做內(nèi)模。以襯砌臺(tái)車做為施工平臺(tái)，人工綁扎鋼筋、安裝外模、安裝擋頭模和止水帶。施工時(shí)先施工斜切延伸段，后施工洞門斜切段，斜切段15.06 m和帽檐采用一次性整體澆筑，臺(tái)車襯砌長(zhǎng)度為11.9 m。另在靠洞口方向加工一套3.16 m長(zhǎng)的加長(zhǎng)段模板與洞身襯砌模板臺(tái)車進(jìn)行連接，模板弧度與臺(tái)車弧度一致。

圖2 洞門縱斷面圖(單位:cm)Fig.2 Longitudinal profile of tunnel portal(cm)

圖3 洞門正面圖(單位:cm)Fig.3 Front view of tunnel portal(cm)

表1 帽檐輪廓線橢圓要素Table 1 Elements of ellipse of brim contour cm

3 洞門施工

3.1 斜切延伸段施工

拉法山隧道進(jìn)口明洞段長(zhǎng)138 m，延伸段長(zhǎng)11.94 m，施工時(shí)臺(tái)車與已施作明洞段二次襯砌搭接6 cm，臺(tái)車定位，變形縫處粘貼3 cm填縫材料，施作鋼筋，背模采用木板配合鋼筋箍加固，端頭采用自制模板夾具，后澆筑混凝土。

3.2 斜切面施工

施工工藝流程為臺(tái)車定位—安裝加固加長(zhǎng)段模板—輪廓線放樣—鋼筋綁扎安裝斜切面模板—安裝洞身側(cè)模及帽檐外?！獫仓撮T混凝土—強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后拆?！B(yǎng)護(hù)。

1)臺(tái)車定位。臺(tái)車中線與高程定位誤差不大于5 mm，以確保臺(tái)車外輪廓尺寸準(zhǔn)確。

2)安裝加固加長(zhǎng)段模板。采用拱鋼+鋼板組合作為臺(tái)車端頭加長(zhǎng)段內(nèi)模。拉法山隧道斜切段總長(zhǎng)為15.06 m，臺(tái)車總長(zhǎng)為12 m，考慮10 cm搭接，還需給臺(tái)車加長(zhǎng)3.16 m。兩側(cè)矮邊墻比仰拱填充面高出30 cm，在臺(tái)車端頭矮邊墻上沿臺(tái)車弧度每隔50 cm連接一根I16工字鋼，工字鋼一端與臺(tái)車端頭間采用腳板連接，另一端頭采用鋼支撐固定于仰拱填充面上，工字鋼外焊接5 mm鋼板，以確保鋼板外弧度與臺(tái)車一致。加長(zhǎng)段模板與臺(tái)車連接示意如圖4所示。

3)輪廓線放樣。先用CAD計(jì)算出各輪廓線坐標(biāo)，再根據(jù)隧道設(shè)計(jì)坡度將坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，采用逐點(diǎn)放樣法將輪廓線上各點(diǎn)位放樣在模板臺(tái)車上。斜切面輪廓線坐標(biāo)見表2。

圖4 加長(zhǎng)段模板與臺(tái)車連接示意圖(單位:cm)Fig.4 Connection between formworks of extended section of tunnel portal and formwork jumbo(cm)

表2 斜切面輪廓線坐標(biāo)表Table 2 Coordinates of diagonal plane contour cm

4)斜切面模板加工。斜切面由輪廓線B和C兩條橢圓線之間的面積構(gòu)成。由幾何關(guān)系可知，橢圓圓心點(diǎn)即為DK35+967.955里程處的隧道圓心。在平整場(chǎng)地將橢圓線B和C按同一圓心放樣，并將斜切面對(duì)應(yīng)部分劃分為43塊(如圖5所示，中線兩側(cè)模板大小對(duì)稱)，即加工43塊模板并編號(hào)。模板采用木膠板，背后采用5 cm厚木板加固。模板與臺(tái)車相接處按照臺(tái)車表面斜度加工，以確保臺(tái)車與模板接縫嚴(yán)密。

5)鋼筋綁扎。斜切式洞門環(huán)框鋼筋設(shè)置4根φ22 mm封口鋼筋直接與襯砌主筋焊接，封口鋼筋間采用“V”字型勾筋連接;拱墻襯砌環(huán)向布設(shè)雙層主筋，主筋采用φ22 mm帶肋鋼筋，縱向間距為200 mm;縱向分布鋼筋采用φ16 mm帶肋鋼筋，環(huán)向間距為250 mm，施工時(shí)先施作斜切面上環(huán)框主筋，主筋接頭采用機(jī)械套筒連接。安裝固定完成后施作斜切段主筋，主筋長(zhǎng)度隨環(huán)框主筋坡度變化而變化，施工時(shí)按照設(shè)計(jì)要求長(zhǎng)度逐一下料并根據(jù)鋼筋層間距及保護(hù)層要求采用施作定位鋼筋的方法來(lái)準(zhǔn)確固定安裝。

圖5 斜切面模板劃分示意圖(單位:cm)Fig.5 Partition of formworks of diagonal plane(cm)

6)斜切面模板安裝。根據(jù)測(cè)量放樣從臺(tái)車一側(cè)(以線路左側(cè)為例)按編號(hào)順序依次安裝，斜切面模板加固及位置調(diào)整尤其重要，處理不好將影響洞門的整體效果。為確保斜切面坡度準(zhǔn)確，斜切面模板底面支撐在襯砌鋼筋上，頂面采用直徑42 mm無(wú)縫鋼管與臺(tái)車背模焊接固定，測(cè)量組隨時(shí)監(jiān)測(cè)鋼管坡度及高程，確保每根鋼管位置準(zhǔn)確。模板安裝及加固實(shí)物圖如圖6所示。

圖6 模板安裝及加固實(shí)物圖Fig.6 Picture of installation and support of formworks

7)外模安裝。洞門斜切段襯砌外模采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)寬30 cm、厚5 mm的木板。模板表面與混凝土的接觸面必須清理干凈并涂刷隔離劑。外模的固定方法有:①外模木板內(nèi)側(cè)環(huán)向采用φ16 mm鋼筋支撐在主筋上，外側(cè)背貼φ16 mm鋼筋環(huán)向箍筋并與基礎(chǔ)地錨焊接，縱向間距1.5 m/環(huán)，箍筋與主筋用鐵絲聯(lián)系緊密;②拱腳部位采用方木做斜向支撐，支撐點(diǎn)落在承壓足夠的邊坡上。拱墻鋼筋的保護(hù)層通過(guò)保護(hù)層墊塊控制，外模安裝時(shí)應(yīng)特別注意，避免安裝不到位或支撐過(guò)度造成鋼筋保護(hù)層厚度不夠。

8)混凝土澆筑?；炷翉哪０迮_(tái)車窗口泵送入模，左右對(duì)稱澆筑并按規(guī)范要求進(jìn)行振搗，臺(tái)車前后混凝土高差不能超過(guò)0.6 m，左右混凝土高度不能超過(guò)0.5 m［7］。在不影響混凝土澆筑質(zhì)量的前提下盡量放慢澆筑速度，并設(shè)專人觀察兩側(cè)模板的穩(wěn)定情況，如有變形及時(shí)采取處理措施，脫模后及時(shí)采取薄膜灑水養(yǎng)護(hù)，并不少于 14 d［7－8］。

9)防排水施工。洞門外露段拱部和邊墻外先涂一層1.5 mm厚水泥基防水涂料，然后施作30 mm厚水泥砂漿保護(hù)層后采用C20混凝土回填，回填面以下的拱部和邊墻采用防水層防水［9］。

4 施工注意事項(xiàng)

1)模板加工完成后必須現(xiàn)場(chǎng)試拼裝，保證接縫嚴(yán)密、尺寸準(zhǔn)確。

2)由于臺(tái)車外模提前涂油，施作鋼筋時(shí)作業(yè)人員必須正確佩戴安全帶，確保施工安全。

3)斜切面模板安裝完成后，由測(cè)量人員逐塊校準(zhǔn)，檢查位置是否準(zhǔn)確，檢查無(wú)誤后逐一加固。在背模模板中部每間隔2 m左右預(yù)留一塊活動(dòng)板，待混凝土接近該位置時(shí)再加固，用于澆筑、觀察和搗固等。

4)由于施工誤差，斜切面模板比設(shè)計(jì)加大3 cm，以備修補(bǔ)用。

5)洞門應(yīng)盡早修建，不良地質(zhì)的洞口段必須先完成。洞口施工前應(yīng)先對(duì)邊仰坡坡面進(jìn)行清理，處理好危石及不穩(wěn)定松散體。洞門施工應(yīng)避開雨季，以增強(qiáng)洞口段穩(wěn)定性。

6)洞口段應(yīng)有完整良好的截排水系統(tǒng)，并及時(shí)施作邊仰坡刷坡面外的截水天溝和其他截排水設(shè)施，截水天溝應(yīng)和路塹天溝順接或引離洞口，截水天溝應(yīng)有完整的末端設(shè)計(jì)及施工，避免沖刷洞口，以保證邊仰坡的穩(wěn)定和洞口基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

7)洞門結(jié)構(gòu)的所有基礎(chǔ)和側(cè)溝鋪砌均需置于穩(wěn)固地基上，基底虛碴必須清除干凈。當(dāng)?shù)鼗休d力小于設(shè)計(jì)值時(shí)應(yīng)采取加強(qiáng)措施。

8)邊仰坡連接處的刷方采用圓弧順接開挖。高洞口端為反坡時(shí)，洞外路塹側(cè)溝應(yīng)做成不小于2‰的反坡，以防止洞外水流入洞內(nèi)。

9)洞門結(jié)構(gòu)施作完成后，應(yīng)及時(shí)回填，回填應(yīng)采取對(duì)稱分層回填土石并夯實(shí)，回填分層厚度宜為0.3 m，兩側(cè)回填土石面高差不得大于0.5 m。

10)洞口施工前應(yīng)夯填平整洞頂?shù)屯?、陷坑，以保證施工安全。

5 施工效果對(duì)比

本方法中帽檐與斜切段一次整體澆筑，與以往分次澆筑的施工方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):

1)有效減少了由分次澆筑所形成的施工縫帶來(lái)的不良影響，更能保證洞門線性效果和整體質(zhì)量。

2)施工速度快，減少了分次施工造成的材料浪費(fèi)，縮短了工序重復(fù)轉(zhuǎn)換時(shí)間和工人總操作時(shí)長(zhǎng)，相應(yīng)提高了安全系數(shù)。

6 結(jié)論與討論

1)成功完成了拉法山隧道洞門口的斜切面施工任務(wù)，既滿足了設(shè)計(jì)要求，又保證了工程質(zhì)量，達(dá)到了快速施工和經(jīng)濟(jì)可行的效果。

2)斜切面施工方法實(shí)踐性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，充分體現(xiàn)了環(huán)保和節(jié)約的原則。

3)由于斜切面模板由小塊模板拼裝組成，需逐一定位加固和測(cè)量復(fù)核，且模板拼裝間隙處留有混凝土痕跡，因此需靠后期修補(bǔ)消除。

4)為更好地實(shí)現(xiàn)洞門的空間效果，斜切面坡度控制還需要進(jìn)一步研究，并建議今后此類斜切式洞門進(jìn)行整體施工，以加快施工進(jìn)度。

［1］ 劉旭全.大斷面黃土隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(7):69 －73，78.(LIU Xuquan.Design and construction of buffer structure of large section loess tunnel portal［J］.Journal of Railway Engineering Society，2008(7):69 －73，78.(in Chinese))

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［3］ 王振峰.帽檐斜切式洞門施工技術(shù)初探［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(23):108.

［4］ 張德瑩，陳明長(zhǎng).高速鐵路隧道洞門的施工放樣［J］.電腦知識(shí)與技術(shù):學(xué)術(shù)交流，2007(21):798－799.(ZHANG Deying，CHEN Mingzhang.Assisting setting-out survey of the tunnel gate in the high-speed railway［J］.Computer Knowledge and Technology:Academic Exchange，2007(21):798 －799.(in Chinese))

［5］ 尹忠輝.淺談大跨鐵路隧道斜切帽檐式洞門施工技術(shù)［J］.西部探礦工程，2010(1):120 －123.

［6］ 霍玉華，郝東周，謝福明，等.客運(yùn)專線隧道橢圓帽檐斜切式洞門施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007(S1):81－83.(HUO Yuhua，HAO Dongzhou，XIE Fuming，et al.Assisting setting-out survey of the tunnel gate in the high-speed railway［J］.Railway Standard Design，2007(S1):81 －83.(in Chinese))

［7］ 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［8］ 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［9］ 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路隧道防排水施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.