單線隧道24 m仰拱棧橋施工技術(shù)研究

薛 強(qiáng)

(中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300251)

隨著我國鐵路建設(shè)的大力發(fā)展，長距離單線隧道建設(shè)越來越頻繁，現(xiàn)代化施工已是趨勢，目前一些山嶺施工還處于傳統(tǒng)化施工，施工緩慢，同時(shí)機(jī)械化施工剛剛起步，也存在一些施工問題。韓賀庚等[1]提出隧道工程施工技術(shù)要點(diǎn)及機(jī)械化配套施工加快了現(xiàn)代化隧道施工進(jìn)度，但是機(jī)械設(shè)備造價(jià)較高，初期成本投入也大。田曉峰[2]提到仰拱及填充一次性澆筑24 m，極大地提高了工效，但是此施工對施工人員要求較高，仰拱面容易出現(xiàn)不規(guī)則裂紋，存在質(zhì)量缺陷。朱科[3]提到使用自行式液壓仰拱棧橋及仰拱弧形模板配套仰拱端頭鋼端?；⌒螉A具提高了施工質(zhì)量和進(jìn)度。

本文結(jié)合張坊隧道出口24 m液壓自行式仰拱棧橋施工，對棧橋進(jìn)行部分優(yōu)化，以加快施工進(jìn)度，對一次性澆筑24 m和分區(qū)段同步各澆筑12 m仰拱施工工藝進(jìn)行對比。

1 工程概況

蒙華鐵路MHTJ-29標(biāo)二工區(qū)張坊隧道起訖里程為DK1640+109-DK1645+864，全長5 755 m，為本標(biāo)段最長的單線隧道，是全線重難點(diǎn)工程和環(huán)境監(jiān)控重點(diǎn)隧道。隧址區(qū)穿越大圍山風(fēng)景區(qū)、存在強(qiáng)富水或中富水的斷層破碎帶、高應(yīng)力和極高應(yīng)力區(qū)等不良地質(zhì)，存在涌水、突泥、軟巖大變形等風(fēng)險(xiǎn)。且斷面小、工期緊。張坊隧道穿越的地層主要以白云巖和花崗閃長巖為主，其中II、III圍巖地段鉆爆法采用光面爆破[4]。施工工法按照新奧法原理施工，暗挖隧道采用曲墻帶仰拱的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)型式，復(fù)合式襯砌由初期支護(hù)、防水隔離層與二次襯砌組成，初期支護(hù)采用濕噴工藝，二次襯砌采用模筑混凝土。

2 施工情況

2.1 施工難點(diǎn)

張坊隧道單線單口掘進(jìn)2 km以上，基巖裂隙水發(fā)育，洞內(nèi)涌水量大，反坡排水任務(wù)艱巨，文明施工難度大，其中還存在部分高應(yīng)力段施工，開挖難度大，施工斷面小，交通阻礙大，二襯施工時(shí)，二襯臺車兩側(cè)受力大，橫撐不能更換，期間需要實(shí)施8 h封路。

2.2 施工措施

1) 針對斷面小問題，每隔200 m設(shè)置1個(gè)寬6 m、深7 m的綜合洞室，每隔400 m設(shè)置1個(gè)兩邊各加寬60 cm、長18 m的下錨段，下錨段中間設(shè)置1個(gè)綜合洞室。針對施工要求，200 m綜合洞室仰拱矮邊墻一次性施工完成，下錨洞綜合洞室仰拱矮邊墻預(yù)留13 m不施工，為后續(xù)罐車洞內(nèi)錯(cuò)車使用。

2) 二襯施工期間，掌子面施工1排炮，同時(shí)開挖綜合洞室。計(jì)劃采用24 m棧橋施工，增加仰拱施工條件，達(dá)到同步作業(yè)。采用挖機(jī)配合持續(xù)放炮，直至二襯結(jié)束后出掌子面、綜合洞室、仰拱渣。施工示意見圖1。

圖1 二襯施工期間各工作面施工示意

3) 維持文明施工現(xiàn)場，采用長距離反坡排水優(yōu)化技術(shù)[5]，同時(shí)出渣時(shí)預(yù)留少量洞渣，噴漿料回彈，待噴漿結(jié)束后，清理斷面時(shí)可帶走掌子面泥漿。

3 仰拱施工

3.1 仰拱施工方案選擇

3.1.1 仰拱一次性澆筑24 m

采用24 m自行式液壓棧橋澆筑仰拱，一次性澆筑24 m，包括矮邊墻一次性澆筑。初凝后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，但是仰拱中間出現(xiàn)裂縫，底部壓力水滲出，工程質(zhì)量存在缺陷。

3.1.2 仰拱表面加設(shè)防裂網(wǎng)片

通過ABAQUS有限元軟件建立仿真分析模型[6]，結(jié)合孫繼剛在鋼筋混凝土構(gòu)件開裂彎矩理論計(jì)算中[7]得出的截面的塑性發(fā)展深度與混凝土強(qiáng)度、配筋率及截面高度均有關(guān)系的結(jié)論，認(rèn)為當(dāng)混凝土強(qiáng)度、配筋率增大時(shí)，截面的塑性發(fā)展深度將變小。

仰拱一次性澆筑24 m長，在澆筑過程中增加(20 cm×7)寬×(20 m×17)長的防裂網(wǎng)片，鋼筋采用直徑10 mm的光圓鋼筋。初凝后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，但是仰拱表面依然出現(xiàn)橫向通縫裂紋。此時(shí)混凝土強(qiáng)度為C35、配筋量33.4 kg。繼續(xù)增加配筋量和提高混凝土強(qiáng)度將加大費(fèi)用的投入。

3.1.3 仰拱分區(qū)段施工

24 m仰拱棧橋分區(qū)段施工，兩區(qū)段施工同步，達(dá)到同時(shí)澆筑12 m[8]，累計(jì)澆筑24 m，初凝后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，一次性澆筑12 m，仰拱表面無裂紋。

通過這3種方案比較，可知24 m直接澆筑和24 m直接澆筑并在中間位置增加防裂網(wǎng)片方案施工進(jìn)度較快，但是仰拱表面出現(xiàn)橫向通縫裂紋，影響施工質(zhì)量。分區(qū)段施工不僅解決了仰拱裂紋問題，也保證了施工進(jìn)度。

3.2 分區(qū)段仰拱施工提升

3.2.1 安全提升

仰拱施工采用24 m棧橋，跨度大，仰拱底部有人員施工，開挖出渣時(shí)行走在棧橋上。為防止掉落石塊砸傷工人，在棧橋兩側(cè)安裝防護(hù)柵欄，中間安裝防落網(wǎng)。

24 m自行式液壓棧橋一次性澆筑仰拱24 m，大大加快了施工進(jìn)度，功效提高1倍，但是長距離混凝土澆筑，存在質(zhì)量缺陷。采用分區(qū)段施工，充分利用了24 m自行式液壓棧橋的長距離優(yōu)勢，達(dá)到相同時(shí)間內(nèi)一次性澆筑24 m，且克服了混凝土開裂的問題。提高了施工工效，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)投入。

3.3 仰拱24 m分區(qū)段同步施工

3.3.1 棧橋設(shè)計(jì)圖

本棧橋允許一次性承載600 kN，總長度38 m，主橋長29 m，引橋長9 m。仰拱模板長24 m，棧橋按前方履帶驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率22.5 kW。其中：施工一區(qū)12 m，施工二區(qū)12 m，參數(shù)見圖2，表1。

圖2 仰拱棧橋設(shè)計(jì)圖(單位：mm)

表1 棧橋各參數(shù)

3.3.2 仰拱分區(qū)段施工

仰拱施工采用鐵路單線隧道全液壓履帶式棧橋，其實(shí)際外觀長度38 m，施工長度滿足24 m施工，由于前期一次性澆筑24 m仰拱，加快了施工進(jìn)度，但是由于現(xiàn)場施工條件和技術(shù)無法達(dá)到設(shè)計(jì)理念，導(dǎo)致仰拱開裂。施工方案更改為12 m澆筑，為不影響前期的24 m一次性澆筑的速度，分2個(gè)區(qū)段同步平行作業(yè)。先一次性清完底渣24 m，棧橋走到位后，再開始下一個(gè)區(qū)段清理底渣，安裝完預(yù)埋件后，澆筑時(shí)，剩余人員進(jìn)入下個(gè)區(qū)段繼續(xù)清底渣、安裝預(yù)埋件，待第一區(qū)段初凝后，拆除堵頭模，連續(xù)澆筑第二區(qū)段[9-10]。施工示意見圖3。

圖3 仰拱分區(qū)段施工示意

3.4 多工作面施工理念

由于隧道圍巖多為花崗巖，II級圍巖，巖體完整堅(jiān)硬，故采用全斷面快速施工，隧道貫通后，仰拱剩余工程量較大，24 m棧橋2區(qū)段施工加快了仰拱施工進(jìn)度，但是依然無法達(dá)到24 h不間斷澆筑混凝土。為此通過增加多個(gè)工作面施工理念，在仰拱區(qū)段內(nèi)增加仰拱工作面，實(shí)現(xiàn)多個(gè)工作面同步澆筑。一次性2個(gè)或者3個(gè)工作面同步澆筑施工示意見圖4。

圖4 3個(gè)工作面同時(shí)澆筑

3.4.1 仰拱鋼筋段施工

3個(gè)工作面同步施工時(shí)，最里側(cè)仰拱施工到有鋼筋段時(shí)，為加快施工進(jìn)度，采用分區(qū)段施工，先綁扎100 m鋼筋，采用車載泵接泵管200 m外澆筑，剩余100 m范圍內(nèi)繼續(xù)綁扎鋼筋，邊澆筑邊綁扎鋼筋循環(huán)施工，施工時(shí)間縮短一半[11]，其施工示意見圖5。

小蟲到了店里，才知道自己想錯(cuò)了?？从衩魷I水漣漣，更是吃驚。雨落讓小蟲鎮(zhèn)靜，才將事情原原本本地說了，小蟲猛地打了個(gè)寒顫，像從熱氣騰騰的南非被挾持到了天寒地凍的冰島。玉敏的臉上結(jié)滿了天寒地凍的嚴(yán)霜，讓小蟲確信，雨落不是說著玩的。

圖5 仰拱鋼筋段施工示意

3.5 仰拱施工微創(chuàng)微改

3.5.1 堵頭采用鋼木混合

堵頭采用棧橋廠家配套提供的鋼模板，施工仰拱堵頭平直，止水帶居中，但由于仰拱開挖過程中無法達(dá)到設(shè)計(jì)的弧形底面，鋼模板無法密貼仰拱底，導(dǎo)致混凝土漏漿，澆筑質(zhì)量差。

現(xiàn)場操作使用鋼模板的上半塊模板，下半塊模板采用木模代替，止水帶對夾居中，此工藝施工速度快，滿足不同仰拱底面弧形，澆筑混凝土無漏漿現(xiàn)象，澆筑質(zhì)量好，止水帶居中[12]，其施工示意見圖6。

圖6 鋼木混合堵頭板

3.5.2 仰拱預(yù)留排水溝

張坊隧道出口為反坡施工，洞內(nèi)裂隙水較多，仰拱施工后，排水盲管排水量大，導(dǎo)致仰拱面積水，文明施工效果差。通過改進(jìn)棧橋，在棧橋底部焊接10 cm槽鋼，澆筑過程中預(yù)留高為10 cm的水溝排水。其施工工藝示意見圖7。

圖7 棧橋焊接角鋼施工示意

3.5.3 焊接定位卡固定鋼筋間距

仰拱鋼筋段施工時(shí)，鋼筋采用套筒連接，為保證鋼筋的抗拉、抗剪強(qiáng)度滿足要求，鋼筋在洞外進(jìn)行擠壓，整體弧形鋼筋在棧橋底部施工，易造成間距和保護(hù)層控制差，針對此問題，對于內(nèi)側(cè)鋼筋，在棧橋矮邊墻邊模上焊接定位卡，定位卡由2 mm的鋼板改裝而成，間距根據(jù)施工圖紙切割成20 cm和25 cm卡槽，卡槽距矮邊墻模板5 cm為鋼筋保護(hù)層。外側(cè)鋼筋通過活動(dòng)式定位卡固定，活動(dòng)式定位卡采用2 mm鋼板、寬8 cm，切割3 cm凹槽做卡槽，鋼板兩側(cè)焊接80 cm鋼管，鋼管搭接在矮邊墻模板上以固定外側(cè)鋼筋。

3.5.4 棧橋自帶反坡排水系統(tǒng)

張坊隧道出口為反坡，洞內(nèi)裂隙水流量大，仰拱端頭設(shè)置集水坑抽排，每次棧橋行走，水泵水管就要拆卸，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和仰拱積水抽排，針對此類現(xiàn)象，在仰拱棧橋端頭固定1個(gè)集水箱，自帶自動(dòng)抽水和沉淀裝置，水泵水管固定在棧橋上，隨棧橋行走，如此既加快了施工進(jìn)度也避免了水泵水管損壞。水箱模型見圖8。

圖8 水箱二級沉淀池

4 結(jié)語

1) 采用24 m棧橋施工，施工方便，人員、機(jī)械使用量減少，同時(shí)也加快了仰拱施工速度。

2) 為避免仰拱開裂，24 m棧橋采用分區(qū)段同步施工，既解決了仰拱開裂問題，也加快了施工進(jìn)度。

3) 通過改裝棧橋堵頭板，采用鋼木混合堵頭施工，既保證了仰拱端頭施工質(zhì)量，止水帶居中，也加快了堵頭板安裝速度。

4) 仰拱施工過程中提出多工作面施工理念，24 m棧橋既可以作為仰拱施工棧橋，又可以作為通道，比傳統(tǒng)棧橋操作更加方便，達(dá)到多個(gè)工作面正常施工效果。

5) 由于仰拱開挖面不平順，履帶式棧橋行走時(shí)容易損壞，后期棧橋制作時(shí)可以考慮更換為輪胎式行走。