隧道仰拱作業(yè)區(qū)快速施工技術*

張光明，鄧 君，呂 虎

（1.中鐵十一局集團漢江重工有限公司，湖北襄陽 441006；2.中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶 400037）

0 引言

目前隧道施工生產(chǎn)主作業(yè)線[1－3]在各圍巖級別下最大施工進度不一致，同等條件下仰拱作業(yè)線施工能力普遍低于掌子面和二襯作業(yè)線施工能力，仰拱施工[4－5]已成為制約隧道施工的關鍵環(huán)節(jié)。原因如下：一是仰拱各工序間施工組織上存在交叉管理環(huán)節(jié)，內(nèi)部協(xié)調(diào)難度大，無法形成流水作業(yè)，影響施工進度；二是目前隧道仰拱工裝設備，僅是基于仰拱施工單項功能需求進行的單項功能設計，與其他作業(yè)線的工裝設備協(xié)同作業(yè)能力差；三是近年來各單位為加快施工進度，積極推行隧道機械化配套施工[6－8]，但是受機械設備作業(yè)空間的限制，仰拱、二襯封閉成環(huán)的距離也明顯增大。

近年來，各施工單位就如何解決隧道仰拱施工短板問題，開展了大量的設備改裝、工藝改進活動，成效仍不夠理想，仰拱與掌子面等生產(chǎn)線施工組織協(xié)調(diào)問題依然是制約隧道快速施工組織的關鍵。如何突破隧道仰拱作業(yè)區(qū)快速施工組織瓶頸，進一步挖掘現(xiàn)有機械化配套工裝潛能非常迫切。

針對目前隧道機械化施工安全步距大[9－10]、工效不平衡性問題，圍繞仰拱、防排水等作業(yè)線的施工機械化開展研究，并本著從發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的理念對現(xiàn)有仰拱施工技術進行了創(chuàng)新，提出了隧道仰拱作業(yè)區(qū)快速施工技術，且在鄭萬高鐵人和隧道建設過程中得到應用。實踐證明，該技術有效提高了仰拱作業(yè)區(qū)的施工進度，節(jié)約了施工成本，并取得了良好的經(jīng)濟社會效益，具有很好的推廣價值和應用前景。

1 仰拱作業(yè)區(qū)快速施工解決方案

基于機械化配套設備、施工工藝等現(xiàn)有技術基礎上進行了理論創(chuàng)新、技術創(chuàng)新，并按照施工安全與進度平衡的管理理念，研發(fā)了大跨度伸縮式仰拱棧橋，實現(xiàn)了仰拱作業(yè)分區(qū)（即仰拱開挖支護區(qū)A、仰拱襯砌區(qū)B、仰拱填充區(qū)C），且作業(yè)區(qū)間工序能夠流水作業(yè)、并行作業(yè)，改變現(xiàn)有的隧道仰拱施工組織模式，達到隧道掌子面、仰拱、二襯等主作業(yè)區(qū)兼容并進的目的；通過大跨度仰拱棧橋?qū)崿F(xiàn)鋼筋防水板臺架騎跨棧橋，棧橋與鋼筋防水板臺架協(xié)同作業(yè)，有效縮短施工步距。

仰拱作業(yè)區(qū)快速施工的具體解決方案如下。

（1）仰拱開挖與掌子面施工協(xié)同作業(yè)。棧橋24 m主橋相對固定不動，通過前導梁便捷的伸縮功能實現(xiàn)仰拱開挖支護與掌子面施工物料通道運輸同步作業(yè)，將仰拱施工對掌子面作業(yè)區(qū)和仰拱作業(yè)區(qū)的工序影響時間降到最低，實現(xiàn)掌子面施工與仰拱開挖、支護協(xié)同作業(yè)互不干擾。

圖1 仰拱棧橋結構及作業(yè)區(qū)

（2）仰拱作業(yè)獨立分區(qū)，工序平行流水作業(yè)，解決仰拱施工不連續(xù)問題。利用36 m大跨度移動仰拱棧橋，將大跨度棧橋主梁分解為主梁和前導梁兩個部分，使其具有伸縮功能，形成仰拱開挖與支護、仰拱襯砌、仰拱填充3個長度為12 m的獨立作業(yè)區(qū)，作業(yè)區(qū)各工序并行、獨立流水施工工藝，同時，結合棧橋配備的前、后縱移小車，牽引中心水溝模板、邊墻模板和端頭模板，應用仰拱模板上設置的激光定位，高效快速完成模板精確調(diào)整，實現(xiàn)水溝、邊墻同步施工完成，加快仰拱施工進度，縮短二次襯砌跟進時間，提高隧道施工進度。

（3）鋼筋、防水板組合式臺架騎跨棧橋，實現(xiàn)二次襯砌鋼筋、防水板與仰拱填充同步作業(yè)，工藝創(chuàng)新實現(xiàn)隧道快速高效施工。在仰拱填充混凝土未達到機具通行要求強度期間，通過設置在組合式臺架上的走行輪，行走于棧橋主橋上的軌道，實現(xiàn)騎跨棧橋進行防水板鋪設、鋼筋安裝作業(yè)，以此實現(xiàn)提前施工防水板、二次襯砌鋼筋，縮短二次襯砌和仰拱安全步距，促進隧道快速高效施工。

以上解決掌子面、仰拱、二襯間協(xié)同作業(yè)的技術方案稱之為仰拱作業(yè)區(qū)快速施工技術，其快速施工流程如圖2所示。

圖2 快速施工作業(yè)流程

2 仰拱作業(yè)區(qū)快速施工技術特點

（1）采用伸縮式仰拱棧橋施工，形成分區(qū)作業(yè)，有效加快仰拱施工進度，縮短二襯臺車跟進時間，提高隧道施工進度。

（2）將大跨度棧橋主梁分解為主梁和前導梁2 個部分，使其具有伸縮功能。仰拱開挖作業(yè)時，可通過伸長前導梁形成獨立的仰拱開挖作業(yè)區(qū)間，避免干擾。

（3）模板系統(tǒng)移動方便，無需移動主棧橋，即可通過縱移小車對仰拱模板進行快速定位。

（4）模板定位簡便，仰拱模板上設有激光定位，可實現(xiàn)仰拱模板精準定位。

（5）整機采用液壓驅(qū)動，實現(xiàn)步進前移后退功能，可根據(jù)隧道施工作業(yè)的工藝要求，進行棧橋的前移后退機構簡單、控制靈活。

（6）鋼筋防水板臺架騎跨棧橋，二襯鋼筋、防水板與仰拱填充同步作業(yè)，有效縮短二襯閉環(huán)距離。

3 工程案例

（1）概況

人和隧道位于重慶市云陽縣蓮花鄉(xiāng)、人和鎮(zhèn)、黃石鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)，轄區(qū)位于云陽縣西北部。起訖里程為DK783＋998～DK792＋290，全長8 292 m。隧道為單洞雙線類型，人字坡，自進口至出口縱坡分別為0‰、4.4‰、－3‰。施工技術應用試驗段為Ⅲah型復合襯砌斷面。

（2）應用效果

安全質(zhì)量管理提升顯著。采用仰拱作業(yè)區(qū)快速施工技術后，安全質(zhì)量得到進一步提升，施工工藝滿足了設計文件及相關規(guī)程要求，洞內(nèi)規(guī)范化、標準化管理提升顯著。

工程進度及效益提升明顯。因為隧道受安全步距因素影響，隧道實際施工進度取決于掌子面、仰拱以及二次襯砌作業(yè)線三者最低指標（制約指標）。分別采用Ⅰ級、Ⅱ級機械化配套施工進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)如表1～2所示。

表1 隧道仰拱作業(yè)區(qū)施工工效對比（Ⅰ級機械化配套）

表2 隧道仰拱作業(yè)區(qū)施工工效對比（Ⅱ級機械化配套）

通過表1～2數(shù)據(jù)對比分析，采用Ⅰ級、Ⅱ級機械化配套施工，傳統(tǒng)施工技術制約仰拱作業(yè)區(qū)進度為仰拱作業(yè)線，而采用本文施工新技術的制約因素則為二襯作業(yè)線、掌子面作業(yè)線，解決了影響仰拱作業(yè)線施工進度慢的難點問題，同時在Ⅰ級、Ⅱ級機械化配套施工過程中，相比傳統(tǒng)施工技術，工效分別提高了50%和41.7%。綜合分析可以看出，應用本文技術方法可大大提高綜合工效，縮短施工工期，同時還可節(jié)約施工成本。

人和隧道采用本施工新技術，施工快捷、作業(yè)面整潔、結構美觀，從安全、質(zhì)量、工期、成本等方面均取得了良好的示范效果。

圖3 應用實景

4 結束語

通過研究設計大跨度伸縮式仰拱棧橋，再利用棧橋自身的整機橫移、導梁伸縮及上下可調(diào)、仰拱模板自動移動定位等先進功能，形成了隧道仰拱快速施工的專有新技術，有效解決了困擾隧道仰拱快速機械化施工安全步距大、工效不平衡等問題。該項新技術實現(xiàn)了仰拱棧橋下方開挖支護、仰拱襯砌、仰拱填充三區(qū)平行流水作業(yè)以及掌子面、仰拱及二次襯砌三大主作業(yè)線并行協(xié)同作業(yè)的施工模式，分析總結形成了隧道仰拱快速施工工法。

本項新技術通過人和隧道工程項目進行了驗證，應用統(tǒng)計結果表明，該技術不僅有助于提升隧道仰拱作業(yè)區(qū)施工工效，降低了施工成本，同時還保證了仰拱施工的安全步距，具有非常好的推廣價值和應用前景。