單線鐵路隧道預(yù)制裝配式仰拱方案探討

趙曉勇

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043； 2.軌道交通工程信息化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

引言

工程建設(shè)中環(huán)保越來越得到重視，綠色施工是未來工程的重要發(fā)展方向。裝配式結(jié)構(gòu)采用工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝，有效控制施工過程中對(duì)環(huán)境的污染，作業(yè)影響更加可控。裝配式結(jié)構(gòu)可提升標(biāo)準(zhǔn)化制造水平，減少現(xiàn)場(chǎng)施工人員，加快進(jìn)度，施工質(zhì)量更有保證[1-2]。我國已提出要大力發(fā)展裝配式建筑的要求，許多國家也把預(yù)制化程度作為衡量建造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。

在隧道建設(shè)領(lǐng)域，我國也在積極探索和發(fā)展預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。目前，圓形盾構(gòu)法施工隧道基本上采用預(yù)制管片結(jié)構(gòu)，異形盾構(gòu)隧道也大多采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，如蒙華鐵路白城隧道采用馬蹄形盾構(gòu)施工，襯砌采用全環(huán)管片拼裝結(jié)構(gòu)，仰拱填充采用了部分拼裝結(jié)構(gòu)，已于2018年順利貫通。一些大直徑盾構(gòu)隧道對(duì)內(nèi)部軌下結(jié)構(gòu)也開展了全預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)研究和工程應(yīng)用，取得了預(yù)期效果，如京張高鐵清華園隧道等[3]。采用TBM法施工山嶺隧道，全環(huán)預(yù)制和仰拱預(yù)制結(jié)構(gòu)均有應(yīng)用，主要以局部仰拱預(yù)制為主。如我國20世紀(jì)90年代修建的西康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道，后來修建的西南線磨溝嶺、桃花鋪隧道，南疆線中天山隧道，蘭渝線西秦嶺隧道等TBM法施工的隧道均采用預(yù)制仰拱結(jié)構(gòu)，主要為配套TBM法掘進(jìn)技術(shù)同步使用[4]。北京地鐵6號(hào)線某區(qū)間施工時(shí)，采用了二次襯砌拼裝施工。日本是裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)水平較高的國家，在某公路隧道修建時(shí)，為加快進(jìn)度，采用預(yù)制仰拱+現(xiàn)澆拱墻的結(jié)構(gòu)形式。日本和法國聯(lián)合開發(fā)了一種大型拱形結(jié)構(gòu)預(yù)制技術(shù)，并在公路隧道的擴(kuò)建中得到應(yīng)用，最大跨度達(dá)到12 m左右。荷蘭鹿特丹地鐵隧道曾采用過一種取名為“殼式隧道”結(jié)構(gòu)形式，其側(cè)墻和頂板預(yù)制成一個(gè)便于移動(dòng)的箱形框架整體結(jié)構(gòu)，隧道底板現(xiàn)澆，這種現(xiàn)澆+預(yù)制的結(jié)構(gòu)形式使用多年后效果良好。

王明年等[5]對(duì)暗挖隧道仰拱、襯砌采用預(yù)制化技術(shù)進(jìn)行了分塊研究和計(jì)算，但其主要是對(duì)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行了代換，未對(duì)仰拱結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行深入研究。宋丹等[6]針對(duì)暗挖隧道采用裝配式管片拼裝技術(shù)進(jìn)行研究，提供了一種拼裝實(shí)施方案。金張瀾等[7]對(duì)大直徑盾構(gòu)軌下結(jié)構(gòu)預(yù)制方案進(jìn)行研究，裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)省工期，取得了良好效果。閆禹[8]研究跨海交通工程采用裝配式結(jié)構(gòu)，其具有建造模式的優(yōu)勢(shì)，是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

在隧道及地下工程中，一般在埋深較淺明挖法、盾構(gòu)法或TBM法施工時(shí)，采用預(yù)制構(gòu)件拼裝的案例比較多。而在傳統(tǒng)礦山法(鉆爆法)施工山嶺隧道中，尚未見到采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的報(bào)道，有待盡快開展研究。針對(duì)目前這種情況，對(duì)單線鐵路隧道預(yù)制裝配式仰拱設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，分析隧道采用裝配式仰拱的結(jié)構(gòu)方案，具有重要的工程實(shí)際應(yīng)用意義。

1 裝配式仰拱結(jié)構(gòu)分塊方案研究

現(xiàn)澆鐵路隧道仰拱一般為板式結(jié)構(gòu)形式，上方設(shè)現(xiàn)澆仰拱填充，與拱墻結(jié)構(gòu)形成整體共同受力。列車荷載通過道床作用到仰拱填充上，再傳遞到仰拱上。當(dāng)仰拱采用工廠化生產(chǎn)時(shí)，將仰拱與仰拱填充一體化考慮，形成整體魚腹式結(jié)構(gòu)。根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)受力及預(yù)制結(jié)構(gòu)的分塊經(jīng)驗(yàn)，裝配式仰拱的分塊原則如下：(1)仰拱與拱墻連接處及仰拱中點(diǎn)處一般為彎矩最不利位置，連接接頭應(yīng)避開，設(shè)置在兩者之間彎矩零點(diǎn)附近[9]；(2)考慮運(yùn)輸、吊裝方便，應(yīng)盡量對(duì)稱布置；(3)仰拱預(yù)制塊在隧底放置，安裝相對(duì)容易，單塊質(zhì)量可適當(dāng)增大；(4)斷面形式兼顧防排水需要。預(yù)制裝配式仰拱與拱墻考慮預(yù)留鋼筋進(jìn)行剛性連接，同時(shí)，不再考慮仰拱預(yù)制塊上部，如填充、水溝等局部構(gòu)件預(yù)制?；谝陨弦蛩?，設(shè)計(jì)了3個(gè)方案，分別為板式實(shí)體仰拱結(jié)構(gòu)、縱向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)和橫向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)。下文選取時(shí)速160 km通用圖隧道斷面進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 方案1：板式仰拱結(jié)構(gòu)

該方案為仰拱預(yù)制塊橫向分為一塊，兩側(cè)仰拱分縫位置設(shè)在結(jié)構(gòu)受力較小處，見圖1。為便于施工車輛走行，中間設(shè)置平臺(tái)，同時(shí)考慮施工期間襯砌臺(tái)車軌道走行，靠兩側(cè)設(shè)置施工期間軌道平臺(tái)。上方仰拱填充、兩側(cè)溝槽及軌道結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆施工。仰拱預(yù)制塊結(jié)構(gòu)可采用通縫拼裝，減少模板結(jié)構(gòu)和便于現(xiàn)場(chǎng)施工，也可采用不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，進(jìn)行錯(cuò)縫拼裝。

圖1 板式仰拱結(jié)構(gòu)方案

一般單線隧道Ⅴ級(jí)圍巖采用初支全環(huán)封閉，此時(shí)在仰拱預(yù)制塊兩側(cè)可預(yù)留鋼架，后期通過連接板與拱墻鋼架進(jìn)行連接，將拱墻鋼架與仰拱預(yù)制塊形成封閉結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。圍巖條件較好時(shí)，拱墻鋼架也可根據(jù)需要不與仰拱預(yù)制塊封閉。

因預(yù)制仰拱塊上方填充部分的預(yù)制結(jié)構(gòu)施工期間很難與預(yù)制仰拱形成整體共同受力，故不作考慮。施工步驟可分為4個(gè)階段。第一階段：仰拱開挖，鋪設(shè)仰拱下墊層，安裝仰拱預(yù)制塊，縱向接縫面可預(yù)留凹凸榫，便于施工拼裝定位。第二階段：仰拱預(yù)制塊安裝到位后，將兩側(cè)預(yù)留鋼架與初支鋼架進(jìn)行連接固定。第三階段：澆筑仰拱填充現(xiàn)澆層、溝槽及道床。第四階段，根據(jù)需要對(duì)仰拱預(yù)制塊下方進(jìn)行注漿，保證仰拱預(yù)制結(jié)構(gòu)使用期間的穩(wěn)定。

1.2 方案2：縱向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)

該方案結(jié)構(gòu)采用仰拱及填充一體化箱形結(jié)構(gòu)形式，中部預(yù)留孔洞，上方水平，便于施工期間車輛走行?？v向接縫面設(shè)凹凸榫保證縱向連接的精度?？稍陧敯鍍蓚?cè)和底板中心位置預(yù)留3個(gè)縱向連接孔洞，圍巖條件較差時(shí)設(shè)置3根體外縱向連接筋，保證縱向連接整體性。仰拱預(yù)制塊兩側(cè)預(yù)留鋼架，后期通過連接板與拱墻鋼架進(jìn)行連接，形成封閉結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)方案見圖2。

圖2 縱向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)方案

施工步驟與方案1類似，但第三階段現(xiàn)澆施工工作量大大降低，從而可加快施工進(jìn)度。

1.3 方案3：橫向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)

該方案同樣將仰拱和填充一體化考慮，預(yù)制塊和仰拱橫向分為對(duì)稱的2塊，采用箱形結(jié)構(gòu)形式，以減少每塊結(jié)構(gòu)質(zhì)量，方便運(yùn)輸。2塊箱形結(jié)構(gòu)中間通過鋼架連接，以保證安裝后短期的穩(wěn)定性，然后在兩預(yù)制塊間現(xiàn)澆混凝土，從而形成整個(gè)仰拱結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)方案見圖3。

圖3 橫向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)方案

施工步驟主要分為5個(gè)階段。第一階段：仰拱開挖，鋪設(shè)仰拱下墊層，安裝仰拱預(yù)制塊。第二階段：將2塊仰拱預(yù)制塊通過預(yù)留鋼架連接，并將兩側(cè)預(yù)留鋼架與初支鋼架連接固定。第三階段：澆筑預(yù)制塊中間混凝土，連接為整體。第四階段：澆筑仰拱填充現(xiàn)澆層、溝槽及道床。第五階段，根據(jù)需要對(duì)仰拱預(yù)制塊下方進(jìn)行注漿。

1.4 3種結(jié)構(gòu)方案比較

預(yù)制結(jié)構(gòu)可以減少現(xiàn)場(chǎng)人員，改善施工環(huán)境，降低洞內(nèi)作業(yè)強(qiáng)度。同時(shí)，可降低因現(xiàn)澆施工導(dǎo)致的粉塵和廢氣，從而減少施工通風(fēng)量[10]。

預(yù)制結(jié)構(gòu)需增加縱向連接措施，分縫導(dǎo)致嵌縫及防水材料增加。為保證預(yù)制結(jié)構(gòu)在運(yùn)營期間的穩(wěn)定性，需在仰拱下方注漿。其可將傳統(tǒng)的仰拱結(jié)構(gòu)及填充綜合考慮，通過優(yōu)化斷面形式，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造，進(jìn)行成本控制。從結(jié)構(gòu)受力、分塊形式、洞內(nèi)作業(yè)量、施工影響、造價(jià)等因素進(jìn)行綜合比較，總體來說方案2優(yōu)勢(shì)明顯。3種結(jié)構(gòu)方案對(duì)比見表1。

表1 3種結(jié)構(gòu)方案對(duì)比

2 仰拱預(yù)制塊結(jié)構(gòu)受力分析

仰拱預(yù)制塊橫向?qū)?.6～6.7 m，縱向取單位長度1.0 m，仰拱厚度最小處40 cm進(jìn)行計(jì)算，方案2、3中線位置結(jié)構(gòu)高1.4 m。針對(duì)3種結(jié)構(gòu)方案，分別建立二維有限元模型，進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算[13-14]。施工期間仰拱預(yù)制塊結(jié)構(gòu)未與拱墻形成全環(huán)結(jié)構(gòu)，其單獨(dú)承受施工期間車輛荷載，須考慮該工況。與拱墻形成整體結(jié)構(gòu)后，承受圍巖壓力，按全環(huán)結(jié)構(gòu)建模，分析結(jié)構(gòu)受力。

2.1 模型概述

模型采用平面應(yīng)變線彈性單元，仰拱預(yù)制塊與拱墻現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)考慮預(yù)留鋼筋連接，按剛接計(jì)算[15-17]?？紤]列車荷載對(duì)仰拱預(yù)制塊頂板和中隔墻的不利作用，按客貨共線鐵路普通荷載(ZKH)考慮。共分施工和運(yùn)營2種情況，其中，施工期間又分未施作拱墻二襯及二襯結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后，詳見表2。

表2 計(jì)算工況

運(yùn)營工況下考慮因設(shè)置仰拱填充的荷載擴(kuò)散有利作用，仰拱填充本身的有利作用在各工況計(jì)算時(shí)均不再考慮。方案3計(jì)算時(shí)按中間連接段已填充混凝土進(jìn)行計(jì)算。圍巖荷載按TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的Ⅴ級(jí)圍巖參數(shù)取平均值，按深埋隧道進(jìn)行計(jì)算。各荷載作用下計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 荷載計(jì)算結(jié)果

2.2 內(nèi)力及變形計(jì)算結(jié)果分析

分別對(duì)施工及運(yùn)營工況荷載進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果初步分析，施工期間由施工工況2起控制作用，提取模型計(jì)算最大主應(yīng)力進(jìn)行分析。施工、運(yùn)營工況下應(yīng)力云圖分別見圖4、圖5。

圖4 施工工況最大主應(yīng)力云圖(單位：Pa)

圖5 運(yùn)營工況最大主應(yīng)力云圖(單位：Pa)

從圖4、圖5可以看出，方案1施工期間仰拱內(nèi)側(cè)受壓，最大壓應(yīng)力500 kPa，仰拱外側(cè)受拉，最大拉應(yīng)力3 400 kPa；運(yùn)營期間仰拱內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力2 760 kPa，外側(cè)最大壓應(yīng)力250 kPa。方案2施工期間仰拱跨中外側(cè)受壓，內(nèi)側(cè)受拉；中隔墻處外側(cè)受拉，內(nèi)側(cè)受壓；頂板處跨中下側(cè)受拉，上側(cè)受壓。施工期間最大拉應(yīng)力1 830 kPa，最大壓應(yīng)力520 kPa；運(yùn)營期間最大拉應(yīng)力2 620 kPa，最大壓應(yīng)力460 kPa。方案3仰拱整體受力形式與方案2較為類似，但由于預(yù)留孔洞跨度減小，整體受力有所減小。施工期間最大拉應(yīng)力1 350 kPa，最大壓應(yīng)力360 kPa；運(yùn)營期間最大拉應(yīng)力2 650 kPa，最大壓應(yīng)力420 kPa。3個(gè)方案壓應(yīng)力值相對(duì)較小，拉應(yīng)力相差較大。

提取2種施工工況和運(yùn)營工況關(guān)鍵位置內(nèi)力和位移結(jié)果，如表4所示。

表4 內(nèi)力和位移計(jì)算結(jié)果

預(yù)制仰拱在施工期間及封閉成環(huán)前單獨(dú)承擔(dān)荷載，施工期間封閉成環(huán)后及運(yùn)營期間預(yù)制仰拱與現(xiàn)澆襯砌共同承載。從彎矩結(jié)果可知，方案1彎矩最大，方案2、方案3結(jié)構(gòu)采用魚腹式箱形結(jié)構(gòu)，彎矩由結(jié)構(gòu)頂板和仰拱共同分擔(dān)，彎矩明顯減小，而軸力有所增加，受力更加有利。

3種方案施工期間結(jié)構(gòu)的最大豎向變形位于仰拱中部，方案2變形最大(11.2 mm)，其次為方案3，方案1最小(7.6 mm)。運(yùn)營期間結(jié)構(gòu)最大變形發(fā)生在仰拱預(yù)制塊兩側(cè)，方案2變形值最大(21.5 mm)，3個(gè)方案相差在17.5%以內(nèi)。拱頂與仰拱相對(duì)變形及邊墻收斂方案3均為最小，分別為4.9，4.8 mm，方案2與方案3相比，相差均在4%以內(nèi)，方案1最大。分析可得，方案2、方案3采用魚腹式箱形結(jié)構(gòu)，高度大幅增加，整體剛度更大[18]。

應(yīng)力不利位置一般發(fā)生在仰拱跨中及支座位置，結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力相對(duì)較小，拉應(yīng)力較大。方案2、方案3最大拉應(yīng)力較方案1均有大幅度減小，其中，方案2較方案1最大拉應(yīng)力減小約23%，方案3減小約22%，從應(yīng)力計(jì)算結(jié)果看，魚腹式箱形結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)力有所減小，受力更加有利。

3 預(yù)制仰拱結(jié)構(gòu)防排水方案

板式仰拱結(jié)構(gòu)方案為滿足施工期間行車需要，對(duì)預(yù)制內(nèi)輪廓進(jìn)行了調(diào)整，上方填充結(jié)構(gòu)、兩側(cè)水溝、電纜槽可正?，F(xiàn)澆施工，排水形式與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)基本相同。

縱向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)方案與橫向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)方案均在仰拱內(nèi)設(shè)置了孔洞，可利用兩側(cè)孔洞作為排水通道，頂板間隔設(shè)置檢修孔，滿足運(yùn)營期間檢修需要?？紤]到后期電纜檢修更換方便，兩側(cè)電纜槽仍設(shè)在原位置，采用明溝設(shè)蓋板方式。以方案2為例進(jìn)行說明，排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 方案2排水系統(tǒng)示意(單位：cm)

利用仰拱預(yù)制塊內(nèi)部預(yù)留孔作為排水側(cè)溝，分別與襯砌背后盲管、道床兩側(cè)相連通，襯砌背后水和道床積水通過預(yù)留管道引入側(cè)溝。拱墻現(xiàn)澆時(shí)，將橫向排水管與仰拱預(yù)制塊預(yù)留孔連接進(jìn)行排水。根據(jù)單線鐵路隧道斷面寬度，襯砌兩側(cè)僅需保留電纜溝，預(yù)留檢修孔可避開道床結(jié)構(gòu)和側(cè)溝，不影響結(jié)構(gòu)布置。仰拱預(yù)制塊環(huán)與環(huán)之間預(yù)留凹槽，設(shè)置1道或2道遇水緩膨脹止水條進(jìn)行防水。

4 裝配式仰拱結(jié)構(gòu)運(yùn)輸拼裝施工方案

4.1 拼裝工序

拼裝施工采用洞外預(yù)制、養(yǎng)護(hù)，運(yùn)輸?shù)蕉磧?nèi)，進(jìn)行拼裝施工等工序[19-20]。以方案2縱向分塊魚腹式結(jié)構(gòu)方案為例，可分為：仰拱開挖→仰拱預(yù)制塊運(yùn)輸→準(zhǔn)備→起吊→縱向運(yùn)輸→旋轉(zhuǎn)定位→拼裝→安裝縱向連接裝置等工序。具體詳見圖7。仰拱拼裝設(shè)備凈空尺寸見圖8。

圖7 仰拱拼裝方案

圖8 仰拱拼裝設(shè)備凈空尺寸示意(單位：cm)

仰拱開挖整平到位后，鋪設(shè)仰拱下墊層，可采用混凝土墊層或吹填豆粒石。將洞外仰拱預(yù)制塊運(yùn)輸至拼裝位置，為避免洞內(nèi)掉頭，運(yùn)輸平板車可采用雙頭運(yùn)輸車。根據(jù)仰拱施工長度，一次可運(yùn)輸1～3塊，并嚴(yán)格限制車輛高度，保證洞內(nèi)運(yùn)輸安全。運(yùn)輸?shù)轿缓螅龉捌囱b機(jī)就位，整體調(diào)平，自動(dòng)掃描測(cè)量相對(duì)位置，確?；炷翂|層或豆粒石上表面的平整。起吊仰拱預(yù)制塊，旋轉(zhuǎn)90°，沿隧道縱移定位?？刂葡路潘俣戎猎O(shè)計(jì)位置，進(jìn)行拼裝。仰拱拼裝機(jī)可集成輔助拼裝系統(tǒng)，通過激光測(cè)距定位，以線路中線為基準(zhǔn)，并綜合考慮已拼裝的仰拱預(yù)制塊，進(jìn)行輔助施工。必要時(shí)，可將仰拱兩側(cè)與拱墻支護(hù)鋼架進(jìn)行可靠連接，形成整體受力結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

圖9 仰拱預(yù)制塊與拱墻初支鋼架連接

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，采用現(xiàn)澆仰拱施工，現(xiàn)澆12 m左右仰拱一般需要3～5 d時(shí)間，仰拱施工及養(yǎng)護(hù)期間采用仰拱棧橋，保證車輛通行。采用裝配式仰拱結(jié)構(gòu)，可減少仰拱一次施工長度，拼裝3 m仰拱一般僅需要2～3 h，拼裝后無需養(yǎng)護(hù)，也可根據(jù)需要增加一次拼裝長度，可取消仰拱棧橋，仰拱施工可避開出渣等有影響的工序，更加靈活。洞內(nèi)仰拱拼裝所需的施工人員數(shù)量也可大幅度減少，降低洞內(nèi)作業(yè)強(qiáng)度。

4.2 拼裝過程中關(guān)鍵技術(shù)探討4.2.1 仰拱墊層整平技術(shù)

如何使仰拱墊層表面平整，從而保證仰拱預(yù)制塊的拼裝精度，是該技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過在仰拱拼裝機(jī)上設(shè)置機(jī)械臂，并配備智能掃描裝置，對(duì)仰拱開挖和鋪設(shè)墊層后的輪廓進(jìn)行掃描，利用已拼裝的仰拱預(yù)制塊輪廓提前定位，通過機(jī)械臂端部的工作機(jī)構(gòu)做弧形運(yùn)動(dòng)刮平，反復(fù)幾次操作，形成圓順的仰拱外輪廓弧形面，從而保證拼裝精度。如圖10所示。同時(shí)在仰拱預(yù)制塊的環(huán)形接縫面上預(yù)留凹凸榫，可輔助增加拼裝精度。

圖10 墊層整平方案

4.2.2 仰拱預(yù)制塊防水技術(shù)

在仰拱預(yù)制塊環(huán)向接縫面設(shè)止水條的凹槽，拼裝前將遇水膨脹止水條粘接固定在凹槽上。然后將仰拱預(yù)制塊擠緊，從而保證防水效果。擠緊可采用兩種方式，一種是通過施加內(nèi)力的方式，仰拱預(yù)制塊上預(yù)留縱向連接孔，拼裝好后插入預(yù)應(yīng)力連接筋，將仰拱預(yù)制塊沿縱向拉緊固定，從而擠緊，保證防水效果[21]，如圖11所示。這種方法可應(yīng)用在圍巖水含量高的地段，擠緊效果更加可靠，且縱向連接筋能增強(qiáng)仰拱預(yù)制塊的整體性。另一種是通過外力進(jìn)行擠緊，在仰拱拼裝機(jī)上配置液壓千斤頂，對(duì)仰拱預(yù)制塊進(jìn)行擠緊，保證止水效果?？紤]到工程實(shí)施的復(fù)雜性，單一的方式難以保證效果時(shí)，也可根據(jù)需要，兩種方式相結(jié)合，保證防水效果。

圖11 縱向連接方案設(shè)計(jì)

5 結(jié)論與討論

隨著我國鐵路建設(shè)的發(fā)展，隧道數(shù)量較多，受洞內(nèi)施工環(huán)境、場(chǎng)地條件及人工等多種因素影響，現(xiàn)澆仰拱夾雜土石、振搗不密實(shí)等導(dǎo)致仰拱自身存在缺陷，運(yùn)營過程中出現(xiàn)翻漿冒泥、突水突泥等病害情況并不鮮見。

基于隧道仰拱施工現(xiàn)狀，探討了單線鐵路隧道仰拱預(yù)制結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行了預(yù)制仰拱結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，得出如下結(jié)論。

(1)采用裝配式仰拱結(jié)構(gòu)方案，可以滿足結(jié)構(gòu)受力要求。特別是魚腹式結(jié)構(gòu)形式，相比板式預(yù)制仰拱結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)內(nèi)力有效降低，且工廠化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)安裝，質(zhì)量更加可控，可以有效解決仰拱質(zhì)量問題。

(2)采用魚腹式預(yù)制仰拱結(jié)構(gòu)方案，將仰拱與填充一體化考慮，大大減少了洞內(nèi)現(xiàn)澆作業(yè)，降低洞內(nèi)工作量，減少對(duì)圍巖的影響，施工更加綠色、環(huán)保。通過設(shè)置孔洞減少混凝土用量，降低造價(jià)。

(3)提出預(yù)制仰拱塊拼裝的施工工序，對(duì)于裝配式仰拱施工具有一定的實(shí)際意義，可為工程應(yīng)用提供參考。

后續(xù)還需要通過工程實(shí)踐，對(duì)裝配式仰拱施工工序進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，提高采用裝配式仰拱的工效。道床兩側(cè)水溝取消后，可節(jié)省斷面空間，優(yōu)化斷面結(jié)構(gòu)，從而減少隧道開挖及材料用量。仰拱上方現(xiàn)澆層設(shè)置的必要性和厚度也有必要進(jìn)一步深入研究，選擇最優(yōu)的布置方式，減少現(xiàn)澆施工。