新型裝配式襯砌在礦山法施工鐵路隧道中的應(yīng)用研究

何 泉， 陳 真， *， 楊 義， 齊如見， 劉 盛， 房玉中

(1. 中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司， 重慶 401123； 2. 中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司， 四川 成都 610082)

0 引言

隨著國家鐵路建設(shè)持續(xù)深入發(fā)展，從規(guī)模速度型轉(zhuǎn)向質(zhì)量效益型，鐵路總公司也提出了“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”的工作目標(biāo)。目前，傳統(tǒng)山嶺隧道二次襯砌施工，采用全液壓襯砌臺(tái)車自下而上逐窗分層澆筑、拱頂混凝土沖頂澆筑施工工藝，二次襯砌澆筑完成后及時(shí)帶模壓漿。其基本能夠滿足二次襯砌混凝土質(zhì)量要求，但受主觀、客觀等因素的影響，極易造成拱部混凝土無法充填密實(shí)，形成二次襯砌厚度不足、背后脫空、不密實(shí)等襯砌質(zhì)量缺陷[1-3]，影響鐵路隧道運(yùn)營安全。因此，探索一種以拱部預(yù)制襯砌替換現(xiàn)澆襯砌的新型裝配式技術(shù)，勢(shì)在必行。

目前，鐵路隧道預(yù)制裝配式襯砌技術(shù)作為一種新型建造方法，已經(jīng)逐步得到國內(nèi)外工程界的重視[4]。國內(nèi)外隧道及地下工程預(yù)制技術(shù)研究主要從2方面開展： 一是部分預(yù)制技術(shù)；二是全部預(yù)制技術(shù)[5]。在部分預(yù)制研究方面，西康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道仰拱采用預(yù)制塊拼裝施工[6]，日本某公路隧道采用預(yù)制構(gòu)件和模筑混凝土結(jié)合的方法修筑仰拱[7]，日本仙臺(tái)市地下鐵路工程采用預(yù)制雙跨箱形結(jié)構(gòu)[8]，日法聯(lián)合開發(fā)的大型拱形預(yù)制結(jié)構(gòu)在公路隧道的擴(kuò)建中得到了實(shí)際應(yīng)用[9]。在全預(yù)制研究方面，主要以盾構(gòu)法或TBM法施工為主，已成為一項(xiàng)較成熟的技術(shù)；采用礦山法施工的有遼寧省白石水庫觀測廊道項(xiàng)目，為全部預(yù)制構(gòu)件裝配[10]；連鵬等[11]以武九高速文縣隧道為例，研究了二次襯砌的全環(huán)管片拼裝施工技術(shù)；前蘇聯(lián)開發(fā)出了適用于礦山法隧道的馬蹄形砌塊式和管片式襯砌[12]；以西南交通大學(xué)為代表的高校，針對(duì)礦山法隧道全預(yù)制襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件劃分、拼裝方式、施工動(dòng)態(tài)力學(xué)特性等方面，進(jìn)行了較為深入的研究[7-9];中國鐵道科學(xué)研究院也針對(duì)隧道預(yù)制裝配式襯砌的設(shè)計(jì)選型及接頭參數(shù)等進(jìn)行了深入研究[12-13]。

綜上所述，雖然隧道襯砌全環(huán)及仰拱部分預(yù)制拼裝技術(shù)早已存在，且有一些較為成功的工程應(yīng)用案例，但在礦山法施工的鐵路山嶺隧道中，對(duì)于拱部預(yù)制拼裝、其余部分現(xiàn)澆的施工拼裝技術(shù)鮮有應(yīng)用。本文基于重慶鐵路樞紐東環(huán)線胡家溝隧道，采用“拱部預(yù)制襯砌+側(cè)墻現(xiàn)澆”的方法，開展礦山法鐵路隧道拱部裝配式襯砌施工技術(shù)研究。

1 項(xiàng)目總體概況

1.1 依托工程概況

胡家溝隧道位于重慶市北培區(qū)東陽鎮(zhèn)境內(nèi)重慶東環(huán)線襄渝聯(lián)絡(luò)線上，靠近磨心坡車站，為單洞雙線隧道，設(shè)計(jì)速度120 km/h。隧道全長282 m，最大埋深27 m，進(jìn)口段LMZK3+387～+474為半徑R=400 m的左偏曲線，出口段LMZK3+610～+615為R=1 200 m的左偏曲線，中間段LMZK3+558～+610共136 m為直線，設(shè)計(jì)縱坡為-3.6‰、-1‰。

隧道全線為淺埋隧道，穿越淺丘斜坡，地表水體不發(fā)育，地下水不發(fā)育，洞內(nèi)以滴狀滲水為主，雨季時(shí)可能出現(xiàn)線狀流水。洞身地層巖性為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組泥巖夾砂巖、砂巖層，泥巖(頁巖)為灰黃色、青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄—中厚層狀，質(zhì)軟，易風(fēng)化，遇水易軟化，所夾砂巖呈灰黃色、青灰色，中—細(xì)粒結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)。

1.2 新型裝配式襯砌結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

胡家溝隧道LMZK3+471～603區(qū)段采用拱部預(yù)制襯砌拼裝，其余區(qū)段采用全環(huán)整體現(xiàn)澆。拱部預(yù)制襯砌拼裝長度為132 m，其中，“L”型榫接頭預(yù)制襯砌長度為72 m，大球形接頭預(yù)制襯砌長度為60 m。拱部預(yù)制襯砌為弧形結(jié)構(gòu)，幅寬2 m，內(nèi)徑為13.3 m，外徑為14.3、14.4 m，弦長8.6 m，厚度為0.4、0.5 m。40 cm厚拱部預(yù)制襯砌配置φ18@100主筋，每延米配筋質(zhì)量約1.8 t； 50 cm厚拱部預(yù)制襯砌配置φ25@100主筋，每延米配筋質(zhì)量約3 t；拱部預(yù)制襯砌鋼筋骨架需焊接成型。隧道斷面示意圖見圖1。

圖1 隧道斷面示意圖Fig. 1 Tunnel cross-section

拱部預(yù)制襯砌拼裝段均為Ⅴ級(jí)圍巖，懸臂側(cè)墻采用φ25@200主筋，接頭部位鋼筋加強(qiáng)，布置雙層主筋。主筋采用套筒連接，其他鋼筋采用綁扎連接。

1.3 拱部預(yù)制襯砌與現(xiàn)澆側(cè)墻接口處穩(wěn)定性分析

根據(jù)拼裝工序要求、防水密封墊施作要求等，采用圖2所示的“L”型榫形結(jié)構(gòu)型式。通過對(duì)不同厚度的襯砌結(jié)構(gòu)(35、40、45、50、55 cm)在深埋(埋深50 m)、淺埋(埋深35 m)及偏壓3種工況下計(jì)算榫接頭承擔(dān)的剪力，并對(duì)各工況下榫接頭進(jìn)行抗剪和抗壓驗(yàn)算。通過驗(yàn)算得出： 拱部預(yù)制襯砌厚度越大，安全儲(chǔ)備越大的工況，抗剪及抗壓需求尺寸越大。不同工況下，榫接頭最小抗壓接觸面長度A應(yīng)大于14 mm，抗剪結(jié)構(gòu)高度B應(yīng)大于184 mm，如圖2所示，方可滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求[14]。

圖2 “L”型榫接頭尺寸要求Fig. 2 Size requirements for L-type tenon joint

為提高施工精度的容錯(cuò)度，后期對(duì)接頭構(gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化，將“L”型榫接頭調(diào)整成大球形接頭，外側(cè)接觸面預(yù)留一定的空間，后期采用注漿填充，如圖3所示。通過驗(yàn)算得出，不同工況下，大球形寬度207 mm以及預(yù)制襯砌與邊墻間隙60 mm滿足結(jié)構(gòu)及拼裝要求。

圖3 大球形接頭示意圖(單位： mm)Fig. 3 Schematic of large spherical joint (unit: mm)

1.4 隧道襯砌防水及預(yù)制襯砌接縫設(shè)置

現(xiàn)澆側(cè)墻混凝土抗?jié)B等級(jí)不低于P8，拱部預(yù)制襯砌抗?jié)B等級(jí)不低于P12，初期支護(hù)與二次襯砌之間拱墻部位鋪設(shè)防水板加無紡布。側(cè)墻與仰拱間縱向施工縫采用中埋橡膠止水條+中埋橡膠止水帶進(jìn)行防水處理；側(cè)墻及仰拱環(huán)向施工縫采用外貼式橡膠止水帶+中埋式橡膠止水帶。在側(cè)墻與拱部預(yù)制襯砌縱向接縫處設(shè)置彈性橡膠密封墊，在隧道拱部預(yù)制襯砌環(huán)向接縫處也設(shè)置彈性橡膠密封墊。拱部預(yù)制襯砌預(yù)留注漿管，用于回填注漿與接縫防水，同時(shí)于拱頂預(yù)留縱向注漿管兼排氣管，待滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行充填注漿。

2 新型裝配式襯砌施工工藝及施工技術(shù)

2.1 總體施工工藝流程

隧道開挖、仰拱施工按照傳統(tǒng)礦山法隧道施工工序進(jìn)行，進(jìn)洞段及出口段襯砌全環(huán)現(xiàn)澆施作，作為拼裝段端部封閉。每組懸臂側(cè)墻施工完成后，立即開始拼裝拱部預(yù)制襯砌，以每6片預(yù)制襯砌為一組，每組預(yù)制襯砌拼裝完成后，立即進(jìn)行壁后回填及注漿，回填及注漿完成后進(jìn)行下一組懸臂側(cè)墻、拱部預(yù)制襯砌拼裝循環(huán)。新型裝配式襯砌施工工藝流程如圖4所示。

圖4 新型裝配式襯砌施工工藝流程圖Fig. 4 Construction process flowchart of new type of prefabricated lining

2.2 拱部襯砌預(yù)制

本次試驗(yàn)段長132 m，共66塊預(yù)制襯砌。預(yù)制襯砌采用高精度定制鋼模，工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化集中生產(chǎn)。為保證預(yù)制襯砌的高精度，應(yīng)對(duì)鋼模誤差進(jìn)行檢測，若不合標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)行校正。鋼模的合模精度要求按高于襯砌精度0.15 mm檢測，在施工過程中需定期對(duì)模具進(jìn)行檢測和維修保養(yǎng)。

2.3 高精度懸臂側(cè)墻施工技術(shù)

現(xiàn)澆懸臂側(cè)墻成型后，進(jìn)行拱部預(yù)制襯砌拼裝。拱部預(yù)制襯砌拼裝部位的接頭施工精度是懸臂側(cè)墻施工控制的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

懸臂側(cè)墻采用高精度懸臂模板臺(tái)車一次性現(xiàn)澆而成。正式施工前，開展“L”型榫接頭模型工藝試驗(yàn)，通過工藝試驗(yàn)確定小空間下“L”型榫接頭處混凝土配合比參數(shù)、振搗器型號(hào)、振搗時(shí)間、成型效果等，為正式施工提供參考依據(jù)。

利用高精度懸臂側(cè)墻模板臺(tái)車施作懸臂側(cè)墻，在澆筑過程中采取對(duì)稱分層澆筑，混凝土澆筑全過程監(jiān)測，并在混凝土到達(dá)側(cè)墻頂面1 m時(shí)對(duì)模板臺(tái)車二次精調(diào)，同時(shí)采用高精度接頭蓋模，使混凝土壓入成型。高精度臺(tái)車、分層澆筑、二次精調(diào)以及專用高精度接頭模板是成型懸臂側(cè)墻高精度控制技術(shù)的關(guān)鍵。

2.4 拱部預(yù)制襯砌運(yùn)輸及拼裝施工技術(shù)

拱部預(yù)制襯砌運(yùn)抵現(xiàn)場后，將預(yù)制襯砌從平板車上二次吊裝至運(yùn)輸小車上，吊裝時(shí)嚴(yán)格控制預(yù)制襯砌擺動(dòng)幅度及吊裝速度，防止與運(yùn)輸車產(chǎn)生碰撞而損壞預(yù)制襯砌。

2.4.1 拱部預(yù)制襯砌洞內(nèi)運(yùn)輸

由運(yùn)輸車將預(yù)制襯砌運(yùn)輸至提升門吊下，受洞內(nèi)作業(yè)空間有限、光照效果差等影響，運(yùn)輸車前后由專人指揮，行駛速度控制在5 km/h以內(nèi)。

2.4.2 拱部預(yù)制襯砌旋轉(zhuǎn)、提升

預(yù)制襯砌運(yùn)輸?shù)轿缓?，在運(yùn)輸車上將其旋轉(zhuǎn)90°，使預(yù)制襯砌與隧道中線基本垂直，移動(dòng)提升門吊，將預(yù)制襯砌提升并吊裝至臺(tái)車頂升平臺(tái)，放置過程中需不斷調(diào)整預(yù)制襯砌左右側(cè)距離，使預(yù)制襯砌居隧道中心放置。拱部預(yù)制襯砌提升如圖5所示。

圖5 拱部預(yù)制襯砌提升Fig. 5 Hoisting of prefabricated arch lining

2.4.3 接縫防水施工

拱部預(yù)制襯砌接縫防水采用三元乙丙橡膠彈性密封墊，安裝于拱部預(yù)制襯砌四周及側(cè)墻接頭處預(yù)留凹槽內(nèi)。粘貼前粘貼面需保持干燥、干凈、堅(jiān)實(shí)、平整，粘貼時(shí)將氯丁膠均勻涂刷在2個(gè)粘貼面上，第1遍涂刷后待表面初干，再涂刷第2遍，約15 min后將彈性密封墊貼合預(yù)制襯砌并壓實(shí)。

2.4.4 拱部預(yù)制襯砌平移、安裝

在臺(tái)車頂升平臺(tái)調(diào)整后，將預(yù)制襯砌安放至安裝小車上，由安裝小車平移至安裝位置，并將預(yù)制襯砌安裝就位。行走過程中，注意觀察左右“L”型接頭處、拱部預(yù)制襯砌與初期支護(hù)間的距離，嚴(yán)禁拱部預(yù)制襯砌與側(cè)墻接頭處碰撞。拱部預(yù)制襯砌平移、安裝如圖6所示。

圖6 拱部預(yù)制襯砌平移、安裝Fig. 6 Translation and installation of prefabricated arch lining

2.4.5 拱部預(yù)制襯砌頂緊與縱向螺栓安裝

拱部預(yù)制襯砌平移至安裝位置后，安放在懸臂側(cè)墻上，然后檢查拱部預(yù)制襯砌與懸臂側(cè)墻密貼度及其與上循環(huán)預(yù)制襯砌間隙。檢查合格后，利用拼裝臺(tái)架的液壓頂緊裝置將預(yù)制襯砌縱向頂緊，頂緊后立即緊固縱向螺栓。

2.5 拱部預(yù)制襯砌背后回填、注漿施工技術(shù)

拱部預(yù)制襯砌安裝完成后，預(yù)制襯砌與初期支護(hù)間存在15～20 cm間隙，因拱背回填量較大，采用混凝土+注砂漿方式回填，每6片一組為一個(gè)注漿單元進(jìn)行回填注漿?；靥钭{前，采用堵頭板對(duì)預(yù)制襯砌端頭部位進(jìn)行封堵，拱部預(yù)留觀察窗口，用于觀察混凝土是否注滿。

預(yù)制襯砌預(yù)留拱部注漿孔處預(yù)埋注漿管，用于二次壓漿，待回填混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，立即開始二次壓漿，以保證拱背回填密實(shí)，二次注漿壓力控制在0.1 MPa。

3 施工配套設(shè)備

3.1 高精度懸臂側(cè)墻模板臺(tái)車

高精度懸臂側(cè)墻模板臺(tái)車由龍門鋼架、固定式邊模板、移動(dòng)式邊模板、頂部蓋板和液壓抗浮系統(tǒng)組成，固定式邊模板、頂部蓋板、液壓抗浮系統(tǒng)為整體式設(shè)計(jì)，以確保在臺(tái)車定位時(shí)左右橫移，控制襯砌側(cè)墻中線偏位；通過下部頂升油缸控制高程，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆側(cè)墻誤差在3～5 mm，以確保隧道拱部預(yù)制襯砌拼裝精度要求[15-16]。懸臂側(cè)墻模板臺(tái)車三維軸視圖見圖7。

圖7 懸臂側(cè)墻模板臺(tái)車三維軸視圖Fig. 7 3D axial view of cantilever lining trolley

懸臂側(cè)墻模板臺(tái)車拼接縱縫端模裝置用于拱頂預(yù)制管片拼裝縱縫澆筑成型，安裝方便，模板定位和脫?？旖?；拱頂預(yù)制襯砌頂升裝置，解決了因隧道拱頂尺寸限制而導(dǎo)致提升設(shè)備提升高度受限的問題，方便拱部預(yù)制襯砌從提升設(shè)備到預(yù)制襯砌安裝小車之間的轉(zhuǎn)送。

高精度頂部蓋板能夠有效保證接頭的直線度和精度。拆模時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，分塊拆除接頭蓋板，過程中應(yīng)保證接頭的質(zhì)量，不得強(qiáng)撬硬拽，防止損壞接頭。

3.2 拱部預(yù)制襯砌安裝設(shè)備

拱部預(yù)制襯砌安裝設(shè)備由預(yù)制襯砌運(yùn)輸車、預(yù)制襯砌提升門吊及拱部預(yù)制襯砌安裝機(jī)組成。拱部預(yù)制襯砌安裝設(shè)備整體示意圖見圖8。

圖8 拱部預(yù)制襯砌安裝設(shè)備整體示意圖Fig. 8 Schematic of prefabricated arch lining installation equipment

3.2.1 預(yù)制襯砌運(yùn)輸車

采用HGY50型輪胎式運(yùn)輸車(2軸運(yùn)輸車)，整機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)、微電控制，可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，車輛能夠以較高的速度快速行走和較低的穩(wěn)定速度移動(dòng)對(duì)位[17]。預(yù)制襯砌運(yùn)輸車見圖9。

圖9 預(yù)制襯砌運(yùn)輸車Fig. 9 Transport vehicle of prefabricated arch lining

3.2.2 預(yù)制襯砌安裝機(jī)

預(yù)制襯砌安裝機(jī)主要由走行結(jié)構(gòu)、門架、小車走行軌道、安裝小車、預(yù)制襯砌壓緊機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等組成，實(shí)現(xiàn)拱部預(yù)制襯砌的拼裝移位頂緊[17]。預(yù)制襯砌安裝機(jī)見圖10。

圖10 預(yù)制襯砌安裝機(jī)Fig. 10 Mounting machine for prefabricated arch lining

3.2.3 預(yù)制襯砌提升門吊

拱部預(yù)制襯砌提升門吊主要由門架結(jié)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)葫蘆、專用吊具和電器系統(tǒng)等組成(門架結(jié)構(gòu)包含主梁、支腿和下橫梁，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)包含電機(jī)、減速機(jī)和車輪組)，主要實(shí)現(xiàn)在隧道內(nèi)吊運(yùn)預(yù)制襯砌，將預(yù)制襯砌從運(yùn)輸車取下并將其吊裝到側(cè)墻臺(tái)車頂升機(jī)構(gòu)上[17]。預(yù)制襯砌提升門吊見圖11。

圖11 預(yù)制襯砌提升門吊Fig. 11 Ascension door crane of prefabricated arch lining

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

4.1 施工效果

懸臂側(cè)墻施工完成后，通過對(duì)其位置進(jìn)行測量，徑向及環(huán)向位置偏差均控制在12 mm以內(nèi)，滿足拼裝要求。拱部預(yù)制襯砌拼裝完成后，預(yù)制襯砌與現(xiàn)澆側(cè)墻徑向錯(cuò)臺(tái)控制在12 mm以內(nèi)，預(yù)制襯砌相鄰環(huán)之間徑向錯(cuò)臺(tái)控制在17 mm以內(nèi)，預(yù)制襯砌環(huán)縫、縱縫間隙控制在2 mm以內(nèi)，均滿足設(shè)計(jì)要求。拱部預(yù)制襯砌背后回填注漿后，經(jīng)過地質(zhì)雷達(dá)無損檢測顯示背后較密實(shí)，回填注漿達(dá)到要求。預(yù)制襯砌現(xiàn)場拼裝效果見圖12。

(a) “L”型接頭拼裝效果

(b) 整體拼裝效果圖12 預(yù)制襯砌現(xiàn)場拼裝效果Fig. 12 Assembling effect of prefabricated arch lining on site

4.2 受力監(jiān)測分析

4.2.1 拱部襯砌預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)測點(diǎn)布置

礦山法隧道采用拱部預(yù)制襯砌進(jìn)行拼裝，其結(jié)構(gòu)受力特征與傳統(tǒng)復(fù)合式襯砌有所不同，通過監(jiān)測能夠掌握預(yù)制拼裝襯砌結(jié)構(gòu)的受力特性、初期支護(hù)和二次襯砌的受力規(guī)律，為礦山法施工鐵路隧道襯砌拱部預(yù)制拼裝施工技術(shù)提供安全保障。

4.2.1.1 常規(guī)監(jiān)控量測測點(diǎn)布置

胡家溝隧道圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，開挖工法為臺(tái)階法，每5 m埋設(shè)一組監(jiān)控量測樁，拱頂下沉、周邊收斂采用徠卡TS09plus全站儀及反光膜片進(jìn)行量測，每組監(jiān)控量測樁設(shè)拱頂沉降測點(diǎn)1個(gè)、周邊收斂測點(diǎn)4個(gè)。

4.2.1.2 試驗(yàn)段應(yīng)力監(jiān)測布置

試驗(yàn)段的應(yīng)力監(jiān)測，包含圍巖與初期支護(hù)接觸壓力測試、初期支護(hù)與二次襯砌接觸壓力測試、初期支護(hù)鋼架應(yīng)力測試、初期支護(hù)噴射混凝土應(yīng)力測試、二次襯砌鋼筋應(yīng)力測試、二次襯砌混凝土應(yīng)力測試、錨桿軸力測試。

選取22個(gè)監(jiān)測斷面，在每個(gè)量測斷面內(nèi)布置9個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，其中，拱頂1處，襯砌接頭兩側(cè)對(duì)稱布置4處，側(cè)墻和墻角各對(duì)稱布置2處。

4.2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)典型斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)試驗(yàn)段結(jié)果總結(jié)分析拱部預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的受力變形規(guī)律。斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析見表1。

表1 斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析Table 1 Statistics and analysis of monitoring data

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場監(jiān)測斷面的各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1)隧道施工斷面拱頂下沉和周邊收斂變化較小，最大累計(jì)沉降值和周邊收斂值均在控制標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，隧道初期支護(hù)能夠確保隧道結(jié)構(gòu)安全和施工安全。

2)初期支護(hù)上的圍巖壓力基本在200 kPa以下；二次襯砌上的接觸壓力較小，大部分在60 kPa以下；圍巖壓力主要集中在100 kPa左右，少數(shù)在200 kPa；二次襯砌與初期支護(hù)接觸壓力主要集中在20～40 kPa。

3)襯砌內(nèi)力在安裝初期增長較快，一般在30～60 d穩(wěn)定。圍巖壓力具有一定的離散性，最大內(nèi)力及最大應(yīng)力出現(xiàn)的位置都比較離散，但總體上拱頂和拱腰居多，這2處受力較大。

4.3 應(yīng)用中存在的問題及工藝優(yōu)化

4.3.1 懸臂側(cè)墻鋼筋定位困難

在側(cè)墻現(xiàn)澆襯砌及鋼筋綁扎施工過程中，為保證定位準(zhǔn)確，先對(duì)拱墻范圍環(huán)向鋼筋進(jìn)行綁扎，再對(duì)拱部鋼筋進(jìn)行切割。拱部鋼筋切割后，側(cè)墻鋼筋向初期支護(hù)側(cè)回彈，導(dǎo)致側(cè)墻鋼筋定位不到位。針對(duì)襯砌鋼筋定位困難，采用冷彎機(jī)械加工成設(shè)計(jì)弧度，外層鋼筋縱向每隔1 m設(shè)置1根環(huán)向通長鋼筋作為鋼筋固定支架，懸臂側(cè)墻混凝土澆筑完成后再切除拱部通長鋼筋。懸臂側(cè)墻鋼筋安裝效果見圖13。

圖13 懸臂側(cè)墻鋼筋安裝效果Fig. 13 Installation effect of cantilever sidewall reinforcement

4.3.2 懸臂側(cè)墻臺(tái)車定位精度控制難度大

一方面，臺(tái)車定位精度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求；另一方面，在側(cè)墻灌注過程中會(huì)出現(xiàn)臺(tái)車上浮、兩臂側(cè)墻左右側(cè)混凝土澆筑不平衡、混凝土重力作用導(dǎo)致模板非彈性及彈性變形等問題。針對(duì)臺(tái)車精度控制難題，在襯砌模板臺(tái)車的灌注分流裝置上增設(shè)混凝土擋板，控制混凝土流向，配合人工觀察，保證臺(tái)車兩側(cè)澆筑速度均勻?qū)ΨQ平衡。模板臺(tái)車頂端增設(shè)抗浮、抗偏移液壓油缸，在臺(tái)車定位完成后，防止襯砌臺(tái)車上浮。

4.3.3 側(cè)墻“L”型榫接頭施工質(zhì)量控制難度大

“L”型榫接頭成型精度要求高，由于模板定位精度、混凝土收縮徐變、側(cè)墻整體收斂變形等因素影響，會(huì)造成現(xiàn)澆側(cè)墻“L”型榫接頭施工精度不能滿足設(shè)計(jì)要求，可能導(dǎo)致拱部預(yù)制襯砌拼裝時(shí)存在接觸空隙；同時(shí)，振搗、澆筑工藝過程會(huì)造成“L”型榫接頭存在質(zhì)量缺陷。“L”型榫接頭蓋模拆除難度大，拆模易造成接頭損傷。通過方案優(yōu)化，選用大球形90°接頭替換“L”型榫接頭，球形接頭較“L”型榫接頭更容易控制，拆模及拼裝難度降低。

4.3.4 拱部預(yù)制襯砌安裝精度問題

軌道安裝小車無法對(duì)拱部預(yù)制襯砌安裝精度進(jìn)行微調(diào)定位，在安裝小車行走過程中，預(yù)制襯砌會(huì)與側(cè)墻襯砌碰撞，造成預(yù)制襯砌損傷，且預(yù)制襯砌與側(cè)墻襯砌無法準(zhǔn)確對(duì)接，影響整體拼裝進(jìn)度。針對(duì)預(yù)制襯砌安裝小車增加旋轉(zhuǎn)功能，可以在預(yù)制襯砌位置不正時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保安裝精度，并對(duì)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)；同時(shí)，在安裝小車上增加自動(dòng)調(diào)整功能，在防碰撞監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到預(yù)制襯砌距離隧道頂部及側(cè)墻過近時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)整位置，保證拱部預(yù)制襯砌安裝安全。

5 結(jié)論與討論

新型裝配式襯砌施工技術(shù)在重慶鐵路樞紐東環(huán)線胡家溝隧道的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了該技術(shù)在礦山法隧道施工的可行性。結(jié)合本項(xiàng)目的應(yīng)用情況，得出以下結(jié)論。

1)新型裝配式襯砌采用工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制拱部襯砌替代現(xiàn)澆襯砌，有效地解決了傳統(tǒng)模筑法襯砌拱部易出現(xiàn)的襯砌厚度不足、脫空、強(qiáng)度不足、裂紋、掉塊等施工質(zhì)量隱患。

2)新型裝配式襯砌采用“L”型榫接頭及大球形接頭，通過對(duì)比，大球形接頭較“L”型榫接頭更易控制施工質(zhì)量、更易于拼裝。通過采用拱部預(yù)制襯砌高精度定制鋼模、高精度懸臂模板臺(tái)車、懸臂側(cè)墻在混凝土澆筑過程中進(jìn)行二次精調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)，保證了接頭施工精度滿足拼裝要求。

3)新型裝配式襯砌施工技術(shù)機(jī)械化程度高，施工過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，安全性比較高。

4)通過分析隧道拱部預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形和受力均在可控范圍內(nèi)。

作為礦山法隧道拱部襯砌預(yù)制拼裝施工的首次試驗(yàn)，存在預(yù)制襯砌與現(xiàn)澆側(cè)墻拼裝難度大、拼裝速度慢等技術(shù)問題，同時(shí)也存在拼裝設(shè)備、預(yù)制襯砌等成本較高的問題。由于該工藝未大面積推廣、研究樣本較少、工人熟練程度不足等，未達(dá)到預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，后期還需要大量案例進(jìn)行驗(yàn)證。

在新型裝配式襯砌施工過程中，通過對(duì)懸臂側(cè)墻鋼筋定位困難、懸臂側(cè)墻臺(tái)車定位精度控制難度大等問題進(jìn)行不斷優(yōu)化完善，新型裝配式襯砌技術(shù)已具備技術(shù)可行性，未來有望廣泛應(yīng)用于礦山法施工隧道及地下工程中。