隧道簡易棧橋仰拱施工技術

■ 武勤民 楊鴻彬 燕成貴

1 工程概況

武廣高速鐵路五尖大山隧道全長6 857 m，根據施工組織安排和合同要求，工期非常緊張。在有效節約成本的前提下，既要保證施工質量，又不影響洞內其他工序施工，實現仰拱棧橋施工速度需達130 m/月，施工難度大。根據對仰拱及填充的施工質量標準和要求，襯砌結構底部需要承受高速列車所帶來的附加動荷載，對隧道底部的剛度和均勻性要求高，因而要合理安排仰拱工作面和仰拱填充工作面的間隔，且不允許采用左右側基礎分別澆筑的方式，以保證基礎完整性。利用仰拱棧橋跳槽法施工很大程度上解決了這一問題，可以滿足仰拱施工及填充施工的質量要求。

現場實際施工中，隧道內必須滿足開挖、支護等其他工序正常進行，只有解決好運輸工序干擾問題，才能滿足整個隧道的施工進度要求。因此必須保證洞內交通暢通有序，以保證各個工序協調作業。

2 方案比選

2.1 方案一：18型作業棧橋法

原計劃采用18型作業棧橋法施工（見圖1），主橋長26 m，前坡橋長10.48 m，后坡橋長6.48 m，總長42.96 m。仰拱施工分3個區，每區長度6 m（1個仰拱初支作業區，1個仰拱混凝土灌注區，1個混凝土等強區）。

方案優點：（1）機械化施工程度高；（2）文明施工及安全可靠度好。缺點：（1）只能進行仰拱施工，無法進行填充段施工；（2）全橋長度過大，移動不便，仰拱一次開挖長度過長，無法保證圍巖穩定和安全，Ⅳ、Ⅴ級圍巖使用與掌子面距離過長。

2.2 方案二：簡易棧橋跳槽法

簡易棧橋跳槽法仰拱施工見圖2。優點：（1）仰拱施工能形成平行流水作業；（2）跳槽開挖，避免隧道側墻部位因仰拱開挖距離過大而產生安全隱患；（3）在進行仰拱施工的同時，還能進行填充段施工；（4）全橋重量小，移動方便（只需1臺挖掘機）；（5）施工中根據開挖進度情況，可適當增加棧橋數量，靈活性強；（6）簡易棧橋成本較低。

因工期緊張，在保證施工質量的前提下，決定采用簡易棧橋跳槽法進行仰拱施工。

3 棧橋設計

3.1 施工條件假設

（1）混凝土抗壓強度曲線見圖3。

（2）施工安排見表1。

（3）施工運輸車輛：重型運輸車，自重12.5 t，載重22.5 t，總重35 t。

3.2 棧橋設計計算

按跨度7 m的簡直梁進行計算，荷載按照汽車－超20級計算，其荷載分布見圖4。

跨中最大彎矩（M中）的影響線見圖5。

顯然，圖5中（1）、（2）種情況均為臨界位置，情況（1）的跨中最大彎矩為：

M中（1）＝1.75×140+1.05×140＝392 kN·m

情況（2）的跨中最大彎矩為：

M中（2）＝1.75×120+1.05×120+0.25×30＝343.5 kN·m

通過計算說明，后輪位于跨中時為最不利荷載情況，此時最大彎矩為：

Mmax=3.92×108N·mm；

動荷載沖擊系數：1.6；

安全系數：1.2；

抗彎截面模量Wz≥1.87×106 mm3。

預采用Ⅰ25a工字鋼，其Wz為401.88×103mm3，所需根數n＝1.87×106×1.6×1.2÷（401.88×103）＝9根。

表1 施工安排情況表

為便于現場搬運，將棧橋對稱設置成左右半幅，每幅采用5根Ⅰ25a工字鋼組成，每幅寬度1 m，主橋長度8 m，兩頭順接1 m爬坡段，總長10 m。為加強棧橋的橫向穩定性及防滑性能，在上緣鋪設并焊接間距6 cm的φ20 mm的螺紋鋼。

3.3 接地比壓

自卸車行走在棧橋上時，其兩端的最大剪力為252 kN，根據48 h混凝土等強強度約為11.4 MPa，預采用1 m×1 m的鋼墊板作為接地板，經計算接地比壓為0.03 MPa，由于汽車輪胎在棧橋的振動沖擊經過鋼板后，理論上不會對混凝土造成損害。現場施工時，可在棧橋兩端攤鋪厚度5～10 cm的碎石土，以增加摩擦力并起到緩沖作用。

3.4 棧橋坡度

自卸汽車的爬坡能力參數一般為30%以上，該簡易棧橋坡度設計為25%，在兩端攤鋪碎石土后，坡度可調整到10%～15%，完全可以滿足自卸汽車的爬坡能力要求。

4 方案實施

仰拱施工原則：需要保證隧道仰拱澆筑與掌子面開挖進度同步。該隧道在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段均設有仰拱和仰拱填充混凝土，采用跳槽法施工時，仰拱及填充混凝土的進度指標根據隧道圍巖情況，運用算術平均法計算得出，仰拱及填充施工需達到130 m/月，跳槽法布置見圖6。

施工時簡易棧橋前移需1 h，開挖清底12 h，綁扎鋼筋及立模10 h，仰拱澆筑6 h，強化24 h，共需53 h；隨后安裝中心水溝圓管5 h，填充混凝土澆筑5 h，填充混凝土在該循環中的等強時間48 h。每4.6 d（111 h）為一個循環，每月可施工6個循環，每循環仰拱需施工22 m，其中Ⅲ、Ⅳ級圍巖一次澆筑長度為6 m，Ⅴ級圍巖一次澆筑長度為4 m，經計算每作業面需要安排5～6副仰拱棧橋，可滿足施工進度要求。

仰拱及填充掌子面的施工距離要求：Ⅲ級圍巖不大于90 m，Ⅳ級圍巖不大于50 m，Ⅴ級圍巖不大于40 m，可根據各種圍巖安排跳槽的布置形式，并根據施工進度調整棧橋數量。Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段布置4副棧橋同時施工、Ⅴ級圍巖地段布置5～6副棧橋同時施工可滿足施工要求。

5 結束語

高速鐵路隧道仰拱施工質量要求高，在滿足施工質量的前提下，采用簡易棧橋施工移動方便，制作維修簡單，經濟快捷，可根據施工現場進度適時調整數量，是一種比較適宜的仰拱填充施工方法。

[1]武漢至廣州客運專線鐵路隧道工程施工技術細則[R]，2005

[2]鐵道部工程設計鑒定中心，中國鐵道學會. 鐵路客運專線建設技術交流會論文集[M]. 武漢：長江出版社，2005

[3]李廉錕. 結構力學[M]. 北京：高等教育出版社，2010

[4]江曉禹，龔暉. 材料力學[M]. 成都：西南交通大學出版社，2009