高速鐵路隧道橢圓帽檐斜切式洞門修建技術

陳 文

(廣鐵集團廈深鐵路廣東有限公司，廣東深圳 518000)

1 概述

普速鐵路隧道洞門有端墻式、柱式、翼墻式、耳墻式、臺階式等結構形式，其組成始終未脫離端墻、翼墻等擋土結構。隨著人們環保意識的提高和隧道施工技術的進步，特別是隨著高速鐵路的修建，洞門設計既要滿足結構安全穩定、環保美觀的要求，又要滿足減緩微氣壓波影響的要求，帽檐斜切式洞門結構就成為主導的洞門形式。本文依托廈深高鐵雙鷹頂隧道橢圓帽檐斜切式洞門施工修建情況，分別從施工工藝流程、作業要點、注意事項、質量控制、勞力及機具組織、質量安全控制措施、技術效果等方面進行闡述，為今后同類工程施工積累經驗，具備一定的指導借鑒作用(見圖1)。

圖1 成型實物圖

2 施工工藝流程

高速鐵路隧道橢圓帽檐斜切式洞門施工工藝流程見圖2。

圖2 橢圓帽檐斜切式洞口施工工藝流程

3 施工作業要點

3．1 明洞施工

雙鷹頂明洞施工長度9．16 m，內模利用液壓襯砌臺車，外模及端模采用木模。明洞施工主要考慮以下幾個問題:

1)臺車要準確定位到明洞和斜切段的分界里程，例如雙鷹頂隧道進口洞門該分界里程為DK218+618．84(計算值)。臺車定位不準確，會直接影響到斜切段的施工。

2)端模要安裝到臺車端頭，有利于安裝和加固。端模上要鉆孔，鉆孔范圍是從拱頂到襯砌內拱頂下1．0 m范圍，將明洞襯砌縱向鋼筋伸出端模，拱頂處按設計伸出縱向鋼筋，便于下一步和帽檐鋼筋相連。

3)預埋件的安裝，預埋件在臺車上的安裝里程可能與臺車開孔位置不相符合，可在臺車模板表面標出軌槽的安裝位置，將軌槽在臺車模板表面進行點焊連接。

4)明洞外模的加固。模板安裝的牢固與否是混凝土施工成敗的重要環節。明洞邊墻外側場地較開闊，可搭設滿堂支架進行外模加固。如果場地狹窄，借助臨時邊坡用φ100鋼管進行斜向支撐加固。

帽檐模板由內、外模及擋頭模組成，內模由橢圓輪廓線a，c組成，外模由橢圓輪廓線b，d組成(見圖3)。

圖3 帽檐模板

3．2 斜切段施工

斜切段施工分為兩部分，第一部分為斜切面施工，斜切面施工完成后，進行帽檐施工。斜切段長11．84m，襯砌臺車10．5m，考慮搭接10 cm。為便于施工，減少施工縫，加工臺車加長段1．5 m，與臺車同弧度，高度以3．0 m為宜。

斜切段施工的內模利用襯砌臺車，外模采用木模，斜切面端模采用δ=6 mm鋼板。斜切面主要由兩條橢圓輪廓線控制，一條坡度為1∶1．25是斜切面的內輪廓線。另一條為坡度1∶1．19是斜切面的外輪廓線。先將襯砌臺車就位到洞門的起點里程，按襯砌的標準斷面將臺車定位。然后在襯砌臺車模板表面放樣，內輪廓線的放樣可采用兩種方法:一種是沿臺車的一個橫斷面將臺車30 cm～50 cm等分弧后，利用1∶1．25坡度距臺車另一個端頭的距離來確定內輪廓線各點。另一種方法是計算出內輪廓線上點的高程和對應里程后確定內輪廓線上各點。然后將各點連接成平滑的曲線。內輪廓線上的各個放樣點最好用鋼釘在臺車模板表面做好標記，并用紅漆標出。外輪廓線是一條空間無參照的曲線。通過計算，可以確定對應于內輪廓線上的各個放樣點的外輪廓線上各點的水平距離和豎直距離，可根據計算值預先用φ12圓鋼彎出直角彎鉤，順序擺放，用水平尺控制順序安裝，垂直焊接于臺車內輪廓線放樣各點，并將直角彎鉤固定牢固，然后將各直角彎鉤頂點用線繩連接成平滑曲線。擋頭模板安裝時，模板一邊靠緊內輪廓線，另一邊只要將鋼模板貼緊直角鋼筋彎鉤頂端，就能保證端模安裝的準確性。為保證混凝土的密實性和混凝土的外觀質量，必須有充分的振搗，擋頭模的安裝采用間隔安裝的方法，將擋頭模安裝完成以后，間隔兩塊拆掉一塊，待混凝土澆筑到該高度時，再將這塊模板安裝到位，以保證混凝土振搗有充分的作業空間。斜切段混凝土澆筑完成后，拆除端模和外模，襯砌臺車不動，進行帽檐模板安裝。

3．3 帽檐施工

帽檐施工是本洞門施工的重點和難點(見圖4)。帽檐模板的加工和安裝是帽檐施工的最重點。

1)帽檐模板加工。

帽檐模板分為內模，外模和端模。帽檐實體是一個由四條橢圓曲線構成的橢圓臺。帽檐的內輪廓面、外輪廓面、底面和頂面均為曲面，每一個曲面都由相鄰兩條橢圓曲線及其相對位置來控制。帽檐的底面為已施作好的斜切面，其余三個曲面都需要加工模板，為解決這一問題，模板加工廠家制作了一個與洞門實體比例為1∶10的模板模型，然后將各個尺寸按比例放大來加工帽檐模板。為減少模板接縫，考慮安裝因素，要盡可能加大模板的平面尺寸，本洞門帽檐模板內模、外模均由8塊模板組成，最大1塊平面尺寸為3．5 m×4．0 m，重約1 700 kg，拱頂分模線設在隧道中線上，且左右對稱，各模板之間通過螺栓連接，接縫嚴密。

圖4 帽檐施工現場

2)帽檐內模、外模安裝。

斜切面施作完成后，對照橢圓曲線方程，沿隧道縱向間距1 m計算出帽檐內模，外模下口安裝線各點位的標高、里程和支距，在斜切面上進行二次放樣。內模、外模安裝下口線實際上就是斜切面的內外輪廓線，二次放樣后內外模下口按放出的內外輪廓線施工，可減小模板下口的安裝偏差，保證下口安裝的準確。內模、外模上口線的確定是技術控制中的一個難點，因內外模上口線完全是兩條無參照的空間曲線，必須通過確定曲線上的點來確定這兩條曲線，在施工過程中是靠對模板分模點的控制來解決這一問題的。首先，模板的下口可以進行精確安裝;其次，拱頂中線上的模板上口頂點這個分模點是可以控制的。通過控制帽檐頂部模板上口頂點的安裝里程、距臺車模板頂面中線的高度來控制這個安裝點。只要能把另一個上口分模點控制在設計位置，這塊模板就安裝成功了。這個分模點的控制用測量儀器來控制，先對這個分模點進行測量，與計算出的設計位置進行比較后，對這個分模點進行調整，直到調整到設計位置為止。第二塊模板與第一塊之間通過螺栓連接，分模點的定位與第一塊相同。模板安裝過程中，請注意要左右對稱安裝，并進行加固，防止模板順臺車模板表面滑落，造成事故。模板安裝時，要先安裝內模，內模安裝完成后，進行帽檐鋼筋安裝，再安裝外模。模板安裝采用起吊荷載20 t的吊車，臂長及荷載均能滿足要求。

3)斜切面與帽檐的連接、帽檐鋼筋安裝。

斜切面和帽檐分兩次澆筑，為確保斜切面和帽檐的整體連接，采用在斜切面端模上打孔穿出鋼筋的方法，按設計預留出φ14連接鋼筋，帽檐鋼筋要在帽檐內模安裝完成后，按設計進行安裝，內模可以給鋼筋安裝提供一個參照面。鋼筋安裝完成后，再安裝外模板。

4)帽檐端模的安裝。

帽檐端模采用δ=6 mm鋼板，每塊長度以1．2 m～1．5 m為宜，在加工廠預先加工成型。帽檐內外模安裝完成后，對內外模的上口線進行精確放樣，將帽檐上口的兩條輪廓線在模板上精確放出，作為帽檐端模的安裝控制線，可減小單純依靠模板上口作為端模安裝控制線帶來的施工偏差。為確保對高性能混凝土的振搗有足夠的作業空間，帽檐端模仍同斜切面端模一樣采用間隔安裝的方法。

5)模板加固。

帽檐內模加固的受力體主要為液壓襯砌臺車，在襯砌臺車表面沿臺車縱向均布20槽鋼，環向間距1．5 m，焊接于臺車表面，然后從帽檐模板背面用槽鋼或工字鋼作斜撐與臺車表面槽鋼焊接牢固。內模、外模安裝完成后，內外模之間用φ20拉桿(兩端套絲)連接，用螺母緊固于模板外側。拉桿設雙層，環向間距0．8 m;拉桿外套PVC管，模板及拉桿拆除后，用M20砂漿將其封堵。外模下口的加固主要靠預留在襯砌表面的預埋鋼筋，外模下口法蘭與預埋鋼筋焊接牢固，承受模板的豎向受力;頂部模板與襯砌面上的預留鋼筋通過φ100鋼管焊接牢固;帽檐兩側邊墻模板利用臨時邊坡用φ100鋼管、20工字鋼或方木進行斜向支撐。帽檐端模靠焊接于內外模板之間端帽頂面的角鋼來進行加固。

6)混凝土施工。

模板加固經檢查符合要求后，進行澆筑混凝土，澆筑過程中要控制好混凝土的各項技術指標，確保混凝土振搗充分。其次要分層對稱澆筑，以免造成偏壓，導致跑模現象的發生。

4 施工注意事項

1)在加工帽檐模板時要考慮襯砌施工誤差，即襯砌臺車模板半徑比原設計大5 cm。

2)在液壓襯砌臺車模板上放輪廓線c時要考慮隧道縱坡。

3)施工明洞時端模的安裝要考慮隧道縱坡，同時明洞內襯砌縱向鋼筋要伸出端模，便于和斜切段和帽檐鋼筋連接。

4)在施工明洞和斜切段時要考慮預埋件，作為加固帽檐模板桿件的支撐點。

5)由于使用液壓襯砌臺車作帽檐內模的支撐結構，而在安裝邊墻下半部分帽檐內模時，臺車模板影響了帽檐內模準確對位，需對帽檐內模縱橫肋及下口法蘭進行處理，澆筑帽檐混凝土前在臺車模板帽檐內模之間充填水泥砂漿，以保證帽檐內模不變形。

6)由于施工誤差，輪廓線c，d不可能完全在斜切面上，特別是輪廓線d在安裝帽檐外模前需要重新放樣。

5 勞動組織及機具設備

施工人員經培訓合格后上崗，特殊工種應持證上崗，單作業面施工一般需要10人左右，并保持相對穩定，人員分配和調整應按不同工種配齊、配足。施工機具配備與隧道正洞襯砌施工基本相同，只是在臺面帽檐模板安裝時臨時增加1臺吊車即可，見表1，表 2。

6 質量控制措施

1)嚴格測量，采用全站儀精確放樣，尤其是四條輪廓線的放樣，測量的允許誤差均控制在規范規定的允許范圍。2)帽檐模板的安裝精確對位，符合設計要求，采用組合式對拉螺桿，可靠的鋼管支撐加固系統，液壓臺車作為支撐結構，確保模板加固牢固。3)為防止帽檐模板變形，裝卸運輸時嚴禁模板堆壓在一起。

7 安全控制措施

所有參與施工人員必須佩戴安全帽，高空作業人員還應佩帶安全帶。

機械及照明用電應由專職電工負責，非電工人員不得進行任何用電作業。

攪拌機必須由專職司機操作，并應勤檢查，勤維修，使機械始終處于良好的工作狀態。

吊裝帽檐模板時，要有安全員現場指導，使用前要檢查鋼絲繩，始終堅持先檢查后使用的原則。

表1 勞動力組織

表2 主要機具設備表

8 與現有技術相比，具有的有益效果

1)方便機械化施工，可以多作業面平行作業，模板安裝簡單，工效較高。

2)整體模板一次加固成形，確保了外觀尺寸的圓順美觀。

3)施工縫少，增強了明洞及洞門的防水性能。

［1］新建廈門至深圳鐵路廣東段站前重點工程．雙鷹頂隧道設計圖［Z］．武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2007．

［2］廈深鐵路潮汕至深圳段新建工程．雙線隧道洞門參考圖［Z］．武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2007．

［3］TB 10003-2005，鐵路隧道設計規范［S］．