拉法山隧道斜切式洞門施工技術(shù)

胡永強，豆小天

(中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

隨著國內(nèi)高速鐵路的飛速發(fā)展和列車時速的不斷提高，給隧道洞門施工提出了更高要求:既要安全穩(wěn)定符合設(shè)計，又要美觀大方質(zhì)量可靠。鐵路客運專線上多數(shù)采用“斜切式”洞門結(jié)構(gòu)，其特點是能最大限度地減小高速列車進入隧道時瞬間高壓氣流對列車的損害［1］。斜切式洞門結(jié)構(gòu)［2－3］已成為我國高速鐵路隧道的主導(dǎo)洞門形式之一。

目前，國內(nèi)關(guān)于等環(huán)寬斜切式洞門施工技術(shù)的文獻很少，多數(shù)隧道斜切式洞門為帽檐式［4］，其正投影高度均高于等環(huán)寬斜切式洞門的帽檐。文獻［5－6］結(jié)合具體工程實例對帽檐斜切式洞門施工技術(shù)進行了研究和探討，施工時將斜切段和帽檐分次關(guān)模澆筑成型。借鑒以往隧道帽檐斜切洞門放樣及模板施工方法，本文結(jié)合拉法山隧道等環(huán)寬斜切式洞門施工實例，從模板放樣、模板加工與安裝、鋼筋綁扎和混凝土澆筑等方面詳細闡述斜切段長度超過模板臺車長度時一次性將斜切段和帽檐整體澆筑成型的方法，并與其他方法對比分析，總結(jié)其優(yōu)缺點。

1 工程概況

拉法山隧道位于蛟河市慶嶺鎮(zhèn)北4～5 km處，進口位于新開河屯，起訖里程為DK35+965～DK46+000，總長10 035 m，設(shè)計為單洞雙線隧道。拉法山隧道進口洞門設(shè)計為1∶1.5等環(huán)寬斜切式洞門，洞門設(shè)計里程為DK35+965～+992，設(shè)計坡度為17.8‰，全長 27 m，包括斜切段 15.06 m，斜切延伸段 11.94 m。

等環(huán)寬斜切式洞門結(jié)構(gòu)為襯砌斜切面外加斜切橢圓形狀帽檐構(gòu)筑而成。洞門襯砌采用C40鋼筋混凝土，主拱圈襯砌設(shè)計厚度為70 cm，帽檐正投影高度為67 cm。洞門側(cè)視圖如圖1所示，縱斷面圖如圖2所示，正面圖如圖3所示。帽檐輪廓線橢圓要素如表1所示。

圖1 洞門側(cè)視圖Fig.1 Side view of tunnel portal

2 施工總體方案

隧道斜切式洞門采用隧道洞身12 m全斷面液壓模板臺車做內(nèi)模。以襯砌臺車做為施工平臺，人工綁扎鋼筋、安裝外模、安裝擋頭模和止水帶。施工時先施工斜切延伸段，后施工洞門斜切段，斜切段15.06 m和帽檐采用一次性整體澆筑，臺車襯砌長度為11.9 m。另在靠洞口方向加工一套3.16 m長的加長段模板與洞身襯砌模板臺車進行連接，模板弧度與臺車弧度一致。

圖2 洞門縱斷面圖(單位:cm)Fig.2 Longitudinal profile of tunnel portal(cm)

圖3 洞門正面圖(單位:cm)Fig.3 Front view of tunnel portal(cm)

表1 帽檐輪廓線橢圓要素Table 1 Elements of ellipse of brim contour cm

3 洞門施工

3.1 斜切延伸段施工

拉法山隧道進口明洞段長138 m，延伸段長11.94 m，施工時臺車與已施作明洞段二次襯砌搭接6 cm，臺車定位，變形縫處粘貼3 cm填縫材料，施作鋼筋，背模采用木板配合鋼筋箍加固，端頭采用自制模板夾具，后澆筑混凝土。

3.2 斜切面施工

施工工藝流程為臺車定位—安裝加固加長段模板—輪廓線放樣—鋼筋綁扎安裝斜切面模板—安裝洞身側(cè)模及帽檐外模—澆筑洞門混凝土—強度達到設(shè)計要求后拆模—養(yǎng)護。

1)臺車定位。臺車中線與高程定位誤差不大于5 mm，以確保臺車外輪廓尺寸準(zhǔn)確。

2)安裝加固加長段模板。采用拱鋼+鋼板組合作為臺車端頭加長段內(nèi)模。拉法山隧道斜切段總長為15.06 m，臺車總長為12 m，考慮10 cm搭接，還需給臺車加長3.16 m。兩側(cè)矮邊墻比仰拱填充面高出30 cm，在臺車端頭矮邊墻上沿臺車弧度每隔50 cm連接一根I16工字鋼，工字鋼一端與臺車端頭間采用腳板連接，另一端頭采用鋼支撐固定于仰拱填充面上，工字鋼外焊接5 mm鋼板，以確保鋼板外弧度與臺車一致。加長段模板與臺車連接示意如圖4所示。

3)輪廓線放樣。先用CAD計算出各輪廓線坐標(biāo)，再根據(jù)隧道設(shè)計坡度將坐標(biāo)進行調(diào)整，采用逐點放樣法將輪廓線上各點位放樣在模板臺車上。斜切面輪廓線坐標(biāo)見表2。

圖4 加長段模板與臺車連接示意圖(單位:cm)Fig.4 Connection between formworks of extended section of tunnel portal and formwork jumbo(cm)

表2 斜切面輪廓線坐標(biāo)表Table 2 Coordinates of diagonal plane contour cm

4)斜切面模板加工。斜切面由輪廓線B和C兩條橢圓線之間的面積構(gòu)成。由幾何關(guān)系可知，橢圓圓心點即為DK35+967.955里程處的隧道圓心。在平整場地將橢圓線B和C按同一圓心放樣，并將斜切面對應(yīng)部分劃分為43塊(如圖5所示，中線兩側(cè)模板大小對稱)，即加工43塊模板并編號。模板采用木膠板，背后采用5 cm厚木板加固。模板與臺車相接處按照臺車表面斜度加工，以確保臺車與模板接縫嚴密。

5)鋼筋綁扎。斜切式洞門環(huán)框鋼筋設(shè)置4根φ22 mm封口鋼筋直接與襯砌主筋焊接，封口鋼筋間采用“V”字型勾筋連接;拱墻襯砌環(huán)向布設(shè)雙層主筋，主筋采用φ22 mm帶肋鋼筋，縱向間距為200 mm;縱向分布鋼筋采用φ16 mm帶肋鋼筋，環(huán)向間距為250 mm，施工時先施作斜切面上環(huán)框主筋，主筋接頭采用機械套筒連接。安裝固定完成后施作斜切段主筋，主筋長度隨環(huán)框主筋坡度變化而變化，施工時按照設(shè)計要求長度逐一下料并根據(jù)鋼筋層間距及保護層要求采用施作定位鋼筋的方法來準(zhǔn)確固定安裝。

圖5 斜切面模板劃分示意圖(單位:cm)Fig.5 Partition of formworks of diagonal plane(cm)

6)斜切面模板安裝。根據(jù)測量放樣從臺車一側(cè)(以線路左側(cè)為例)按編號順序依次安裝，斜切面模板加固及位置調(diào)整尤其重要，處理不好將影響洞門的整體效果。為確保斜切面坡度準(zhǔn)確，斜切面模板底面支撐在襯砌鋼筋上，頂面采用直徑42 mm無縫鋼管與臺車背模焊接固定，測量組隨時監(jiān)測鋼管坡度及高程，確保每根鋼管位置準(zhǔn)確。模板安裝及加固實物圖如圖6所示。

圖6 模板安裝及加固實物圖Fig.6 Picture of installation and support of formworks

7)外模安裝。洞門斜切段襯砌外模采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)寬30 cm、厚5 mm的木板。模板表面與混凝土的接觸面必須清理干凈并涂刷隔離劑。外模的固定方法有:①外模木板內(nèi)側(cè)環(huán)向采用φ16 mm鋼筋支撐在主筋上，外側(cè)背貼φ16 mm鋼筋環(huán)向箍筋并與基礎(chǔ)地錨焊接，縱向間距1.5 m/環(huán)，箍筋與主筋用鐵絲聯(lián)系緊密;②拱腳部位采用方木做斜向支撐，支撐點落在承壓足夠的邊坡上。拱墻鋼筋的保護層通過保護層墊塊控制，外模安裝時應(yīng)特別注意，避免安裝不到位或支撐過度造成鋼筋保護層厚度不夠。

8)混凝土澆筑。混凝土從模板臺車窗口泵送入模，左右對稱澆筑并按規(guī)范要求進行振搗，臺車前后混凝土高差不能超過0.6 m，左右混凝土高度不能超過0.5 m［7］。在不影響混凝土澆筑質(zhì)量的前提下盡量放慢澆筑速度，并設(shè)專人觀察兩側(cè)模板的穩(wěn)定情況，如有變形及時采取處理措施，脫模后及時采取薄膜灑水養(yǎng)護，并不少于 14 d［7－8］。

9)防排水施工。洞門外露段拱部和邊墻外先涂一層1.5 mm厚水泥基防水涂料，然后施作30 mm厚水泥砂漿保護層后采用C20混凝土回填，回填面以下的拱部和邊墻采用防水層防水［9］。

4 施工注意事項

1)模板加工完成后必須現(xiàn)場試拼裝，保證接縫嚴密、尺寸準(zhǔn)確。

2)由于臺車外模提前涂油，施作鋼筋時作業(yè)人員必須正確佩戴安全帶，確保施工安全。

3)斜切面模板安裝完成后，由測量人員逐塊校準(zhǔn)，檢查位置是否準(zhǔn)確，檢查無誤后逐一加固。在背模模板中部每間隔2 m左右預(yù)留一塊活動板，待混凝土接近該位置時再加固，用于澆筑、觀察和搗固等。

4)由于施工誤差，斜切面模板比設(shè)計加大3 cm，以備修補用。

5)洞門應(yīng)盡早修建，不良地質(zhì)的洞口段必須先完成。洞口施工前應(yīng)先對邊仰坡坡面進行清理，處理好危石及不穩(wěn)定松散體。洞門施工應(yīng)避開雨季，以增強洞口段穩(wěn)定性。

6)洞口段應(yīng)有完整良好的截排水系統(tǒng)，并及時施作邊仰坡刷坡面外的截水天溝和其他截排水設(shè)施，截水天溝應(yīng)和路塹天溝順接或引離洞口，截水天溝應(yīng)有完整的末端設(shè)計及施工，避免沖刷洞口，以保證邊仰坡的穩(wěn)定和洞口基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

7)洞門結(jié)構(gòu)的所有基礎(chǔ)和側(cè)溝鋪砌均需置于穩(wěn)固地基上，基底虛碴必須清除干凈。當(dāng)?shù)鼗休d力小于設(shè)計值時應(yīng)采取加強措施。

8)邊仰坡連接處的刷方采用圓弧順接開挖。高洞口端為反坡時，洞外路塹側(cè)溝應(yīng)做成不小于2‰的反坡，以防止洞外水流入洞內(nèi)。

9)洞門結(jié)構(gòu)施作完成后，應(yīng)及時回填，回填應(yīng)采取對稱分層回填土石并夯實，回填分層厚度宜為0.3 m，兩側(cè)回填土石面高差不得大于0.5 m。

10)洞口施工前應(yīng)夯填平整洞頂?shù)屯荨⑾菘樱员ＷC施工安全。

5 施工效果對比

本方法中帽檐與斜切段一次整體澆筑，與以往分次澆筑的施工方法相比，具有以下優(yōu)點:

1)有效減少了由分次澆筑所形成的施工縫帶來的不良影響，更能保證洞門線性效果和整體質(zhì)量。

2)施工速度快，減少了分次施工造成的材料浪費，縮短了工序重復(fù)轉(zhuǎn)換時間和工人總操作時長，相應(yīng)提高了安全系數(shù)。

6 結(jié)論與討論

1)成功完成了拉法山隧道洞門口的斜切面施工任務(wù)，既滿足了設(shè)計要求，又保證了工程質(zhì)量，達到了快速施工和經(jīng)濟可行的效果。

2)斜切面施工方法實踐性強，經(jīng)濟性好，充分體現(xiàn)了環(huán)保和節(jié)約的原則。

3)由于斜切面模板由小塊模板拼裝組成，需逐一定位加固和測量復(fù)核，且模板拼裝間隙處留有混凝土痕跡，因此需靠后期修補消除。

4)為更好地實現(xiàn)洞門的空間效果，斜切面坡度控制還需要進一步研究，并建議今后此類斜切式洞門進行整體施工，以加快施工進度。

［1］ 劉旭全.大斷面黃土隧道洞口緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工［J］.鐵道工程學(xué)報，2008(7):69 －73，78.(LIU Xuquan.Design and construction of buffer structure of large section loess tunnel portal［J］.Journal of Railway Engineering Society，2008(7):69 －73，78.(in Chinese))

［2］ 陳文.高速鐵路隧道橢圓帽檐斜切式洞門修建技術(shù)［J］.山西建筑，2012(34):197 －199.(CHEN Wen.On maintenance technique for elliptical hat brim slanting tunnel portal of express railway tunnels［J］.Shanxi Architecture，2012(34):197 －199.(in Chinese))

［3］ 王振峰.帽檐斜切式洞門施工技術(shù)初探［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(23):108.

［4］ 張德瑩，陳明長.高速鐵路隧道洞門的施工放樣［J］.電腦知識與技術(shù):學(xué)術(shù)交流，2007(21):798－799.(ZHANG Deying，CHEN Mingzhang.Assisting setting-out survey of the tunnel gate in the high-speed railway［J］.Computer Knowledge and Technology:Academic Exchange，2007(21):798 －799.(in Chinese))

［5］ 尹忠輝.淺談大跨鐵路隧道斜切帽檐式洞門施工技術(shù)［J］.西部探礦工程，2010(1):120 －123.

［6］ 霍玉華，郝東周，謝福明，等.客運專線隧道橢圓帽檐斜切式洞門施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007(S1):81－83.(HUO Yuhua，HAO Dongzhou，XIE Fuming，et al.Assisting setting-out survey of the tunnel gate in the high-speed railway［J］.Railway Standard Design，2007(S1):81 －83.(in Chinese))

［7］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［8］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［9］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路隧道防排水施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.