礦山法鐵路隧道拱部襯砌預制及施工技術應用探析

吳聞金

摘要：常規礦山法鐵路隧道襯砌施工拱部位置容易發生質量問題，如厚度不達標、密實度低、中空、脫落等[1]。以鐵路隧道工程實例為依托，參考實際隧道空間環境、機械設備、工程質量需求等因素，建立行之有效的拱部襯砌預制結構工藝和裝設方案，規范拱部預制襯砌安裝施工過程，以有效避免襯砌拱部常見病害，確保鐵路隧道拱部襯砌預制襯砌的施工效果和質量。

關鍵詞：礦山法; 鐵路隧道; 拱部預制襯砌; 施工技術

0? ?引言

隧道拱部結構背部脫空、襯砌厚度不達標等會引發結構脫落風險，對隧道的正常運轉安全構成影響。通過預制拼接裝配襯砌工藝，可有效避免以上常見隧道病害。通過部分預制、整體預制的方式將較突出的拱頂襯砌位置缺陷，通過科學預制工藝技術完成標準、量化的預制，可從根本上消除澆筑施工不達標引發的隧道拱部質量問題。大規格尺寸的預制構件制備精度高、裝運及吊裝難度大，且有限空間的大幅寬預制構件裝配作業更加繁瑣復雜，對拼接精度等級要求更高，易對相關實施工序構成影響。基于此，結合隧道施工實際案例，對預制襯砌接頭位置施工難點制定科學裝配方案，順利完成拱部襯砌預制和澆筑拱墻的拼裝。

1? ?工程概述

某鐵路樞紐環線隧道總長237m，整體結構為單洞雙線型隧道，設計通行時速120km/h。隧道截面最大挖設跨度達15m，高度達11.8m，作業挖設最大截面面積可達149m2，隧道斷面規模較大。隧道區段拱部預制襯砌拼接總長127m，相應大球狀接頭預制襯砌59m，L型榫接頭預制襯砌68m，拱部預制襯砌幅寬2m、弦長8.3m，預制襯砌管片為63片。拱部采用防滲等級高于P12的C50型鋼筋混凝土，邊墻通過現場模筑完成，其他區段通過現場整體全環澆筑實現。

鑒于預制襯砌構件質量大，為確保襯砌吊裝作業的安全實施，需科學編排吊裝孔數和點位。為分散吊裝過程中吊裝孔應力，選擇按預制襯砌縱向拉通方式設置通長吊裝孔，各環設置2個吊裝孔，為預制襯砌使用，孔徑設置為50mm，孔距4.5m。本鐵路隧道拱部預制襯砌截面如圖1所示。

2? ?隧道拱部襯砌預制施工技術

2.1? ?制備和裝設模板

為實現隧道拱部預制襯砌的防滲等級、裝配結構受力等級達標，預制結構襯砌模具應選取高精度鋼模，鋼模應具備良好的剛度、強度、密封和穩定效果，并可達到工程所需的外形、尺寸要求[2]。隧道拱部結構制備及拼接安裝應具備項目要求的工程精度標準，制備模板之前，應完成建模實驗論證。

模板裝配方式選擇固定臺座法。拱部預制襯砌模具結構組成主要包括，可拆解端模、側模、底模、蓋模、底模、安裝平臺等構件。模具通過專業廠家預制加工制備，在廠家完成預拼裝和調測，驗證符合項目標準后運至施工現場完成拼接安裝。隧道項目整體拱部預制襯砌模板設計結構如圖2所示。

針對拱部預制襯砌模具裝運、吊裝等工序引起的模具精度改變情況，運至隧道場地后應進行必要的精度測量和調整[3]。裝配完畢應進行模具凈高、凈寬、埋裝位置、安裝幅度等規格的檢測，如誤差超標應調整至規定標準。鋼制模板的隨機合模檢測精度等級，應不低于拱部預制襯砌精度0.15mm等級，如檢測精度不達標應及時糾偏。

2.2? ?鋼筋的預制加工和裝設

隧道鋼筋部件的加工和裝設是整體拱部襯砌結構施工的關鍵，尤其是針對鋼筋的球形、L型連接部位[4]。依據隧道拱部結構鋼筋設計方案，完成鋼筋骨架胎具的預先制備，以提升后續鋼筋裝設精度。在鋼筋骨架胎具上完成鋼筋的焊接定型，達到項目規定標準后，通過桁架完成整體鋼筋骨架吊裝入模。

入模過程中，應確保鋼筋骨架準確定位于拱部模板中間點位，預埋構件埋設位置符合設計要求，并做固定處理，避免振搗操作混凝土時出現位置偏移。具體隧道拱部連接位置鋼筋布置如圖3所示。

2.3? ?拱部混凝土預制襯砌

2.3.1? ?填筑混凝土拌制

將拌和站統一攪拌的混凝土拌合料運至施工場地，采用桁車吊裝進模。正式填筑前，應保證和易性和坍落度參數達標。填澆順序應按由兩端向中間實施分層振搗澆筑[5]。首先實施弧面兩端最低點的混凝土澆筑，并逐漸向中間高點實施逐層澆筑，逐層厚度控制在0.2m。單塊蓋模選擇1m×0.5m規格尺寸，按自下而上的次序實施合模操作，初始蓋模應先選擇一塊，填筑完成端部位置后，再依據設計順序實施合模填筑，兩端澆筑時應保持對稱同步實施。

2.3.2? ?振搗

隧道拱部L型連接位置鋼筋布控密集，如未實施充分振搗，氣泡難以清排，容易導致混凝土密實度不達標，形成表面的麻面、蜂窩等問題。本項目選擇30型振搗棒配合外模平板的方式實施振搗作業。嚴格控制振搗作業時長，避免因振搗時長過多引起混凝土離析，因振搗時長過短引起混凝土密實度不達標。振搗過程中，應避免振搗棒觸及預埋件、鋼筋、模板等部位，以防止引起鋼筋、預埋件的損壞、偏移等。澆筑及振搗時，應保證模具的清潔度，及時清除模具附近混凝土殘渣。

2.3.3? ?拱部收面

為達到預制襯砌拱部外觀的平整效果，應對表面做二次抹光收面處理。先實施整體粗收面，主要針對表面的麻面實施修補。通過二次實施精細收面，以達到表面的平整平滑效果。收面處理時應控制溫度影響，選擇合理時機，避免預制襯砌外表出現收縮裂縫。

2.4? ?拱部混凝土預制襯砌脫模及保養

2.4.1? ?拱部結構脫模

脫模操作實施前，應確保混凝土強度達到設計強度的80%標準，且強度值應大于10MPa。按照由側模至端模的次序實施脫模。脫模作業應借助龍門起重機桁架吊裝拆卸，尤其在拆卸L型端頭模板過程中，應掌控拆模力度，禁止強力拉拽造成對L型連接處的損壞。

完成端頭、側模模板及相關構件拆卸后，應在預留吊裝孔洞位置裝配專業吊裝模架實施吊裝作業。脫模完成后，應在預制襯砌內弧明顯位置標明具體型號、制備日期及編號，做到編號同鐵路隧道里程一一對應，以便于后續的查找和拼裝。

2.4.2? ?拱部預制襯砌結構保養及存放

完成混凝土填筑作業后，應使用薄膜、土工織物實施覆蓋保濕保養，直至達到設計抗壓強度后，實施脫模，以保證拱部預制襯砌效果[6]。拆模后將襯砌結構運至保養區域，做噴淋保養處理，保養周期應保證超過14天。

控制襯砌結構同養護環境溫差在20℃以內，保養完成運至指定場地存放。存放位置應具備一定承載支撐性能，并確保排水良好和方便裝運。襯砌結構應弧面向下放置于固定支架位置，襯砌結構與支架間應布設柔性墊條，襯砌結構疊放最大層數為2層。專業平板車裝運時，同樣需保證弧面向下置于車斗內的專業直架上，避免疊加放置。

2.5? ?拱部襯砌結構質檢及性能測試

完成拱部襯砌預制結構制備后，應逐一檢測拱部襯砌預制結構的規格尺寸、預埋點位、外觀質量等參數。出廠前應參照檢測規范做測漏、抗彎、混凝土強度等測試，驗證符合工程要求后進場使用。

3? ?礦山法鐵路隧道拱部襯砌安裝施工技術

3.1? ?隧道拱部預制襯砌安裝方案設計

3.1.1? ?整體方案設計確定

基于本項目鐵路隧道空間環境、設備狀況、工程質量及進度要求標準等因素，考慮到預制襯砌頂部抬升移動小車需要行進較長距離的行進，并需保證高標準的平穩性和精度需求，因此本鐵路隧道拱部襯砌結構安裝選擇利用先墻后拱，并沿掌子面縱向拼裝方法完成。

3.1.2? ?實施方案內容

將預制襯砌縱向頂舉點位，設定在掌子面前側沒有裝設邊墻區域，利用邊墻臺車進行邊墻襯砌施工。將預制襯砌結構運至臨近掌子面區域襯砌邊墻附近，利用專業襯砌拼裝移動小車，抬升預制襯砌結構至略高于安裝高度，將未施工邊墻位置設定為初始點位，向已拼接拱部二襯縱向方向運送拱部預制襯砌結構，到達預計地點后實施拼裝。

3.2? ?隧道拱部預制襯砌安裝施工

3.2.1? ?預制襯砌安裝施工前準備

基于先墻后拱、沿掌子面縱向拼裝方式，隧道的挖設、仰拱、填筑應依據礦山法隧道實施工藝有序完成。邊墻通過高精度懸臂邊墻模板臺車完成一體式填澆定型，待懸臂側墻混凝土強度達到設計強度的80%標準，且強度值應大于10MPa的設計要求標準后，裝配預制襯砌結構。

3.2.2? ?預制襯砌安裝施工

整體安裝過程主要采用襯砌結構裝運運輸車、預制襯砌安裝設備、提升門機等機械設備。安裝襯砌結構前，依據鐵路斷面同樣大小比例構建模型。模型截面長10.5m、寬15m，整體由初期支護外殼、兩端澆筑邊墻、上端拱部預制襯砌等部分構成。拱部預制襯砌結構同現場澆筑結構搭接使用L型搭接結構，初期支護外殼下方裝設10m距離鋼軌，以達到外殼縱向平移的功效。

整個拱部預制襯砌結構安裝工序如下：將拱部預制襯砌結構從預制加工廠預制隧洞口位置，并經由裝運車將襯砌結構送至隧道指定安裝區域。通過提升門機將拱部預制襯砌結構置于專業安裝機械上，實施必要的接縫防滲處理后，實施拱部襯砌裝設。拱部襯砌按單組6片實施裝設，襯砌安裝機械分別以組為單位將襯砌結構運至指定施工方位，每完成6組裝設后，通過螺栓實施緊固，隨即完成拱部襯砌壁后側的混凝土注漿處理。按照以上工序依次往復完成隧道內全部拱部的預制襯砌裝設，直至項目隧道全部襯砌結構裝設完成。

3.2.3? ?預制塊拼裝精度質量控制

針對拱部預制襯砌結構的現場拼裝施工工藝及安裝精度質量控制，重點對隧洞裝運、洞口吊裝運輸、隧道內運輸、轉動襯砌預制結構、拼接位置防滲處理、預制結構置頂與平移、螺栓緊固、預制結構管片的回填注漿處理等工序進行質量控制。

4? ?結束語

本文結合實際鐵路隧道工程襯砌工程案例，分析大尺寸隧道拱部預制襯砌施工技術特點，嚴格控制大規格尺寸拱部襯砌預制構件的制備精度和安裝精度，以有效防止襯砌拱部出現典型質量缺陷。在綜合考量實際隧道空間條件、設備機械、項目進度及質量要求求等因素基礎上，建立合理的拱部襯砌預制結構工藝和裝設方案，保證了鐵路隧道拱部襯砌預制結構的高質量施工。

參考文獻

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