淺談棧橋式仰拱臺車施工技術(shù)在鐵路雙線隧道中的應(yīng)用

周旺仁

中交第三航務(wù)工程局有限公司江蘇分公司

1 前言

在當(dāng)前的鐵路隧道施工中，常因沒有理想的配套設(shè)備和施工工藝，導(dǎo)致仰拱施工的質(zhì)量和進(jìn)度難以保障，前方影響掌子面的開挖掘進(jìn)，后方又耽擱二襯的施作，仰拱已成為隧道施工的控制性工序。為保證施工質(zhì)量基礎(chǔ)上加快仰拱施工速度，工地先后采取了單棧橋配1.5m 弧長的鋼模板和雙棧橋配合3.0m 弧長的鋼模板等方法，但無法持續(xù)穩(wěn)定完成安全、質(zhì)量及進(jìn)度目標(biāo)。本文介紹的棧橋式仰拱臺車施工技術(shù)，此工藝1.5天即可完成一模（12m）仰拱及填充的任務(wù)，且現(xiàn)場操作簡單，無須其他機(jī)械配合，不僅解決了仰拱施工進(jìn)度落后于開挖進(jìn)度問題，還提高了仰拱施工質(zhì)量。

2 工程概況

深茂鐵路某隧道全長6258m，為雙線隧道，設(shè)計(jì)行車速度為200km/h。隧道圍巖約80%為II 級、Ⅲ級，20%為Ⅳ級、Ⅴ級；洞身圍巖以花崗巖為主。

本隧道設(shè)計(jì)凈空半徑R=603cm，仰拱兩側(cè)為弧長l=125cm、半徑R=230cm的圓弧，中部為弧長l=880cm，半徑R=1315cm的圓弧。預(yù)留中心水溝寬110cm，深82cm。根據(jù)鐵路隧道相關(guān)規(guī)范要求，仰拱混凝土要一次性整體澆筑，不留施工縫，仰拱與填充混凝土應(yīng)分開澆筑。

3 先后采取的仰拱施工方法介紹

（1）本隧道進(jìn)洞段為V、IV 級軟弱圍巖，襯砌結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，仰拱鋼筋可以作為仰拱兩側(cè)弧形模板定位的受力支點(diǎn)，因此采取了單幅棧橋配合弧長1.5m的弧形模板的方法（見圖1、圖2），平均3天完成一板（6m～12m）仰拱，滿足月施工60m～100m的要求，總體質(zhì)量可控。但是后續(xù)圍巖為Ⅱ、Ⅲ級，仰拱結(jié)構(gòu)為素混凝土，導(dǎo)致仰拱弧形模板安裝需架設(shè)大量支立模板鋼筋，定位困難且鋼筋浪費(fèi)較多，同時(shí)開挖掘進(jìn)速度又加快，這個(gè)工藝不適應(yīng)于素混凝土仰拱施工。

圖1 仰拱弧形模板安裝

圖2 仰拱填充分開澆筑

（2）針對上述工藝在素混凝土仰拱施工地段的不足之處，決定采用兩幅棧橋配備弧形模板工藝（見圖3），一方面解決仰拱弧形模板定位困難問題，另外也解決了仰拱澆筑混凝土過程中與掌子面出渣等工序的影響；此工藝中將仰拱弧形模板長度增至3.0m（見圖4），解決仰拱邊墻部位混凝土下趟流動(dòng)不易成型的問題。通過上述改進(jìn)，仰拱施工速度與質(zhì)量都有了一定提高，基本能滿足仰拱月進(jìn)尺120m～150m的目標(biāo)。但這種方法要挖機(jī)配合移動(dòng)棧橋和弧形模板定位，耽誤挖機(jī)開挖作業(yè)時(shí)間；當(dāng)進(jìn)入II級、III 級圍巖時(shí)，掌子面開挖掘進(jìn)的速度大幅提高，月進(jìn)尺約160m～180m，仰拱采用此工藝施工同樣也跟不上掌子面的掘進(jìn)速度；加上出渣車、罐車通過棧橋時(shí)晃動(dòng)，會造成支撐于棧橋上的弧形模板產(chǎn)生一些松動(dòng)，導(dǎo)致邊墻局部出現(xiàn)線型不順直現(xiàn)象。

圖3 雙棧橋

（3）因?yàn)檎谱用骈_挖速度加快，為滿足安全步距要求和提高仰拱實(shí)體質(zhì)量，我們引進(jìn)了目前鐵路隧道仰拱施工較先進(jìn)的設(shè)備-棧橋式仰拱臺車；在原有棧橋式臺車的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了局部改造，以滿足現(xiàn)場施工的需要。原棧橋式仰拱臺車主要由25.8m長移動(dòng)式棧橋、配套一體式仰拱模板及吊運(yùn)設(shè)備三部分組成，其與前述兩種仰拱施工方法相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：①棧橋可快速自行向前、后、左、右移動(dòng)，全過程無須其他機(jī)械配合；②仰拱弧形模板通過端頭梁形成一個(gè)整體，通過吊運(yùn)小車可實(shí)現(xiàn)整體快速移動(dòng)、定位，定位完成后與棧橋分離，不受棧橋過車時(shí)變形的影響，仰拱邊墻線型順直且更易振搗密實(shí)；③仰拱混凝土澆筑完成待其終凝后，拉起弧形模板至豎直位置再行澆筑填充混凝土，方便快捷。但是剛開始使用此方法還存在如下幾點(diǎn)不足：①仰拱及填充端部模板不易支立，且脫模后外觀質(zhì)量較差；②缺少配套的中心排水溝整體式模板，導(dǎo)致中心排水溝模板定位耗時(shí)耗力且外觀質(zhì)量差；③單幅棧橋，混凝土澆筑與掌子面出渣互相影響；④弧形模板滑行鐵輪太靠近溝邊導(dǎo)致填充混凝土面容易開裂。

針對上述幾點(diǎn)不足，我們采取了如下改進(jìn)措施：①加工了配套的鋼板作填充端部模板；②端頭梁外沿加焊鋼管作為背撐，仰拱端部模板只需將厚5cm 木板插入即可；③加工一個(gè)配套的整體式中心水溝鋼模板；④優(yōu)化了仰拱澆筑混凝土與掌子面出渣的工序組織，仰拱混凝土澆筑安排在掌子面鉆孔時(shí)間段，同時(shí)要求攪拌站增加罐車數(shù)量保障快速完成混凝土的澆筑工作；⑤將弧形模板滑行鐵輪改移到距離溝邊30cm 處。經(jīng)過上述這些改造，大幅提升了棧橋式仰拱臺車的實(shí)用性，提高了仰拱的施工速度與質(zhì)量。此方法1.5天即可完成一模（12m）仰拱及填充，不僅能夠滿足仰拱月進(jìn)尺180m 的進(jìn)度要求，安全步距可控，而且澆筑的仰拱矮邊墻線性直、弧形圓順。

4 棧橋式仰拱臺車的施工工藝

（1）隧底開挖、出碴，為加快仰拱循環(huán)作業(yè)速度，采取在仰拱填充混凝土硬化的過程中進(jìn)行下一模仰拱開挖等措施；在仰拱出渣時(shí)，人工配合挖機(jī)清理仰拱底部虛渣。

（2）測量放樣，確定端頭梁位置及高程。

（3）棧橋就位，使棧橋與隧道中線平行，橋面基本水平以方便仰拱模板吊運(yùn)，并要注意靠掌子面一端與石渣平臺搭接1.5m寬且要平整。

（4）用葫蘆把端頭梁與起吊吊車連接拉緊后，收起端頭梁的立柱，使模板系統(tǒng)處于懸吊狀態(tài)。

（5）啟動(dòng)電動(dòng)絞車，拉動(dòng)模板系統(tǒng)向前移動(dòng)至指定位置。

（6）利用掛在棧橋上的兩個(gè)手動(dòng)葫蘆吊住端頭梁，用水平靠尺檢測其是否定準(zhǔn)確定位于設(shè)計(jì)高程，否則使用手動(dòng)葫蘆上下調(diào)整端頭梁至所需高程。

（7）用千斤頂橫向調(diào)整端頭梁至設(shè)計(jì)平面位置，并用鋼管加木砌塊完成橫向定位工作。

（8）調(diào)整端頭梁左右兩根豎直絲桿，使端頭梁支撐于隧道底部的硬巖上。

（9）安設(shè)仰拱端頭木模板和止水帶等防排水系統(tǒng)，因?yàn)樘畛涠骂^板采用鋼板與端頭梁焊接成一個(gè)整體而無須安裝。仰拱端頭模板工藝為：在端頭梁上沿外側(cè)10cm處加焊一圈￠42mm的鋼管作為背撐，插入木板并用木楔塊加塞牢固。將背貼式橡膠止水帶平順的安放在隧底，中埋式橡膠止水帶采用鋼架卡50cm一道固定于仰拱端頭木模板上，拆模后輕輕拉出即可，下一板仰拱開挖要注意保護(hù)不被挖機(jī)破壞。

（10）整體式中心排水溝模板挪至所需位置，撐開絲桿至所需寬度。

（11）澆筑仰拱混凝土：因仰拱中部弧形半徑大，坡度比較平緩，可不設(shè)模板，混凝土通過自然攤鋪的方法從中間向兩邊澆筑，混凝土澆至仰拱模板下沿時(shí)，混凝土改由仰拱兩側(cè)的頂部入模，使仰拱混凝土一次澆筑完成。

（12）仰拱弧形模板翻轉(zhuǎn)，利用葫蘆拉起弧形模板翻折到豎直位置。

（13）待仰拱混凝土終凝后，澆筑仰拱填充混凝土，混凝土罐車直接從棧橋上配合溜槽即可快速澆筑混凝土。

（14）填充澆筑完成8小時(shí)即可進(jìn)行仰拱端頭和中心排水溝脫模工作，同時(shí)進(jìn)入下一循環(huán)的開挖施工。仰拱端模只要敲掉木砌塊即可拔出木板，脫模容易，成型效果較好。中心排水溝鋼模板收緊內(nèi)側(cè)絲桿，模板即自動(dòng)與混凝土面分離，十分方便，外觀質(zhì)量亦較好。

5 結(jié)語

棧橋式仰拱臺車的使用，提高了仰拱的施工質(zhì)量，大大加快了仰拱的施工進(jìn)度，降低了工人的工作強(qiáng)度，無須挖機(jī)等機(jī)械的配合，降低了成本。

（1）工程質(zhì)量明顯提高。常規(guī)施工方法存在著仰拱矮邊墻與拱墻二襯錯(cuò)臺明顯、矮邊墻線形不順直、邊墻模板脹模等缺陷，且仰拱模板不易支設(shè)固定，棧橋式仰拱臺車施工方法采用仰拱弧形模板與端頭梁整體定位固定，模板剛度好，有效避免了上述問題，澆筑后的矮邊墻順直，觀感質(zhì)量好，與拱墻二襯交界位置錯(cuò)臺明顯減少，使仰拱及填充混凝土真正達(dá)到了內(nèi)實(shí)外美。

（2）為隧道快速掘進(jìn)提供了保障，確保了安全步距。常規(guī)仰拱施工最快速度為120m～150m/月，而棧橋式仰拱臺車法施工，1.5 天一個(gè)循環(huán)，平均每天8m，理論每月可施工240m，考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，完全可實(shí)現(xiàn)180m/月的目標(biāo)。可滿足仰拱步距要求，高效的仰拱施工也給掌子面的開挖掘進(jìn)與后續(xù)的二襯施工提供了更多的安全與進(jìn)度保障。

（3）棧橋式仰拱臺車需要改進(jìn)的地方。①仰拱及填充混凝土澆筑時(shí)間較長，混凝土澆筑與洞內(nèi)出渣共用一幅棧橋，互相影響，有待日后加以解決。②此套設(shè)備目前來說較為先進(jìn)，但是其附屬構(gòu)件容易損壞，需要建立日常保養(yǎng)制度并堅(jiān)持貫徹執(zhí)行。③對于仰拱小邊墻頂面縱向施工縫止水帶、仰拱端部環(huán)向施工縫止水帶安裝固定方法以及仰拱端部模板組合安裝方面需進(jìn)一步創(chuàng)新，做到與棧橋式仰拱臺車配套使用，達(dá)到機(jī)械化、一體化的目的。