大斷面淺埋高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術設計及應用

摘要：針對鐵路隧道仰拱施工變形較大，導致隧道失穩的問題，研究大斷面淺埋高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術這一課題。搭設高速鐵路隧道仰拱移動模架，滿足仰拱混凝土一次性整體澆筑的施工需求。開挖大斷面淺埋高速鐵路隧道仰拱下臺階，將仰拱初期支護與下臺階同時施工，壓縮仰拱封閉時間。加固隧道圍巖層仰拱基底，避免基底出現泥化現象，從而實現隧道仰拱的高質量施工。采用實例分析的方式，驗證了施工技術的施工變形較小，避免了隧道失穩的隱患，具有較高的推廣價值。

關鍵詞：大斷面；淺埋；高速鐵路隧道；仰拱施工關鍵技術；移動模架；基底

0" "引言

鐵路仰拱在開挖過程中，受到隧道結構受力的復雜性影響，墻底與仰拱連接處的應力較為集中，很容易出現隧道失穩的現象，影響鐵路運輸安全性。針對此類問題，研究人員設計了多種仰拱施工技術。其中，基于富水煤系地層的高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術，與基于預埋套筒+普通螺紋道釘的高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術的應用較為廣泛。

基于富水煤系地層的高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術，主要是解決富水煤層初期支護不及時出現的仰拱施工變形問題，在富水煤系地層進行加固，預防基底通水問題，極大程度上保證了施工的安全性[1]。基于預埋套筒+普通螺紋道釘的高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術，主要是結合預埋套筒+普通螺紋道釘的優勢，將仰拱結構施工完整，保證仰拱施工的整體完整性[2]。

以上兩種施工技術均能夠對隧道仰拱進行施工，但是受到內層主筋與外層主筋的斷面距離影響，仰拱施工并未控制保護層厚度，容易出現內外層間距誤差較大的問題，從而造成隧道失穩的隱患[3]。因此本文設計了大斷面淺埋高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術。

1" 大斷面淺埋高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術設計

1.1" " 搭設高速鐵路隧道仰拱移動模架

仰拱作為隧道工程的重要部分，對于隧道的穩定性具有重要作用。本文在進行仰拱施工之前，將仰拱移動模架進行搭建，作為仰拱的臨時支撐，以滿足仰拱混凝土一次性整體澆筑的施工需求。

仰拱移動模架主要包括了仰拱模架、端頭梁、棧橋等[4]。本文以仰拱移動模架為中心，將施工區域劃分成兩部分。區域一為隧道底部挖掘、清理基底。區域二為仰拱移動模架搭設、混凝土施工。

仰拱斷面的存在微弱的坡度，在不搭設仰拱移動模架的情況下，很難進行下一道工序。采用大面積的鋼板組成模板，每塊長度設定為6m，寬度在1.0～1.2m的范圍內，使其具有足夠的強度，固定仰拱支護。考慮到隧道內存在施工設備配套的情況，本文將仰拱移動模架的棧橋采用兩片式分離，每片質量10t，使用一臺設備即可完成棧橋的移動[5]。仰拱棧橋簡易圖如圖1所示。

棧橋長度根據隧道仰拱施工需求為主。在仰拱施工過程中，棧橋兩端長度各預留2.5m，端頭梁寬度約1.5m，整體有效工作面保持在12m以上，以使棧橋能夠平均分攤兩個仰拱斷面的荷載[6]。

考慮到隧道的實際需求，將棧橋設計成了雙層結構，上層結構為2000mm的“工”字鋼，做成弧形，與仰拱保持一致。下層結構為3600mm的“工”字鋼，上下兩層之間每隔1.0m搭設一個聯系梁，使仰拱的荷載均勻地分布到每一個聯系梁上，從而保證仰拱支護穩定性。

1.2" " 開挖大斷面淺埋高速鐵路隧道仰拱下臺階

本文使用仰拱模架，在區域一進行仰拱右側開挖，區域二安裝仰拱模板，澆筑混凝土。第一階段完成之后在區域一仰拱出碴，隨后在區域一左側仰拱開挖，區域二澆筑混凝土。直到區域一與區域二施工完成，混凝土養護10h之后脫模，進行仰拱下臺階的挖掘工作[7]。

本文將支護施工與臺階施工同時進行，縮短了施工時間，有效地提高了仰拱施工的效率。隧道工程中，仰拱下臺階的開挖較為復雜，在搭設仰拱移動模架之后，其與仰拱初期支護形成封閉環，采用從上到下的順序完成扒碴、立拱施工，同時完成仰拱回填作業，由此縮短作業時間，保證施工效率。仰拱下臺階開挖流程如圖2所示。

在進行仰拱下臺階開挖的過程中，采用上、下臺階同時爆破的形式，對隧道仰拱的施工變形進行控制，使變形的概率降低30%左右。在滯后的工作面開挖下臺階，能夠單獨施工，平行作業，一次性的開挖效率更高，保證了下臺階的整體開挖效果[8]。使用仰拱模板，將仰拱清碴、鋼筋綁扎、模板安裝等工序的封閉時間壓縮，仰拱的施工長度可達12～24m，利用棧橋前行一次之后，即可進行下一道工序的施工。

1.3" " 加固隧道圍巖層仰拱基底

仰拱施工過程中，很容易產生機械擾動，出現圍巖水化的現象。鑒于此，對隧道圍巖層仰拱基底進行加固，避免基底出現泥化現象，從而實現隧道仰拱的高質量施工。本文根據施工條件，對仰拱鋼筋進行焊接，如表1所示。

仰拱鋼筋焊接完成之后，清理仰拱下臺階基底，并在仰拱弧形圈的支護區域鋪設20cm厚度的碎石。棧橋放置完成之后，在基底進行注漿加固，注漿孔深度約3.0m，碎石層隔絕水分，有效地加固了仰拱基底。

2" "工程實例分析

2.1" " 工程概況

為了驗證本文設計的仰拱施工技術是否具有使用效能，本文以X高速鐵路隧道為例，對上述技術進行實例分析。X高速鐵路隧道全長約9898m，起止里程為DK80+800～

DK90+700。隧道以II級與III級圍巖為主，施工過程中很可能遇到巖溶、巖爆、暗河等問題，使得施工工期延長。

X高速鐵路隧道日常涌水量達到了54000m³/d，雨季涌水量超過日常的2倍。如果存在隧道暗河，涌水量無法估算，將會對整個隧道仰拱工程造成影響。按照周圍隧道開挖遇到的暗河最大涌水量380000m³/d，本次施工可能會遇到420000m³/d的涌水，屬于I級高風險隧道。D3K80+650～D3K80+740施工段主要以III級圍巖為主，在此施工段內采用臺階方法開挖，在巖層較為完整的區域進行仰拱施工。隧道圍巖施工工序如圖3所示。

如圖3所示，A區域為上半斷面開挖，B區域為上半斷面初期支護，C區域為下半斷面開挖，D區域為下半斷面初期支護，E區域為全斷面模筑砼。本次工程以B→A→D→C→E的順序進行施工，每開挖3～3.5m，在開挖區域噴射3～5cm厚度的混凝土。

仰拱與拱墻的分界高度約為10cm，根據X高速鐵路隧道的施工條件，一次性完成仰拱施工，并未預留施工縫。仰拱施工流程如圖4所示。

本次工程將仰拱段的一次開挖長度控制在6m左右，分別進行了開挖出碴、清理、仰拱模板搭設、仰拱混凝土施工、等強時間、填充混凝土、移動棧橋施工等施工工序，施工模架無需其他機械的合作，有效地避免了其他機械設備的干擾，保證仰拱施工的整體質量。

2.2" 應用效果

在上述施工條件下，本文隨機選取了多組仰拱施工工序，在仰拱開挖長度為6～18.0m的范圍內，布設多個斷面監測點，分析各個監測點的仰拱變形情況。在斷面測點變形要求一致的條件下，使用本文設計的仰拱施工技術，對斷面測點變形進行分析。應用結果如表2所示。

隨機選取的仰拱開挖長度為6.0m、12.0m、18.0m，每次開挖的仰拱工序選擇為隧底開挖、仰拱模板安裝、填充混凝土澆筑，每次開挖的長度控制在6m，即可保證工程的施工需求。

在此仰拱施工工序下，本文隨機選取了多個斷面。斷面上各個監測點的變形要求不同，超過此變形要求，就會影響仰拱施工質量，出現施工隱患。使用本文設計的仰拱施工技術后斷面測點變形量，均在斷面測點變形要求的范圍內。在滿足上述仰拱開挖長度條件下，變形量均≤4.0mm，由此證明使用本文設計的施工技術，仰拱施工完成之后變形較小，仰拱施工穩定性較高，能夠高質量地完成仰拱施工。

3" 結語

隧道仰拱是整個隧道工程的關鍵環節，對于隧道施工穩定性具有重要作用。在仰拱施工過程中，很容易出現受力不集中、仰拱結構失穩等現象，嚴重制約了隧道仰拱結構的施工效果。本文設計了大斷面淺埋高速鐵路隧道仰拱施工關鍵技術，從搭設仰拱模架，開挖仰拱下臺階、加固仰拱基底等方面，確保隧道仰拱施工的穩定性。

參考文獻

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