高速铁路双线隧道仰拱机械化快速施工技术

高速铁路双线隧道仰拱机械化快速施工

技术

摘要：传统仰拱施工存在工程进度慢、质量差等问题，通过对技术工艺与施

工设备进行改进后，形成快速施工技术。将技术应用到具体施工中可知，仰拱机

械化快速施工技术可以加快施工速度，确保仰拱和掌子面安全距离，施工质量高。此次研究主要是介绍高速铁路双线隧道仰拱机械化快速施工技术，希望能够对相

关人员起到参考性价值。

关键词：高速铁路；双线隧道；仰拱；机械化；施工技术

应用台阶法开展隧道施工之前，当台阶的长度比较长时，会对隧洞施工安全

造成极大影响。按照隧道安全施工技术要求可知，3级围岩中，仰拱和掌子面的

距离控制在90m以内；在4级围岩中，二者距离小于50m。在完成隧道开挖后，

必须做好初期支护。且不同级围岩仰拱和掌子面间距控制在35m以内。即使在正

常开挖速度下，仰拱施工速度与掌子面的差异比较大，无法确保浇筑质量。为了

确保掌子面与仰拱施工满足要求，加快仰拱施工时间，必须对施工技术进行优化

改进。此次研究结合实际工程案例，分析仰拱快速施工技术。

1、工程概况

A铁路工程正线总长度为846.015km，设计速度为每小时230km，预留

280km/h提速空间。该工程的土质条件为发育岩溶，共计20座隧道，占据总线路

长度的70.7%，存在4座一级风险隧道。

隧道仰拱两侧圆弧的半径为214cm，弧长度为230cm；中部圆弧的半径为

1366cm，弧长度为945cm。仰拱最低位置与最高位置的差值为180cm。对于仰拱

混凝土来说，需要应用一次浇筑法，不需要预留施工缝。对于仰拱与填充部位，

则需要采用分层浇筑法，将中心水沟预留在混凝土中，宽度与深度分别为1m和

1.2m。由于仰拱施工速度，会对初期支护封闭时间、二次衬砌时间造成影响。即

使处于正常开挖速度下，传统施工方式也无法确保进度与质量标准。特别是在3级围岩隧道施工中，整个开挖速度比较快，会影响工程质量安全。

2、仰拱施工技术分析

2.1仰拱分幅施工技术

该项技术是将隧道仰拱分化为两个半幅进行施工，在半幅施工中，可以将另半幅作为运输通道，整个隧道内部采用交叉施工方式。仰拱施工需要应用人工摊铺技术，机械设备主要为常规浇筑、振捣设备，没有应用专门的施工设施。

2.2仰拱栈桥施工

在隧道底部架设仰拱栈桥，确保运输的连续性，之后开挖栈桥下仰拱与填充混凝土浇筑。当混凝土达到预设强度后，将仰拱栈桥移动到预定施工位置。同时将栈桥两端分别搭设在隧道渣石与仰拱填充上，确保整个施工过程的循环性。在仰拱施工期间，栈桥上可以通行车辆，以此解决底部施工和运行车辆通行问题。

2.3平行导坑运输法

在运输隧道内渣料时，需要应用平行导坑方式。在仰拱开挖施工、运输中，不会导致各工序干扰，因此应用一般混凝土浇筑与振捣设备即可。在设置平行导坑时应当考虑到多个因素，特别是经济成本因素，所以这种方法的应用比较少。

2.4支墩施工技术

在隧道一侧设置运输轨道，对异侧隧底部进行清理，选择长度为40m的隧道段，每相隔3m设置混凝土支墩，同时在支墩搭设扣轨，将栈桥作为车辆通行载体。在对另一侧隧底进行清理时，需要采用分段灌注方式，以此保证仰拱的灌注效果。在浇筑仰拱时，运输车直接倾倒混凝土，由施工人员摊铺。通过振捣器进行振捣。在施工期间需要注意以下问题：由于支墩技术是一种仰拱栈桥技术，在应用该项技术时，必须联合简易栈桥、混凝土运输设备、振捣设备。

2.5仰拱预制施工技术

该项施工技术多应用于TBM隧道中，在加工厂预制仰拱构件，之后将其运输

到施工现场，通过吊装设备调整安装位置，之后做好密封处理。然而该项技术在

隧道中应用案例比较少。

3、铁路双线隧道仰拱机械化快速施工技术

3.1施工设备

第一，仰拱模架：仰拱模架共包含左幅和右幅，由模板、刚性骨架组成。将

槽钢作为加强肋，以此加强模板刚度。在固定模板两端时，需要应用到销钉构件。由于仰拱中部的半径大，整个坡度平缓，在具体施工中，可以无需设置模板，工

程人员通过自然摊铺方式，开展混凝土浇筑施工，整个施工范围为中部至模板下沿。此时，通过仰拱两侧顶部，缓慢灌入混凝土，保证浇筑施工的一次成功率。

按照现场施工经验，若混凝土坍落度为130mm，则需要沿着仰拱、二衬边墙施工缝，合理设置弧形模板，全面满足混凝土浇筑施工要求。

第二，中心沟模架。施工过程中，应用一体结构中心沟模架，以工字钢为模

架材质，同时固定厚钢板作为底板和面板；

第三，端头梁。按照仰拱、填充部位的混凝土结构尺寸，准确设置端头梁。

当端头梁就位之后，将其作为依据，并且仰拱模架、中心沟模架的到位。端头梁

底部为弧形结构，确保上边缘标高等同于填充混凝土，合理控制混凝土标高。将

自由伸缩支柱设置在端头梁两侧，将其作为仰拱模架的定位依据。端头梁为工字

钢结构，可承载60t作用力。

第四，栈桥。由于采用双车道模式，因此应用分离式钢梁作为左右幅栈桥，

采用双层结构，上层为弧形工字钢，下层为工字钢，同时将横梁设置在上下层之间。

第五，走行设备。在施工建设期间，可以将栈桥作为移动吊梁，以梁翼板作

为轨道，优化设置轨道吊车，全面保证端头梁的起吊效果。通过拉杆可以拉近端

头梁与吊车连接度，同时将端头梁支柱进行收缩。将滚行轮设置在中心沟模架和

仰拱模架一端，另一端连接端头梁。在绞车拉动下，可以使中心沟模架和仰拱模

架向前移动。模架到达指定里程后，需要调整标高与平面位置。同时将手动葫芦挂设在栈桥上，提升端头梁，卸载轨道车拉杆。

3.2机械化快速施工工艺与施工效果

在开展机械化施工时，多采样流水式作业。以端头梁为界限，可以将仰拱、填充施工划分以下工作区：一：隧底开挖、出渣运输、隧底清理；二：安装、拆除仰拱模板，浇筑混凝土。

第一，缩短作业循环时间。通过比较传统施工、快速施工的仰拱作业时间可知，快速施工方法的循环时间为16h，详情见表1：

表1 比较仰拱填充施工时间

施工方式

开

挖隧底

出

渣

清

理

安

装模板

浇

筑混凝

土

等

强时间

总

计

传统施工技术

11

h

1.

5h

3h3h

11

h

23

h

52

.5h

快速施工技术

与

混凝土

作业平

行作业

与

混凝土

作业平

行作业

与

混凝土

作业平

行作业

2h7h7h

16

h

第二，加快施工速度。开展机械化施工，可以防止不同工序分区可以避免工序分区产生干扰影响，同时可以减少二衬间、掌子面的施工长度，确保二衬施工的及时性和有效性。在应用常规施工工艺时，循环一次所花费时间大于53h，日