客运专线铁路长大隧道仰拱衬砌采用简易栈桥施工技术及经济分析

· 隧道／地下工程 · 客运专线铁路长大隧道仰拱衬砌采用 简易栈桥施工技术及经济分析 周廷 浩 (中铁第四勘察设计院集团有限公司工程经济设计处，武汉 430063) 摘 要 ：隧道仰拱施 工方 法较 多，由于客 运 专线铁路 隧道 比 以 往隧道安全性、耐久性 和 防水性等要 求 更 高，如将 以往 的施工 方法应用在客运专线铁路 隧道施 工 中将 不 能满足 其特殊 性要 求。为满足客运专线铁 路特殊性及《客运专线铁路 隧道工程施 工质量验收暂行标准》的要求 ，通过采 用隧道 仰拱栈 桥施 工技 术很 好地解决 了以往仰拱施工方法的不足 ，提 高了隧道 仰拱施 工速度 ，满足 了隧道 工期要 求，同时 解决 了混凝 土整体 浇筑的 难题。 关键词 ：客运 专线；隧道 ；仰拱 ；栈桥 中图分类号 ：U238；U455．91 文献标识码 ：B 文章编号 ：1004—2954(2009)04—0082—04 1 概述 随着我国经济发展综合国力的提高，客运专线铁 路、高速铁路等高等级铁路 的建设在全国大 面积的展 开。在客运专线铁路建设的高潮中不同长度、不同类 型的山岭隧道大量涌现。客运专线铁路隧道与普通铁 路隧道对 比有如下特征。 收稿 日期 ：2009一Ol一16；修加 日期 ：2009—02—16 作者简介：周廷浩(1974一)，男，工程师，1998年毕业于武汉理工大学 工民建专业 。 (1)长大隧道较普通铁路 占全线长度 比重增加 ， 使得隧道常常成为全线控制工期的关键工程，对隧道 工程的工期富裕量较少。 (2)大断面隧道受力较为复杂，尤以隧道底部较 为复杂，边墙底与仰拱连接处应力较集 中，因此隧道衬 砌的安全性、耐久性和防水性要求更高。设计使用年 限要求 100年，主体结构要求“零缺陷”。同时由于隧 道结构长期处在列车动荷载作用及地下水侵蚀的影响 下极易受到破坏，引起基底沉陷、道床翻浆冒泥等病 害，影响运营安全，所以客运专线铁路对隧道底部的强 度要求更高。对仰拱、地板等结构物的质量要求也 更高。 从上所述 ，隧道仰拱部位施工方法与施工质量对 整个隧道运营期间的断面受力、耐久性等有重要影响。 以往隧道仰拱铺底主要施工方法见表 1。 根据《客运专线铁路隧道 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 质量验收暂行 标准》(铁建设[2005]160号)相关条文规定及客运专 线铁路特点及施工总工期的要求，客运专线仰拱及填 充与以往的施工方式存在如下特点 。 (1)仰拱混凝土分段连续浇筑 ，一次成型，不 留纵 向施工缝 。 注浆预加固)是更为稳妥的技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 (4)经典的 peck公式主要对盾构通过后地表的沉 降进行预测，实际上，在盾构机的上方和前方同样会出 现地表的沉降，因此可以将 peek公式进行推广，即用 peek公式对盾构机上方和前方的地表沉 降进行预测。 (5)此次模拟没有考虑水 的因素，但在实际工程 中已采用了降水措施，因此该结果仍然可用。 (6)当有实测地层位移时，可运用位移反分析法 较准确地获取地层的参数，并应用于隧道后续施工时 地层变形的计算，可以取得较符合实际的结果。 参考文献 ： [1] sel By A R．Tunneling in soils—ground movements，and damage to buildings in Working ton，UK[J]．Geotechnical and Geological En ~neefng，1999，17(3)：351—371． [2] Peck R B．Deep Excavations and Tunneling in Soft Ground[A]． Proceedings of the 7 International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering[C]．Mexico City：[S．n．]，1969：225 82 — 290． [3] 李桂花．盾构法施工引起的地面沉陷的估算方法[J]．同济大学学 报，1998，14(2)：254—260． [4] Sagaset，C．Analysis of undrained soil deformation due to ground loss [J]．Geotechique，1987，37(3)：301—320． [5] Lee K M，Rowe R K．Finite Element Modeling of the 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简易式仰拱衬砌栈桥工作原理 仰拱采取跳跃式施工，利用装载机或其他机械将 简易栈桥拖移至仰拱施工段 ，就位后洞 内出砟 、喷混凝 土及钻爆车辆及设备可以在栈桥上正常行走，工人可 在栈桥下进行清底及混凝土灌注作业 ，解决仰拱施工 与其他工序间的干扰问题，实现平行作业，达到各工序 协调推进的目的。当底部混凝土达到设计强度 时，将 简易栈桥前移，施作下一节仰拱。 3 简易式仰拱衬砌栈桥衬砌施工工艺流程 仰拱栈桥的作用主要是方便其他作业面设备与车 辆跨越仰拱及填充施工作业区，但同时也要考虑其他 功用，行走部分及支架构造要兼顾仰拱初支(若有)、 中心管沟、环 向施工缝止水带、边墙基础等施工 的 铁道标准 设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2009(4) 方便。 3．1 施工工艺 施工工艺流程为：测量放线(分段、高程控制、中 线控制)一栈桥就位一清底一施作初支(或找平)一安 设钢筋一 立模一浇灌仰拱混凝土一填充立模 、中心水 沟安装 、检查井立模 、横向排水管安装一填充混凝土浇 筑一达到 2．5 MPa后脱模并养护一混凝土达到设计强 度一移动仰拱栈桥进行下一循环施工。仰拱施工较填 充适当加宽，确保填充立模有位置，边墙基础待填充混 凝土施工完毕后施作 。见图 1。 图 1 仰拱、填 充、边墙施工顺序 3．2 主要施工工序 (1)架设仰拱栈桥 为确保 中心水沟及检查井施工方便 ，栈桥架设偏 离水沟中心，距填充顶面高 30 cm处。 (2)仰拱施工 首先将仰拱模板 骨架准确定位 ，模 板 固定 (其 中 中心左右侧2 m范围不设置模板)采用下锚的方式在 底板上锚固钢筋并将钢筋与骨架之间连接牢固，防止 混凝土施工时模板上浮；然后 在骨架上牢 固固定小模 板 ；安装环向止水带及堵头模板 ；固定到位后一次性连 续浇筑仰拱混凝土。 (3)填充混凝土施工 填充整体一次施作，浇筑长度与仰拱相同。待仰 拱混凝土脱模且混凝土强度达到 8 MPa后，安设填充 模板，固定中心排水圆管(采用同强度等级混凝土预 制基座，中心排水圆管安装在基座上)、预留横向 PVC 泄水孔，浇筑填充混凝土。检查井采用定型钢模板，预 留检查井钢筋混凝土井壁 ，在施工底板前 (轨道基础) 83 · 隧 道／地下工程 · 施工井壁 。 4 施工技术措施 周廷浩一客运专线铁路长大隧道仰拱衬砌采用简易栈桥施工技术及经济分析 4．1 基底探测 在灰岩地段，仰拱开挖前，利用地质雷达进行底部 15 m以内的地质探测，开挖后进行地质核对，若基岩 为泥质或碳质板岩等软弱围岩时，遇水极易软化，应及 时调整开挖面及时进行变更 ，以确保 隧道底部的工程 质量 ，从根本上消除质量隐患 ，确保结构稳定 。若底板 下伏有溶洞，应进行注浆加固。 4。2 浇灌混凝土 混凝土工厂化生产，自动计量，定期校核。 混凝土浇灌前先检查模板 内是否存在杂物 、钢筋 上是否存在油污、模板之间是否存在缝隙和孔洞等，如 有必须及时清除 ，当模板有缝 隙时，采用橡胶条予 以堵 塞 ，不得漏浆 。 混凝土采用搅拌运输车运输，行走时混凝土罐以 2～4 r／min的转速搅动 ，配备数量要与混凝 土生产及 泵送能力相匹配。混凝土的坍落度测定 ，要在入模前 现场进行 ，以配合 比设计坍落度为标准，控制混凝土的 生产质量。 浇筑混凝土左右两侧 同时对称进行 ，先 中间逐步 向两侧延伸 。考虑到施工作业班次及工序调节，可分 段进行施工 ，浇筑前一段时进行下段模板的安装 。采 用插入式振捣棒振捣，灌注速度不宜太快，要防止混凝 土爆模 ，同时振捣时防止模板上浮 ，下锚筋与模板固定 要牢固。 模板安装由绷线控制，水平及方向控制准确，模板 架立垂直 ，误差控制在允许范围内。混凝土边浇灌边 捣固密实 ，捣固棒要竖直 ，快入慢出 ，捣固点呈梅花形 均匀分布 ，间距不宜大于振捣器作用半径的 1．5倍 ，且 插入下层混凝土内的深度宜为 50～100 mm，与侧模保 持50～100 mm的距离，无法用捣固棒振捣的地方用 钎子人工捣 固。每一振 点的振捣延续 时间为 10～30 s，以混凝土不 冒气泡、不下沉 、表 面开始泛浆为准 ，防 止过振、漏振。混凝土浇筑不能少浇或多浇 ，以测量高 程为准。浇筑时严禁混凝土直接倾到于模板上 。考虑 纵向盲管的高度，边基表面做成斜面，外高内低。当混 凝土浇筑到边墙基础顶时，在 中部预埋 2 cm×1．5 am 的方木条(平放 )，等混凝土初凝后 ，取 出方木条 ，形成 混凝土沟槽，用于该段施工缝处的止水条安装。 混凝土振捣完成后，及时修整、抹平裸露面，待定 浆后再抹第二遍并压光或拉毛。抹面时严禁洒水，防 止过度操作影响表层混凝土的质量 。 4．3 混凝土脱模、养护 仰拱 、填充及边墙基础均属非承重模板 ，待混凝土 84 强度达到2．5 MPa后即可进行脱模，脱模时应注意不 要损伤混凝土棱角，脱模后对混凝土接触面进行凿毛， 要求凿毛槽深度为 1—2 cm，以清除混凝土表面浮浆、 碎石半嵌半露为准，纵向间距为 lO am，凿毛后用高压 水将表面松砟冲洗干净。 脱模后，应及时采用洒水养护，养护时间不得小于 14 d。 5 工程 实例 武广客运专线大瑶 山 1号隧道位于广东省境内 ， 为双线铁路隧道 ，净宽13 300 mm，净高9 577 mm，开挖 断面 150 m 。该隧道衬砌类型主要为排水型复合式衬 砌 (隧道口有明洞段)，仰拱与边墙采用同强度等级混 凝土 ，隧道采用钻爆法开挖 ，无轨运输 ，隧道底填充与 仰拱分开施作。仰拱超前，采用栈桥全幅施工，先浇筑 仰拱混凝土，再浇筑填充混凝土。拱墙随后，采用模板 台车连续浇筑。无轨混凝土搅拌运输车运输，泵送混 凝土入模。 5．1 仰拱衬砌栈桥主要技术参数 1组栈桥主要 由 2片主梁 、1榀横梁及立柱组成。 1组栈桥主要技术参数见表 2。 表 2 仰 拱栈 桥主要技 术参 数 主要项 目 技术参数 备 注 结构主跨／m 行车道宽／m 允许通过质量／t 车辆最大行驶速度／(km／h) 平台移动方式 结构外形尺寸／m 平台下部作业高度／m l2 3．3 5O 5 挖装设备移动 12×3．3×2 长 ×宽×高 0．4—2 考虑施工仰拱填充施工 5．2 主要结构组成 仰拱栈桥的每片主梁长 12 m，宽 1 m。由I32a型 钢和 68 mm及 65 mm钢板拼装而成 ，每组栈桥由 2片 主梁 组成。栈桥平 面示 意见 图 2，单 片 主梁截面 见 图 3。 篚 图 2 栈桥平面示意 (单位 ：mm) 栈桥由混凝土支座及支座间的横梁构成的受力体 系支撑。支座每隔 12 in灌注一组，每组支座间距 3．5 nl，每个支座规格为(70×100)am并预先灌注成形，同 时施工时应注意支座顶部高程应与回填混凝土表面高 程一致。栈桥支撑体系见图4。 铁道 标准设计 RA／LWAY STANDARD DESIGN 2009(4) 一 08 _I 一 周廷浩一客运专线铁路长大隧道仰拱衬砌采用简易栈桥施工技术及经济分析 图 3 主梁截面示意 (单位 ：mm) 1 ooO 1 000 l 0o0 1 000 l l 000 l l 0o0 图 4 栈桥支撑体 系示意 (单位 ：mm) 栈桥跨越铺底作业区，运输设备由桥面走行，桥下 进行仰拱作业。作业时，先将拟铺地段按设计要求修 整成形，然后用装载机将便桥拖拉至作业区，架好支 稳，即可进行下部正常施工。 5．3 工期分析 根据《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行 标准》(铁建设[2005]160号)7．1．12等条文规定填充 混凝土达到 100％强度后才能行车。通过测算，混凝 土强度达到 100％需要 7 d。按一个工作面配备一组 栈桥，每个月仅能灌注4组混凝土，达不到与开挖进度 匹配要求。 为保持与开挖进度同步 ，实际配备 8组栈桥 ，长度 96 in。由于仰 拱与填充 混凝土 量较 大，每 次灌注 24 m，2 d一个循环，算上养护时间 15 d完成一个长栈桥 循环 ，每月可施 工仰拱 192 1TI，满足 掘进 的施 工进度 要求 。 5．4 简易式栈桥造价分析 根据武广客运专线编制概算使用的《京沪高速铁 路设计概算暂行规定》及以上栈桥结构组成，根据铁 建设[2003]34号文《铁路工程基本定额》通过分析计 算 1组栈桥造价指标在 7．1万元／组。单价分析见 表 3。 6 结论 (1)隧道仰拱栈桥技术简单，制作可在现场进行， 材料可因地制宜 ，结合现场实际情况选用。 (2)投入少，可反复使用，使用安全，能适应各类 隧道的有轨式及无轨式运输和铺底作业，便于广泛 使用。 (3)采用仰拱栈桥技术及时跟进了铺底作业，二 铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2009(4) · 隧道／地 下工程 · 表 3 一组栈桥单 价分析 次衬砌也可跟进且速度加快 ，实现了掘进 、铺底和二次 衬砌同步进行 ，缩短 了支护封闭成环的间隔时间，对稳 定隧道变形非常有利 ，尤其是变形较 大的膨胀性软弱 围岩更有着至关重要 的意义。 (4)大瑶山1号隧道全长约 10 km，是武广客运专 线全线最长隧道 ，是整个武广客运专线 的重点控制性 工程。采用 8组栈桥施工解决了仰拱施工与出砟运输 车辆相互干扰 的问题 ，加快 了掘 进速度 ，现场工期缩 短，施工生产均衡，提高了施工效益。 参考文献： [1] 铁建设[2005]160号，客运专线铁路隧道工程施工质量验收标准 [s]． [2] 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