单线长大铁路隧道仰拱衬砌跟进开挖面施工

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【摘 要】本文详细介绍了通灌铁路兴隆沟隧道施工过程中通过合理架设施工便桥和运用统筹方法安排隧道开挖、衬砌等循环时间,减少单线隧道施工中各工序间的相互干扰,使隧道仰拱、衬砌紧跟掌子面,确保安全距离.通过实践证明,施工中所采取的措施切实可行,对同类单线隧道施工具有一定的参考价值.

【关 键 词】单线铁路隧道仰拱衬砌跟进

1工程简介

1.1工程概况

东北东部铁路新建通化至灌水段兴隆沟隧道位于辽宁省丹东市所辖八河川镇兴隆峪村,全长5115m,兴隆沟隧道出口里程DK28+901,出口段施工任务为2000m.隧道所处山体地势起伏,最大高差254m,最大埋深224m.地形为中低山丘陵,冲沟发育,植被较发育,地势陡峭.

1.2施工难点

隧道断面净空狭小,设计左右开挖净空最窄处只有5.58m,而仰拱形成以后洞内路面宽度只有4.3m,施工机械和车辆根本无法会车及调头.

1.2.1出碴、仰拱及底板混凝土施工工序间的相互影响

仰拱及隧道底板施工时出渣设备就无法通行.单线铁路隧道路面净宽只有4.3m,仰拱和隧道底板无法采用半幅施工的办法,这就形成出渣与仰拱施工相互制约的局面.

1.2.2出碴与二衬施工之间的相互影响

隧道衬砌施工采用的移动整体模板台车为了车辆在衬砌施工期间能通行,必须保证净空宽度不小于3.1m,高度不低于4m.同时为保证衬砌台车底部在浇筑混凝土时的稳定性,衬砌台车设计时都加设横撑以确保台车在灌注混凝土时不产生变形.但是这样一来,浇筑二衬混凝土时出碴车辆是不能够通行的；即便不增加横撑,在浇筑衬砌过程中混凝土运输罐车和混凝土输送泵的干扰下也无法进行出碴作业.正常情况下,浇筑1模混凝土时间在8小时左右,加上混凝土输送泵与输送管道的安装、拆卸的时间最少要9个小时,在此时间段内无法出碴对开挖进度的影响是相当严重的.

2施工方法

根据工期目标,开挖掘进的进度不能改变,但又要保证安全距离合规.通过在施工现场反复调研和对方案的论证比选,确定了以下解决措施.

2.1仰拱（底板）施工

仰拱作为隧道的下部结构,起着将隧道闭合成环的作用,在一定程度上保障隧道施工安全,应保证尽早将隧道封闭成环.

2.1.1方案比选

（1）采用半幅施工.即隧道仰拱半幅施作,半幅运输,交叉进行.优点：施工便利,不需要额外增加投入.缺点：本隧道设计断面狭小,半幅宽度运输无法保证安全.仰拱中间形成了一条施工缝,降低了底部整体强度和防水能力,对隧道整体受力结构产生不利影响.另外,该方案适用于较大的开挖断面,而不适用于较小的开挖断面.

（2）暂停掌子面开挖一次性进行较长一段仰拱施工.优点：施工安全、便利,施工无干扰.缺点：对开挖进度影响较大,产生大量窝工情况.

（3）贯通后再进行仰拱（底板）施工的方案即正洞贯通后,再进行铺底作业.优点：施工便利,作业安全.缺点：不能早期控制隧道稳定,对围岩变形较大（如破碎性围岩）及变形周期较长（如膨胀性围岩）的隧道尤为不利；同时不能满足安全距离要求.特别是工期压力根本无法解决,一般适用短隧道施工.

（4）搭设便桥.便桥方案技术简单,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；投入少,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；及时跟进了铺底作业,二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.

通过论文分析,本隧道仰拱（底板）施工采用搭建便桥的方法来解决隧道底部仰拱及铺底施工与出碴运输的矛盾.

2.1.2便桥的使用效果

采用便桥进行仰拱（底板）施工,每循环可以浇筑仰拱（底板）9m左右.在隧底开挖完成后使用装载机或挖掘机将两幅便桥就位,出碴设备及车辆可以正常通行.在掌子面钻孔期间进行浇筑仰拱混凝土施工,实现前后互不影响.等到混凝土强度达到车辆通行要求后,就可以进行下一段仰拱（底板）的开挖,将便桥前移.采用这种方法进行施工每月可以完成180m仰拱（底板）的浇筑,完全满足跟进掌子面开挖的要求.

2.2衬砌施工

衬砌施工在单线铁路隧道施工中与其他工序的相互干扰最为常见,特别是隧道开挖掘进到Ⅲ级、Ⅱ级围岩段.因此要通过对工序本身时间和工序衔接时间的优化,结合“统筹方法”来解决工序间相互干扰的问题.

2.2.1确定工序时间

从工序本身时间入手.对隧道施工中每一个工序环节的时间进行压缩,并且使每个循环中的同样工序作业时间相对固定.

2.2.2压缩工序衔接时间

相邻工序间往往存在一些辅助性工作,其中包括上道工序的收尾工作和下道工序的准备工作.比如,喷混工序与钻孔工序之间就需要挖机将回弹部分混凝土扒干净（收尾工作）,还需要将钻孔台架就位、调试风等（准备工作）.我们就针对这些施工工序衔接时间进行压缩,能同步进行的一定要同步进行,不能同步进行的要在时间上无缝衔接.

2.2.3运用统筹方法将两个循环有效结合

利用“统筹方法”,通过对工序时间的管理将隧道施工的两个最重要的循环（开挖循环和衬砌循环）结合到一起（如图1,2）.

从上面两个图表可以看出,优化工序时间后,Ⅱ、Ⅲ级围岩一个开挖循环的时间在12个小时左右,而衬砌一个循环的时间大约为24个小时.正常施工条件下,开挖一个循环正常进尺为3m左右,使用12m衬砌台车每循环可以完成12m二次衬砌混凝土浇筑.不考虑相互影响,开挖12m需要48个小时,而衬砌只需要24个小时,衬砌跟进开挖面是完全可行的.只需根据衬砌与掌子面的距离,考虑完成2个、3个或者4个开挖循环再进行一个衬砌循环.

那么下面我们就考虑如何将两个循环的相互影响降至最低.施工过程中,除混凝土浇筑及浇筑前准备的环节对开挖循环有影响外,其它各环节均无影响.但只要进行衬砌施工循环中混凝土浇筑作业时,车辆就无法通过二衬台车（原因已经在上文中阐明）.而且,从浇筑前准备到完成浇筑的9个小时是一个连续的施工过程,无法穿插进行出碴.既然这9个小时的“封路”是必须的过程,如何合理利用这9小时成为解决问题的关键.从开挖循环各个环节的特点我们可以发现,除了出碴环节之外其它4个环节经过合理安排后全部都可以不受“封路”限制,而且这4个环节全部完成需要的时间与浇筑一模衬砌混凝土需要的时间相仿.于是可将开挖循环中出碴结束（喷混开始之前）的时间与衬砌循环中安装木模板结束（浇筑准备之前）的时间设定为起始点,在浇筑前安装泵送管道与浇筑衬砌混凝土的9个小时里掌子面可以同时依次进行喷混施工、钻孔准备、钻孔爆破及通风排烟,将时间统筹管理.在实际运用是要严格控制每个的工序的作业时间,已确保开挖循环和衬砌循环的高效结合.这里需要说明的是,在浇筑准备工作之前需要将喷射混凝土材料、机具设备等运至并停放在掌子面附近.

3结语

在兴隆沟隧道出口段施工中,使用便桥成功的解决了单线铁路隧道仰拱及底板的施工与开挖出渣作业间的相互干扰,运用统筹的方法安排衬砌与开挖的作业时间,通过采取这些有效措施,有效的解决了单线隧道施工中各工序间的相互干扰,提高了施工进度；同时使隧道仰拱、衬砌紧跟掌子面,确保安全距离.