隧洞邊頂拱二次襯砌與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工技術(shù)

李有緣，劉文華

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510308）

目前，國內(nèi)研究隧道盾構(gòu)施工與隧洞邊頂拱二次襯砌同步施工技術(shù)的較少，本文介紹的隧洞邊頂拱二次襯砌施工與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工技術(shù)是一種有效地提高隧洞施工效率，在不影響盾構(gòu)施工的前提下，隧洞邊頂拱二次襯砌緊跟盾構(gòu)施工完成二襯拱墻與頂拱結(jié)構(gòu)。

隧洞二襯與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工相比隧洞二襯與TBM 掘進(jìn)同步施工有著截然不同的區(qū)別。兩者的掘進(jìn)效率不同，初支施工工藝不同，隧洞二襯澆筑工藝不同，隧洞物資水平運(yùn)輸方式不同。本文介紹的隧洞邊頂拱二次襯砌與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工技術(shù)特點(diǎn)是：采用了獨(dú)有的液壓整體式鋼模板臺車；采用“先拱墻、拱頂分段襯砌，仰拱后做”的施工方法，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧洞與二襯同步實(shí)施；采用改裝的鋼軌攪拌車負(fù)責(zé)隧洞內(nèi)混凝土運(yùn)輸作業(yè)；采用四軌三線供五列電瓶車、盾構(gòu)臺車行駛、兩列鋼軌攪拌車、拱墻臺車、整體式液壓襯砌鋼模臺車，洞內(nèi)運(yùn)輸用有軌運(yùn)輸。

1 工程背景

韓江鹿湖隧洞引水工程盾構(gòu)隧洞分為兩段，分別為1 975m 及2 123m 長距離隧洞，隧洞采用雙層復(fù)合式襯砌組合而成，初襯為盾構(gòu)管片，二次襯砌采用模筑鋼筋混凝土。通過測算，在完成盾構(gòu)管片安裝、清理軌道后，再進(jìn)行隧洞二次襯砌施工無法滿足工期要求。若能實(shí)現(xiàn)在盾構(gòu)管片安裝后不需要清理軌道即可同時施工二襯襯砌，即可滿足工期要求。長距離隧洞施工二次襯砌對混凝土泵和混凝土自身的質(zhì)量提出了較高的要求。

2 解決思路

解決技術(shù)難題的思路主要為：通過隧洞二襯與盾構(gòu)同步施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，總結(jié)出一套隧洞盾構(gòu)施工與二襯同步施工技術(shù)，規(guī)避二襯施工過程中對盾構(gòu)施工的制約；隧洞鋼軌攪拌車運(yùn)輸二襯混凝土，保證二襯混凝土的坍落度與和易性，避免混凝土長距離泵送容易被堵的問題；通過隧洞內(nèi)設(shè)道岔鋪軌合理布置，實(shí)現(xiàn)隧洞盾構(gòu)施工電瓶車輛、二襯鋼軌攪拌車互不影響的效果。

3 邊頂拱同步襯砌總體施工方案

通過對隧洞二襯與盾構(gòu)同步施工技術(shù)的研究，采用二次襯砌逆作法施工，將隧洞二襯分成上部（邊墻、拱頂）和下部（仰拱）兩部分進(jìn)行施工，并先進(jìn)行上部施工，即可滿足在不影響初襯（盾構(gòu)掘進(jìn)施工）的前提下同步完成大部分的隧洞二襯，待隧洞貫通、清理軌枕后，進(jìn)行隧洞仰拱的施工，將隧洞二襯擬合成環(huán)。

根據(jù)隧洞邊墻、頂拱澆筑特點(diǎn)分析，為滿足拱墻和拱頂?shù)臐仓螅谶厜Φ奈恢猛跻r面上打設(shè)錨桿形成支撐體系對邊墻、拱頂提供支承的作用。通過有限元法受力驗(yàn)算可得兩側(cè)各采用雙排?18@200 鋼筋錨進(jìn)管片面10cm，鉆孔、清理碎渣后采用砂漿或植筋膠填充孔洞，即可滿足受力要求。

為了規(guī)避邊墻與頂拱混凝土澆筑過程中接縫處漏漿的現(xiàn)象，可在管片面先施工一道高度30cm的拱墻，相當(dāng)于拱墻作為二襯邊墻與頂拱的底模與支撐，混凝土澆筑時，液壓臺車貼至拱墻上即可進(jìn)行澆筑，可規(guī)避邊墻與頂拱混凝土澆筑過程中接縫處漏漿的現(xiàn)象，見圖1。

圖1 隧洞內(nèi)空間位置示意圖（單位：mm）

二次襯砌段落邊墻與頂拱采用定制18m 鋼模板襯砌臺車，在完成鋼筋綁扎后，通過調(diào)整液壓元件，使模板正確對位。自制的2m3砼斗裝卸拱墻混凝土，利用電瓶車運(yùn)輸混凝土至隧洞內(nèi)自制的拱墻臺車下方，利用平臺下方橫梁上的電動葫蘆將砼斗吊放至作業(yè)平臺上方，利用溜槽從平臺兩邊同時下放混凝土，可同時對稱澆筑，采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗。待隧洞貫通、清理軌枕后，同步進(jìn)行隧洞仰拱的施工，仰拱施工模板采用原頂拱、拱墻液壓模板臺車改裝而成的自行式針梁臺車。結(jié)合上述措施即可滿足在不影響初襯的前提下完成隧洞二襯同步實(shí)施。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 二襯混凝土運(yùn)輸技術(shù)

二襯混凝土運(yùn)輸包括混凝土地面運(yùn)輸和隧洞內(nèi)混凝土運(yùn)輸。商品混凝攪拌車運(yùn)輸混凝土至基坑邊上，通過溜槽與混凝土導(dǎo)管輸送混凝土至隧洞底部洞口軌道上鋼軌攪拌車存儲罐中，然后鋼軌攪拌車?yán)貌裼桶l(fā)電機(jī)自驅(qū)運(yùn)輸混凝土到隧洞內(nèi)二襯臺車處。

根據(jù)盾構(gòu)施工軌道布設(shè)的規(guī)格，改裝一種使用原盾構(gòu)施工行駛軌道的11kW 柴油發(fā)電機(jī)自驅(qū)動的8m3鋼軌攪拌車負(fù)責(zé)隧洞內(nèi)混凝土運(yùn)輸，隧洞內(nèi)同時放置兩臺或者多臺鋼軌攪拌車，一臺鋼軌攪拌車在輸送過程時，另外一臺鋼軌攪拌車在隧洞口接送混凝土準(zhǔn)備，保證最少有一臺鋼軌攪拌車在隧洞內(nèi)送料，從而保證澆筑不間斷連續(xù)進(jìn)行。

4.2 同步二襯施工臺車研究

盾構(gòu)掘進(jìn)過程產(chǎn)生的渣土、預(yù)制的管片、螺栓、油脂等材料需要利用電瓶車進(jìn)行隧洞內(nèi)運(yùn)輸，隧洞底板敷設(shè)供電瓶車行駛的鋼軌道、鋼軌枕。通風(fēng)管解決隧洞內(nèi)作業(yè)人員施工環(huán)境的問題。隧洞內(nèi)的電瓶車通行、水、電纜管線、通風(fēng)管、人行道均影響隧洞二襯施工。

根據(jù)隧洞內(nèi)盾構(gòu)各配套對二襯的影響，研究一套滿足盾構(gòu)電瓶車及管線順利通過的二襯配套臺車設(shè)備，這種設(shè)備可以正常施工拱墻及拱頂，還有足夠的通過空間，滿足盾構(gòu)電瓶車和管線通過要求。

4.3 隧洞內(nèi)錯車技術(shù)

隧洞內(nèi)電機(jī)車通行采用隧洞內(nèi)錯車技術(shù)，隧洞內(nèi)設(shè)道岔鋪軌采用四軌三線供五列電瓶車、盾構(gòu)臺車行駛、兩列鋼軌攪拌車、拱墻臺車、整體式液壓襯砌鋼模臺車，洞內(nèi)運(yùn)輸用鋼軌運(yùn)輸。為方便鋼軌從工作井吊入和駁接，單根鋼軌長6m，軌枕和鋼軌的連接扣件采用螺栓扣板扣件。

為了保證材料運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性，在盾構(gòu)正常掘進(jìn)后于盾構(gòu)臺車后部鋪設(shè)Y 型道岔實(shí)行單洞五列電瓶車、兩列鋼軌攪拌車運(yùn)輸，Y 型道岔隨盾構(gòu)掘進(jìn)、二襯澆筑遷移，如圖2 所示。

圖2 隧洞內(nèi)岔道示意圖

5 結(jié)論與展望

以韓江鹿湖隧洞引水工程盾構(gòu)隧洞施工為依托，總結(jié)出一套隧洞二襯施工與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工技術(shù)，解決了因隧洞二襯無法與盾構(gòu)施工同步導(dǎo)致的工期長、質(zhì)量難以保障的困局。主要創(chuàng)新和先進(jìn)性體現(xiàn)以下幾點(diǎn)。

1）隧洞二次襯砌采用“先拱墻、拱頂分段襯砌，仰拱后做”的施工方法，不影響初襯的前提下，進(jìn)行隧洞的拱墻、拱頂結(jié)構(gòu)施工，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧洞與二襯同步實(shí)施。

2）隧洞混凝土澆筑時，采用改裝的鋼軌攪拌車負(fù)責(zé)隧洞內(nèi)混凝土運(yùn)輸作業(yè)，有效保證隧道二襯澆筑的混凝土坍落度與和易性滿足要求，避免混凝土長距離泵送運(yùn)輸發(fā)生堵管現(xiàn)象。

3）在隧洞不同位置設(shè)置道岔，在必須滿足盾構(gòu)施工與隧洞二襯澆筑的條件下，合理設(shè)置道岔，有效安排隧洞電瓶車、混凝土鋼軌攪拌車錯車位置及行駛線路，保證隧洞盾構(gòu)掘進(jìn)和隧洞二次襯砌的上部同步施工。

隧洞二襯施工與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工技術(shù)不僅能較大的節(jié)約成本，取得經(jīng)濟(jì)效益，更能大大促進(jìn)隧道建設(shè)發(fā)展，社會效益顯著。

本項(xiàng)目盾構(gòu)掘進(jìn)效率與二襯施工效率基本一致。如果盾構(gòu)掘進(jìn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二襯施工效率，將會出現(xiàn)二襯施工無法緊跟盾構(gòu)施工步伐。如果盾構(gòu)施工效率非常低，二襯施工受到盾構(gòu)施工掘進(jìn)制約，因此如何提高二襯施工與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工工效成為下一步研究重點(diǎn)。