开敞式TBM隧道仰拱衬砌同步施工关键技术分析

熊斌

长沙市公路桥梁建设有限责任公司

摘要：本文对衬砌同步施工技术的主要类型进行列举，包括仰拱预制块同步铺装、全圆衬砌现浇同步施工技术、衬砌同步施工技术三大类，通过案例分析的方式，对仰拱衬砌同步施工的关键技术进行分析，涉及到衬砌台车结构设计、物料运输交通规划、升降坡轨道过渡等方面，通过关键技术的使用，使工程整体施工效果变得更加理想。

关键词：开敞式；仰拱衬砌；施工技术

引言

现阶段，我国隧道建设数量逐渐增加，传统施工技术已经难以充分满足现实需求，衬砌同步施工技术应运而生，在施工质量、安全等方面具有较大优势，可使施工进度与成本得到切实保障，在隧道施工中得到广泛应用。在本文的研究中，主要对衬砌同步施工中的关键技术进行分析，力求隧道施工质量更加良好。

1.衬砌同步施工技术类型

近年来，隧道施工建设步伐逐渐加快，衬砌同步施工作为特色技术成为研究要点。按照隧道端面与衬砌工作面的不同，可将该技术划分为三种类型，一是仰拱预制块同步铺装、现浇同步施工技术，通常应用于平面仰拱中，为有轨运输系统的铺轨工作提供极大便利，具有代表性的工程为辽宁大伙房输水工程；二是全圆衬砌现浇同步施工技术，具有代表性的是兰渝铁路秦岭隧道工程，连续皮带机出渣，对仰拱预制块进行铺设，并安装四轨双线轨道供列车通行，对边顶拱进行同步衬砌；三是衬砌同步施工技术，具有代表性的工程为引汉济渭供水工程，此类技术在水工隧洞中得到广泛应用[1]。

2.衬砌同步施工技术在TBM隧道中的应用

2.1工程概况

某省输供水工程中预计书水量为77m3/s，成洞的直径为7.3—8.5m，平均输水量为16.24亿m3，压力最大值为0.9MPa。改工程包括检修竖井、有压隧洞、进水口、调压井、供水支线等内容，总长度为99.98km，在沿线内设置14条施工支洞，采用钻爆法与TBM相结合的方式进行施工。工程范围内的地形地貌为侵蚀断褶中低山地形，山脉整体超过西北方向延伸，山顶为尖顶状，植被丰富且茂盛。隧洞的深度较大，有13%的埋深大于600m，有55%的埋深大于300m，有97.7%的埋深大于100m，只有0.3%的埋深不超过50m。

2.2关键技术

2.2.1衬砌台车结构设计

与工程实际情况相结合，采用双道仰拱同步衬砌台车开展工程，台车总长度为132m，包括衬砌台架、轨道、坡道台车以及动力机等内容，在布置方式上为“前斜坡段、标准段、前后道岔段”，坡度数值为3°。将台车断面设置成非对称结构，使其与TBM掘进工程与配套设施相符合，主要内容为：

（1）台车内部可满足有轨车辆通行，编组最长为60m，满载质量为144t，采用TBM掘进材料，最大件为储风筒，尺寸在8×2.4×2.4m；

（2）台车的右侧设置连续皮带机出渣系统；

（3）台车的上方设置风筒；

台车的结构全长为132m，可划分为多个工作区域，包括混凝土浇筑、养护、排水、清理残渣、绑扎钢筋、模板滑移停放等多项内容。在台车标准段底梁中设置四条轨道，采用双道方案克服TBM掘进与仰拱混凝土同步施工中存在的交通阻碍问题。另外，方形框架结构可便于溜槽直接进入仓库，与以往泵送入仓方式相比，可减少设备的投入数量，使施工效率得到显著提升。将轨道设置在洞壁上，在台车上设置驱动与辊轮，行走时速可达到3.52m/min，充分满足提速的条件。台车承受的荷载利用行车轨道与支座即可传递到洞壁中，不会影响混凝土施工；台车的底梁与底面间相距1.51m，混凝土表面相距0.58m，可为钢筋绑扎、抹面、振捣、养护等工序的开展预留充足的空间，还可促进一次性浇筑的顺利进行，防止施工纵缝产生，使混凝土质量得到显著提升[2]。

2.2.2物料运输交通规划

在本工程中，TBM单个掘进段长度为11.45km，主动埋深为450m，最大深度为1100m，最大支洞为2.45km，坡度为12.45%，应采用轮式与有轨运输相结合的方式，针对距离较长、坡度较大的支洞采用轮式运输方式，在TBM组装区域安装四轨双线，通过组装间的桥机实现轮式运输。同时，将洞室区段轨道设置成嵌入式轨道，采用轮式与有轨交叉作业的形式。将仰拱混凝土浇筑采用“1+3”编组模式，确保混凝土运力与运速准确。

2.2.3升降坡轨道过渡

为了满足有轨双道行驶、错车要求，为混凝土浇筑提供充足空间，应将台车设置在与底面相距1.49m的位置，台车前后升降坡轨道与TBM标准轨道竖向搭接，如若采用现有方案实施，则前后坡轨的安装拆除效率较低、列车提速困难，还容易出现掉道等问题。在本工程中，构建升降坡轨道搭接设备，包括限位螺栓、门型连接钢板、楔形扁钢轨道等方面构成，与TBM单线标准轨道外侧、钢板焊接起来，在槽钢的前后分别钻出4个孔位，利用4根高强螺栓将其固定，确保轨道完美衔接，促进列车安全、高效的穿越台车，防止列车在升降坡过程中出现掉道等问题。同时，在台车行驶之前不需要将斜坡的前方或者后端吊起，有效的缩短了台车行驶准备时间，使台车行驶速度得到显著提升。

2.3应用效果

从施工现场情况可知，利用仰拱台车施工3标衬砌同步施工距离为17.9km，利用两台TBM掘进即可完成22km的仰拱施工，占全长的58.4%；在施工效率方面，在对第一段进行设备磨合改进后，施工人员的技术水平不断提升，在第二段掘进时，月掘进尺度可达到648m，基本满足仰拱衬砌同步施工要求。总之，利用仰拱台车投入隧道工程，使TBM掘进与混凝土施工得以同步进行，隧洞施工效率与现浇混凝土品质得到显著提升，施工环节得到有效改善，为后续边顶拱衬砌面施工提供极大便利，同时还使工程期限得以缩短，修建成本得以节约。在衬砌施工、轨道拆除、仰拱清理等方面原本计划为5个月的工期，仅用2个月便全部完成，通过关键施工技术的应用，使整体线路工期提前11个月完成[3]。

结论

综上所述，双道仰拱台车的产生使仰拱同步衬砌施工问题得到有效解决，采用非对称结构设计，可使TBM掘进效率得到显著提升。在实际应用中，通过使用衬砌台车结构设计、物料运输交通规划、升降坡轨道过渡等关键技术，使施工质量得以提升，整体工程在规定期限内保质保量的完成。

参考文献

[1]王信普.开敞式TBM同步仰拱衬砌台车的设计应用及推广前景分析[J].水利水电技术,2017(4).

[2]齐梦学.长大隧道开敞式TBM同步衬砌施工技术应用前景及发展趋势[J].隧道建设,2018,33(8):679-683.

[3]李宏亮.中天山特长隧道敞开式TBM掘进与二次衬砌同步施工技术[J].现代隧道技术,2018,47(2):63-67.