隧道简易栈桥仰拱施工技术

■ 武勤民 杨鸿彬 燕成贵

1 工程概况

武广高速铁路五尖大山隧道全长6 857 m，根据施工组织安排和合同要求，工期非常紧张。在有效节约成本的前提下，既要保证施工质量，又不影响洞内其他工序施工，实现仰拱栈桥施工速度需达130 m/月，施工难度大。根据对仰拱及填充的施工质量标准和要求，衬砌结构底部需要承受高速列车所带来的附加动荷载，对隧道底部的刚度和均匀性要求高，因而要合理安排仰拱工作面和仰拱填充工作面的间隔，且不允许采用左右侧基础分别浇筑的方式，以保证基础完整性。利用仰拱栈桥跳槽法施工很大程度上解决了这一问题，可以满足仰拱施工及填充施工的质量要求。

现场实际施工中，隧道内必须满足开挖、支护等其他工序正常进行，只有解决好运输工序干扰问题，才能满足整个隧道的施工进度要求。因此必须保证洞内交通畅通有序，以保证各个工序协调作业。

2 方案比选

2.1 方案一：18型作业栈桥法

原计划采用18型作业栈桥法施工（见图1），主桥长26 m，前坡桥长10.48 m，后坡桥长6.48 m，总长42.96 m。仰拱施工分3个区，每区长度6 m（1个仰拱初支作业区，1个仰拱混凝土灌注区，1个混凝土等强区）。

方案优点：（1）机械化施工程度高；（2）文明施工及安全可靠度好。缺点：（1）只能进行仰拱施工，无法进行填充段施工；（2）全桥长度过大，移动不便，仰拱一次开挖长度过长，无法保证围岩稳定和安全，Ⅳ、Ⅴ级围岩使用与掌子面距离过长。

2.2 方案二：简易栈桥跳槽法

简易栈桥跳槽法仰拱施工见图2。优点：（1）仰拱施工能形成平行流水作业；（2）跳槽开挖，避免隧道侧墙部位因仰拱开挖距离过大而产生安全隐患；（3）在进行仰拱施工的同时，还能进行填充段施工；（4）全桥重量小，移动方便（只需1台挖掘机）；（5）施工中根据开挖进度情况，可适当增加栈桥数量，灵活性强；（6）简易栈桥成本较低。

因工期紧张，在保证施工质量的前提下，决定采用简易栈桥跳槽法进行仰拱施工。

3 栈桥设计

3.1 施工条件假设

（1）混凝土抗压强度曲线见图3。

（2）施工安排见表1。

（3）施工运输车辆：重型运输车，自重12.5 t，载重22.5 t，总重35 t。

3.2 栈桥设计计算

按跨度7 m的简直梁进行计算，荷载按照汽车－超20级计算，其荷载分布见图4。

跨中最大弯矩（M中）的影响线见图5。

显然，图5中（1）、（2）种情况均为临界位置，情况（1）的跨中最大弯矩为：

M中（1）＝1.75×140+1.05×140＝392 kN·m

情况（2）的跨中最大弯矩为：

M中（2）＝1.75×120+1.05×120+0.25×30＝343.5 kN·m

通过计算说明，后轮位于跨中时为最不利荷载情况，此时最大弯矩为：

Mmax=3.92×108N·mm；

动荷载冲击系数：1.6；

安全系数：1.2；

抗弯截面模量Wz≥1.87×106 mm3。

预采用Ⅰ25a工字钢，其Wz为401.88×103mm3，所需根数n＝1.87×106×1.6×1.2÷（401.88×103）＝9根。

表1 施工安排情况表

为便于现场搬运，将栈桥对称设置成左右半幅，每幅采用5根Ⅰ25a工字钢组成，每幅宽度1 m，主桥长度8 m，两头顺接1 m爬坡段，总长10 m。为加强栈桥的横向稳定性及防滑性能，在上缘铺设并焊接间距6 cm的φ20 mm的螺纹钢。

3.3 接地比压

自卸车行走在栈桥上时，其两端的最大剪力为252 kN，根据48 h混凝土等强强度约为11.4 MPa，预采用1 m×1 m的钢垫板作为接地板，经计算接地比压为0.03 MPa，由于汽车轮胎在栈桥的振动冲击经过钢板后，理论上不会对混凝土造成损害。现场施工时，可在栈桥两端摊铺厚度5～10 cm的碎石土，以增加摩擦力并起到缓冲作用。

3.4 栈桥坡度

自卸汽车的爬坡能力参数一般为30%以上，该简易栈桥坡度设计为25%，在两端摊铺碎石土后，坡度可调整到10%～15%，完全可以满足自卸汽车的爬坡能力要求。

4 方案实施

仰拱施工原则：需要保证隧道仰拱浇筑与掌子面开挖进度同步。该隧道在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段均设有仰拱和仰拱填充混凝土，采用跳槽法施工时，仰拱及填充混凝土的进度指标根据隧道围岩情况，运用算术平均法计算得出，仰拱及填充施工需达到130 m/月，跳槽法布置见图6。

施工时简易栈桥前移需1 h，开挖清底12 h，绑扎钢筋及立模10 h，仰拱浇筑6 h，强化24 h，共需53 h；随后安装中心水沟圆管5 h，填充混凝土浇筑5 h，填充混凝土在该循环中的等强时间48 h。每4.6 d（111 h）为一个循环，每月可施工6个循环，每循环仰拱需施工22 m，其中Ⅲ、Ⅳ级围岩一次浇筑长度为6 m，Ⅴ级围岩一次浇筑长度为4 m，经计算每作业面需要安排5～6副仰拱栈桥，可满足施工进度要求。

仰拱及填充掌子面的施工距离要求：Ⅲ级围岩不大于90 m，Ⅳ级围岩不大于50 m，Ⅴ级围岩不大于40 m，可根据各种围岩安排跳槽的布置形式，并根据施工进度调整栈桥数量。Ⅲ、Ⅳ级围岩地段布置4副栈桥同时施工、Ⅴ级围岩地段布置5～6副栈桥同时施工可满足施工要求。

5 结束语

高速铁路隧道仰拱施工质量要求高，在满足施工质量的前提下，采用简易栈桥施工移动方便，制作维修简单，经济快捷，可根据施工现场进度适时调整数量，是一种比较适宜的仰拱填充施工方法。

[1]武汉至广州客运专线铁路隧道工程施工技术细则[R]，2005

[2]铁道部工程设计鉴定中心，中国铁道学会. 铁路客运专线建设技术交流会论文集[M]. 武汉：长江出版社，2005

[3]李廉锟. 结构力学[M]. 北京：高等教育出版社，2010

[4]江晓禹，龚晖. 材料力学[M]. 成都：西南交通大学出版社，2009