隧道与地下工程支护预制技术综述与展望

谢旭磊

【摘要】本文从国外隧道与地下工程预制技术发展现状出发，分析了国内隧道与地下工程预制技术发展现状，针对隧道与地下工程预制技术展望进行探究。

【关键词】隧道；地下工程；支护预制技术；展望

引言

目前，很多国家都把构件预制化作为技术发展的一个重要标志；同时，构件预制化也是施工工厂化技术发展的必然趋势，是提高工程质量和修建速度、降低成本的主要措施。

一、国外隧道与地下工程预制技术发展现状

1、壳式隧道结构

“壳式隧道”是荷兰鹿特丹地铁东西线上采用过的一种装配式结构形式，施工速度非常快，此种装配式地下结构在交付使用数年后，仍保持着良好的防水效果。美国某公司发明了一种结合预制件和现场浇筑施工的预制构件系统。

2、双跨箱型结构

日本在仙台市地下铁道工程中，曾采用预制双跨箱型结构，整个结构分成顶板、底板、侧壁及中柱等几个预制构件，设计中主要解决了构件的划分、轻量化、构件的纵向和横向连接问题。此外，日本也曾在双车道公路隧道中进行了单跨矩形装配式结构的试验研究。日法曾联合在公路的扩建工程中开发了大型拱形结构的预制技术，最大跨度已达12m左右。

3、整体管段衬砌结构

前苏联曾在用明挖法施工的地铁线上（包括车站、区间隧道及车站附属建筑和辅助隧道工程）采用定型拼装的统一规格的钢筋混凝土结构，到20世纪80年代后期，在明挖法施工的区间隧道中，开始广泛采用整体管段衬砌。白俄罗斯在地下铁道工程中，大力推行将预制混凝土衬砌设计标准化技术，取得了一定的成就。在俄罗斯、乌克兰、乌兹别克和白俄罗斯地铁的明挖回填隧道中采用了矩形整体管段式预制衬砌，已完成了具有不同承载能力的接头及衬砌设计[1]。

4、单拱结构

在装配式地铁车站结构的研究和应用上，俄罗斯发展较快。俄罗斯采用单拱结构修建了俄罗斯第一个地铁双层换乘枢纽，在彼德堡地铁伏龙芝滨海线花园站到挈卡诺夫站区间内，建成了奥林匹克站换乘站。车站整体结构形式为装配式层间楼板单拱结构，结构截面具體形式如图1所示。上拱半径为11.2m，由12个厚70cm、沿车站方向宽50cm的钢筋混凝土盾构机组成，仰拱内径为15m，由13个构件块组成，内部的装配式钢筋结构作为上层站台和道路下的支撑结构，该结构成梁柱组合形式，柱距4m，刚性基础铺设在仰拱衬砌上。在柱的顶部安设装配式钢筋混凝土梁，在路轨下设置了钢筋混凝土装配式梁，一端支撑在桁梁上，另一端支撑在整体式混凝土支柱的托架上，车站上下两层站台均由装配式钢筋混凝土建造而成。

二、国内隧道与地下工程预制技术发展现状

从国内隧道与地下工程预制技术发展来看，预制技术主要应用在盾构法修建的工程中，一般为圆形结构，在铁路隧道和公路隧道中也有应用实例，但装配式结构的研究、应用的实例并不多。

在部分预制研究应用方面，我国在秦岭Ⅰ线隧道仰拱采用预制构件（图1），拱和侧墙现场浇筑，提高了隧道施工的安全性和使用的耐久性。相关研究人员曾对广州地铁明挖区间矩形装配式衬砌的设计和施工工艺进行了研究[2]；此外，还对长大铁路隧道仰拱快速施工技术进行了研究。

图1秦岭隧道预制仰拱结构示意

在运营隧道中，也曾采用预制内衬进行既有隧道衬砌的加固。对地下铁道明挖区间隧道衬砌结构部分预制技术进行了深入研究，分别对矩形结构、直墙拱形结构和曲墙拱形结构三种结构形式进行了构件划分，分析了接头位置和接头刚度对结构受力的影响。广东上小洞水库输水涵的改建中应用了装配式马蹄形无压隧道结构，取得了良好的经济、技术效益。辽宁省白石水库观测廊道大胆尝试预制拱圈对接组合的方法，降低了成本，缩短了工期。一些研究人员就城市双车道公路盾构隧道，设计了一种9等分管片衬砌结构，应用于成都火车北站北延线公路隧道工程中。

目前，长春地铁2号线一期工程共有5个车站采用装配式混凝土结构施工，袁家店站为长春地铁装配式车站试验站，最先开工建设，目前已完成2阶段共24环（每环长度2m）装配式结构预制和拼装工作，共完成48m试验段装配式构件预制和安装，基本解决了预制构件制作、拼装装备及工艺方面的施工技术问题。

三、隧道与地下工程预制技术展望

综上所述，国内对隧道与地下工程预制技术的研究尚处于起步阶段，虽然对地铁区间装配式结构有了一定的研究，但对地铁车站以及其他地下铁道附属物装配式结构的研究尚处于起步阶段。相对于地上装配式建筑而言，地下工程装配式结构的相关设计理论和设计、施工规范都十分欠缺。

由于地下工程本身的复杂性，不可能将现有的地上工业与民用建筑装配式结构设计和施工的计算理论和施工工艺照搬到地下结构中来。隧道与地下工程装配式结构的发展速度非常缓慢，迫使必须进行隧道与地下工程装配式结构相关设计理论的研究。目前隧道与地下工程装配式结构还没有成熟的计算理论可依，且国内外对装配式地下结构的计算理论研究不是很多，防水技术方面亦处于试验摸索阶段，在装配式地下工程抗震理论方面的研究更是欠缺。

当前，隧道及地下工程支护预制技术大多主要应用于盾构法施工隧道，其应用领域主要集中在城市地下工程中：城市地下交通隧道、市政设施管道、引水隧道和越江跨海隧道等。预制技术的发展带来的经济、技术效益也是明显的；但装配式衬砌大多局限于小截面的输水涵洞和明挖施工的明洞衬砌部分，在矿山法修建隧道与地下工程中采用预制技术也相对较少。

目前，矿山法施工隧道还占相当大的比例，隧道临时支护预制技术研究更是空白，当前拆除临时支护结构是一个非常繁琐的工序，拆除工效低下、材料浪费严重，同时破除临时支护结构在一定程度上会打破原先支护结构的平衡，频繁出现应力转换、分散、重分布等状态，破除工序控制不好易出现意想不到的事故。研发一种预制临时支护结构，在满足安全可靠的前提下提高破除工效、节省材料、循环利用并降低成本，显得很有必要[3]。

此外，借鉴目前隧道区间盾构管片拼装技术，研发一种隧道初期支护结构预制装配技术，减少或消除洞内湿喷作业，通过初期支护结构的模数化、标准化、工业化和拼装的机械化，实现隧道初期支护的快速绿色建造也是很有意义的。同时，地铁车站全预制地下连续墙的设计与研发、隧道与地下工程二衬预制技术的研究、隧道与地下工程拱架预制技术的研究等都是隧道与地下工程预制技术发展很有前景的方向。随着城市建设的进一步发展，隧道及地下工程预制技术的应用领域将会进一步扩大，地下停车场、地下仓库、共同沟、综合地下商业开发及地铁车站等地下工程支护预制技术值得进一步研究。

参考文献：

[1]崔玖江.隧道与地下工程施工技术现状及问题对策[J].施工技术，2001（01）：3-6.

[2]崔玖江.提高我国隧道与地下工程施工技术水平[J].西部探矿工程，2001（01）：3-7.

[3]段怀志.隧道及地下工程健康评价研究[D].重庆交通大学，2009.