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摘要 本文综合叙述了国内外铁路隧道仰拱施工技术与设备的现状，分析了国内外仰拱施工技术与设备存在的问题，针对我国铁路隧道仰拱施工新要求，提出了铁路隧道仰拱施工技术和设备发展方向。
关键词 铁路隧道；仰拱；施工技术；施工设备
仰拱是隧道结构的主要组成部分之一，是隧道结构的基础。一方面在隧道施工中设置仰拱，可使支护结构形成封闭的结构体系，提高整体受力性能，控制隧道周收敛位移及围岩体塑性变形的发展。另一方面在隧道使用过程中，仰拱可将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下，而且还可有效地抵抗隧道下部地层传来的反力。
1国内外铁路隧道仰拱施工技术与设备现状
传统的隧道施工中仰拱施工通常都是在隧道开挖完毕后进行的，与隧道开挖运输工序间存在着严重的相互干扰，要解决这种干扰问题，国内外的隧道施工人员采用了很多方法。根据大量的调研统计，主要有：仰拱分幅施工法、仰拱栈桥施工法、平行导坑运输的仰拱施工法、支墩施工法、仰拱预制施工法、仰拱顺序施工法等六种施工方法。
（1）仰拱分幅施工法
采用该方法时将隧道仰拱分成两半幅施作，当其中半幅进行施工时，另外半幅作为掘进运输通道，等一侧施工完成后换另一侧进行施工，二者交叉进行。仰拱大都采用人工摊铺，所使用的机械设备也是一般的混凝土浇注、振捣设备，没有专用的仰拱施工设备。例如西合线的黄沙岭隧道仰拱就是采用分幅施工法施作的。仰拱施工时先将运输轨道拨至隧道一侧；采用小型挖掘机和风镐等对隧道另一侧进行清底、浇筑仰拱和填充，养护该侧浇筑好的混凝土达到一定强度后即完成了该侧的仰拱施工；然后将轨道拨回到已完成施工的仰拱填充上，再在另一侧按相同方法进行仰拱施工。
（2）仰拱栈桥施工法
采用该方法施工时先在隧道底部的碴石上架设仰拱栈桥，保证运输不中断，接着清理干净栈桥下的碴石，然后进行仰供和填充的混凝土浇筑；等混凝土达到一定强度后即可移动仰供栈桥至下一个施工位置，此时栈桥一端搭于隧底的碴石上，另一端搭于仰拱填充上，开始进行下一个循环的仰供施工。采用该方法施工，在仰拱施工的同时栈桥上能通过运输车辆，解决了底部仰拱施工与运输车辆通行的干扰问题。在实际施工中仰拱栈桥施工法又可以分成：连续栈桥法和间断栈桥法。
采用连续栈桥法时使用的设备为专用的仰拱栈桥。例如：地处大别山中部的合武客运专线金寨隧道就是采用连续栈桥法施做仰拱的。隧道全长10766m，共设进出口及斜井4个工作面，洞身采用钻爆法开挖，架设移动栈桥来解决洞内出碴进料与仰拱施工之间的干扰问题，运输车辆在栈桥上行驶，在栈桥下进行仰拱、填充施工作业。
（3）平行导坑运输的仰拱施工法
采用该方法在隧道正洞进行仰拱施工时，可利用平行导坑进行运输（出碴和进料）。由于采用该方法时仰拱施工与开挖运输之间相互不干扰，因此施作仰拱时只需要一般的混凝土浇注、振捣设备即可，不需要专用的仰拱施工设备。介于平行导坑的设置需要考虑多方面的影响因素，目前在国内应用该方法施工的隧道比较少。
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（4）支墩施工法
采用该方法时先将运输轨道拨向隧道一侧，将另一侧清底后，在长约30m~50m段上每隔3m~5m设一混凝土支墩，并在支墩上扣轨架设简易栈桥以便车辆通行，再在另一侧清底，然后分段整幅灌注仰拱，其仰拱混凝土的浇筑大都是由自卸汽车或混凝土搅拌运输车在简易栈桥上直接倾倒，人工进行摊铺，用棒式振捣器进行振捣。严格来说，支敦施工法也是基于仰拱栈桥法的范畴，采用该方法施工时所用的机械设备为：多组专用的简易栈桥及配套的混凝土运输、振捣设备等。例如宜万线堡镇隧道，其支墩间距4.16m，每次仰拱施工段长度共计25m（即两根标准轨的长度），月施工进度可达125m。武广客运专线SDⅡ标大瑶山1#隧道也采用支墩施工法施做仰拱，隧道采用钻爆法开挖，无轨运输，共配备了8组12m长的简易栈桥，每次灌注24m，2天一个小循环，15天完成一组长栈桥共96m的大循环[5]。
2铁路隧道仰供施工存在的问题
通过对国内外铁路隧道仰拱施工技术与设备的大量调研，发现铁路隧道仰拱施工主要存在以下几个方面的问题。
（1）采用分幅施工法时，仰拱及填充被分为左、右两半分别浇注，在隧底中间形成了一道纵向施工缝，破坏了隧道仰拱的整体性，使隧道衬砌环向承载能力大大降低；另外，在地下水发育地段，在仰拱中间施工缝处经常出现渗水、翻浆、冒泥等问题，给隧道后期运营安全埋下病害隐患。
（2）采用栈桥法施工虽然在一定程度上解决了仰拱施工与开挖运输作业的干扰问题，但是栈桥的结构和功能都过于简单，无法保证边墙脚与仰拱连接处的圆弧过渡成型，而且其自动化程度很低、移位比较困难。另外，采用仰拱栈桥施工时，栈桥下部施工空间比较狭小，大多只能人工摊铺施工，因而无法使仰拱和填充分开浇筑，违背了仰拱用来承力、填充用来缓冲列车载荷的设计初衷。
（3）采用平行导坑运输的仰拱施工法适用面很窄，该方法仅仅适用于工期紧迫且有平行导坑设计的隧道。
（4）采用支墩法施工仰拱需要提前施作混凝土支墩，工序繁杂，而且这些混凝土支墩将仰供和填充连成一体，如果支墩处防水处理得不好，将会导致地下水上渗等问题。如果隧道施工采用有轨运输，运输轨道需要频繁地拆除并拨道到另一侧，将导致出碴与进料工作都被中断，浪费大量正常的施工时间，影响施工进度和工期。
（5）采用仰拱预制施工法时，仰拱预制块由专业厂家生产，虽然仰拱质量易于保证，但是需要为此增设专业的厂家制作仰拱预制块，费用比较高。
3铁路隧道仰拱施工技术与设备的发展方向
仰拱施工是铁路隧道施工过程中的重要环节，然而，现有的隧道仰拱施工技术与设备根本无法满足快速、优质、高效的铁路隧道施工要求。针对目前铁路隧道仰拱施工技术与设备现状，铁道部曾多次明文规定铁路隧道仰拱施工技术与设备的发展方向。
（1）铁道部建设司于1989年在其科研项目《铁路隧道仰拱受力分析及设计方法研究》中指出“隧道底部围岩失稳是导致隧道结构开裂与破坏的重要原因”，并提出“仰拱宜与上部衬砌同时施作，必要时先行施作”。
（2）铁道部2002发布的《铁路隧道施工规范》中规定“仰拱宜超前拱墙二次衬砌，其超前距离宜保持3倍以上衬砌循环作业长度；仰拱施作应优先选择各段一次成型，避免分部灌筑”。
隧道开挖完成初期支护后，实行仰拱超前施工一方面可以实现隧道底部的快速封闭，有利于稳定掌子面，同时便于和边、顶拱的初期支护迅速封闭成环，加强初期支护的抗弯和抗扭能力；另一方面仰拱超前施工后，可以大大地改善隧道内作业环境，使运输道路更加畅通，减少运输车辆的损坏，加快施工进度等。
参考文献:
［1］李育金.张家坡隧道仰拱桥架设施工技术.中小企业科技，2007.07
［2］任晓琴.金寨隧道安全优质快速施工技术.铁道标准设计，2008.11
［3］张旭.宜万铁路堡镇隧道仰拱施工技术.建筑，2007
论文作者:黄瑶瑶,殷希
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/15
标签：隧道论文; 栈桥论文; 铁路论文; 导坑论文; 施工技术论文; 设备论文; 混凝土论文; 《防护工程》2018年第36期论文;