楊建喜， 張 進(jìn)， 李世民， 張 鐸

(1. 遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110003； 2. 沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110167；3. 中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650000)

?

開(kāi)敞式TBM隧道仰拱襯砌同步施工關(guān)鍵技術(shù)

楊建喜1， 張 進(jìn)2， 李世民3， 張 鐸1

(1. 遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110003； 2. 沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110167；3. 中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650000)

為實(shí)現(xiàn)TBM掘進(jìn)與仰拱襯砌同步施工，縮短工程關(guān)鍵線路工期，提高隧道施工效率，設(shè)計(jì)出雙通道仰拱同步襯砌臺(tái)車(chē)。臺(tái)車(chē)斷面為非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)形式，以滿足TBM掘進(jìn)施工及其相關(guān)配套設(shè)施的布置及運(yùn)行。臺(tái)車(chē)采取“前斜坡段+前道岔段+4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段+后道岔段+后斜坡段”的布置方式，臺(tái)車(chē)下方劃分成多個(gè)作業(yè)面，具備仰拱混凝土澆筑準(zhǔn)備、澆筑、養(yǎng)護(hù)等的功能；根據(jù)施工支洞距離長(zhǎng)、坡度大以及TBM掘進(jìn)段交通條件受限的特點(diǎn)，采用支洞輪式運(yùn)輸和主洞有軌運(yùn)輸?shù)穆?lián)合運(yùn)輸方式，保障物料運(yùn)輸快捷有序； 臺(tái)車(chē)前后采用升降坡軌道搭接裝置，實(shí)現(xiàn)TBM配套標(biāo)準(zhǔn)軌道豎向搭接的平順過(guò)渡。工程實(shí)踐表明： 仰拱同步襯砌臺(tái)車(chē)應(yīng)用效果較好，施工進(jìn)度最大可達(dá)到648 m/月，在不影響TBM正常掘進(jìn)的前提下可有效縮短關(guān)鍵線路工期。

開(kāi)敞式TBM； 隧道； 仰拱襯砌； 襯砌臺(tái)車(chē)； 同步施工

0 引言

隨著我國(guó)長(zhǎng)大隧道建設(shè)步伐的加快，在隧道施工中二次襯砌緊跟開(kāi)挖、TBM掘進(jìn)與二次模筑襯砌同步施工技術(shù)已成為隧道施工的發(fā)展趨勢(shì)[1]，襯砌同步施工技術(shù)在施工安全、工程質(zhì)量、綜合進(jìn)度、施工成本等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)成為隧道施工領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。根據(jù)襯砌工作面與隧道斷面的關(guān)系，將襯砌同步施工技術(shù)分為3類(lèi)： 第1類(lèi)是鐵路隧道中較常采用的仰拱預(yù)制塊同步鋪裝、邊頂拱襯砌現(xiàn)澆同步施工技術(shù)，一般適用于上表面為平面的仰拱，便于有軌運(yùn)輸系統(tǒng)鋪軌； 第2類(lèi)是全圓襯砌現(xiàn)澆同步施工技術(shù)； 第3類(lèi)是仰拱襯砌現(xiàn)澆同步施工技術(shù)。3類(lèi)襯砌同步施工技術(shù)主要應(yīng)用情況見(jiàn)表1。第1類(lèi)已成功應(yīng)用在多個(gè)鐵路隧道工程中，技術(shù)較成熟； 后2類(lèi)僅在水工隧洞中進(jìn)行了嘗試。

表1 同步襯砌技術(shù)應(yīng)用情況

針對(duì)水工隧洞，采用仰拱現(xiàn)澆同步施工相比預(yù)制塊同步鋪設(shè)有諸多優(yōu)勢(shì)，文獻(xiàn)[4-5]從節(jié)省投資、保證質(zhì)量、方便施工等方面進(jìn)行了論述。TBM施工需在已掘進(jìn)洞段同步延伸連續(xù)皮帶、大直徑風(fēng)管、高壓電纜、供排水管道、TBM行走及物料運(yùn)輸軌道，受隧道空間限制，全圓或邊頂拱襯砌與TBM掘進(jìn)同步作業(yè)的干擾問(wèn)題難以解決； 而仰拱襯砌占用空間小，便于施工布置，干擾問(wèn)題較為容易解決，并且仰拱襯砌的完成可為后續(xù)邊頂拱襯砌施工創(chuàng)造有利的交通條件。水工隧洞結(jié)構(gòu)不設(shè)置小邊墻，一般比鐵路隧道斷面小，底部不允許鋪設(shè)仰拱預(yù)制塊，只能施作現(xiàn)澆混凝土，仰拱同步施工的難度大。大伙房輸水工程采用的仰拱臺(tái)車(chē)實(shí)現(xiàn)了3.6 km仰拱同步襯砌，取得了成功應(yīng)用，但是使用過(guò)程中仍存在諸多有待解決的問(wèn)題[12]，如： 1)臺(tái)車(chē)前后坡軌長(zhǎng)度大于100 m，臺(tái)車(chē)移動(dòng)時(shí)前后坡軌處理工作量大； 2)前后坡軌拆除與安裝方式不合理，效率低； 3)臺(tái)車(chē)主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為48 m，每個(gè)施工循環(huán)為16 m，臺(tái)車(chē)移動(dòng)頻繁，造成前后坡軌拆除與安裝工作量大； 4)臺(tái)車(chē)上常用材料擺放和施工人員作業(yè)空間不足； 5)仰拱澆筑時(shí)混凝土罐車(chē)占用單線運(yùn)輸通道[13]，影響TBM正常掘進(jìn)。浮放道岔增大了線路的坡度，在起吊、移動(dòng)時(shí)需中斷交通，并且移動(dòng)困難，列車(chē)過(guò)岔時(shí)速度慢、易掉道，嚴(yán)重制約臺(tái)車(chē)作業(yè)區(qū)列車(chē)的通行能力[14]。文獻(xiàn)[15]指出現(xiàn)澆仰拱同步襯砌施工需要解決的技術(shù)問(wèn)題，包括洞內(nèi)軌道布置、有軌運(yùn)輸列車(chē)在同步襯砌區(qū)域不間斷通行、仰拱同步襯砌臺(tái)車(chē)自身結(jié)構(gòu)和行走形式、混凝土澆筑方式、同步襯砌速度與TBM掘進(jìn)速度匹配等問(wèn)題。本文針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出非對(duì)稱(chēng)方形框架結(jié)構(gòu)和雙通道方案解決同步施工的空間和交通干擾問(wèn)題，采用升降坡軌道搭接裝置實(shí)現(xiàn)軌道的平順過(guò)渡和臺(tái)車(chē)的快速移動(dòng)，構(gòu)建仰拱襯砌同步施工技術(shù)體系，并結(jié)合施工應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題指出進(jìn)一步改進(jìn)的方向。

1 工程概況

遼寧省重點(diǎn)輸供水工程水源工程設(shè)計(jì)輸水流量77 m3/s，成洞洞徑7.3～8.5 m，多年平均輸水量16.24億m3，為全程有壓自流，最大壓力0.9 MPa。工程布置見(jiàn)圖1，由進(jìn)水口、有壓隧洞、檢修豎井、調(diào)壓井、出口電站及供水支線組成，主洞全長(zhǎng)99.98 km，沿線布設(shè)14條施工支洞和1條連通支洞，支洞總長(zhǎng)24.36 km。主體共分為5個(gè)施工標(biāo)段，采用以TBM為主、鉆爆法為輔的聯(lián)合施工方法。主洞鉆爆法施工段長(zhǎng)度為31.48 km，占主體隧洞總長(zhǎng)的31.5%； TBM施工段采用4臺(tái)TBM，劃分成8個(gè)掘進(jìn)段，總長(zhǎng)度為68.50 km，占主體隧洞總長(zhǎng)的68.5%，開(kāi)挖洞徑8.5 m。工程穿越的地形地貌主要為長(zhǎng)白山南延龍崗山脈侵蝕斷褶中低山地形，整體山脈呈NE向延伸，山巒疊嶂，溝壑密布，山頂多為尖頂狀，植被發(fā)育。隧洞埋深較大，其中埋深超過(guò)600 m的占13%、超過(guò)300 m的占55%、超過(guò)100 m的占97.7%、小于50 m的僅占0.3%。

水源工程施工3標(biāo)TBM掘進(jìn)洞段長(zhǎng)度為37.69 km，劃分成4個(gè)掘進(jìn)段，采用2臺(tái)TBM(TBM1、TBM2)施工，開(kāi)挖直徑為8.5 m。襯砌結(jié)構(gòu)包括仰拱混凝土和邊頂拱混凝土，全洞段通長(zhǎng)澆筑仰拱混凝土，最大厚度為0.93 m，頂面寬度為5.3 m。Ⅱ、Ⅲa類(lèi)圍巖仰拱澆筑素混凝土(長(zhǎng)度為28.25 km)，Ⅲb、Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖澆筑仰拱和邊頂拱混凝土(長(zhǎng)度為9.44 km)，襯砌分倉(cāng)長(zhǎng)度為12 m/倉(cāng)。

圖1 遼寧省重點(diǎn)輸供水工程水源工程布置示意圖(單位： m)

2 仰拱襯砌同步施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 雙通道仰拱同步襯砌臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合工程實(shí)際，采用雙通道仰拱同步襯砌臺(tái)車(chē)[16-17](簡(jiǎn)稱(chēng)仰拱臺(tái)車(chē))施工。仰拱臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2，總長(zhǎng)約132 m，主要包括行走軌道、襯砌臺(tái)架、岔道臺(tái)架、坡道臺(tái)車(chē)、動(dòng)力機(jī)等，采取“前斜坡段+前道岔段+4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段+后道岔段+后斜坡段”的布置方式，前后升降坡段坡度為3°。

(a) 剖面圖

(b) 平面圖

1—標(biāo)準(zhǔn)段； 2—軌道布置； 3—行走輪組； 4—道岔段； 5—擋水板； 6—前斜坡段； 7—后斜坡段； 8—模板組； 9—驅(qū)動(dòng)裝置； 10—道岔軌道布置； 11—2 t手動(dòng)葫蘆。

圖2 雙通道仰拱同步襯砌臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖(單位： mm)

Fig. 2 Structure of dual channel synchronous inverted arch lining formework trolley (mm)

將仰拱臺(tái)車(chē)斷面設(shè)計(jì)為圖3所示的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)形式，以滿足TBM掘進(jìn)施工及其相關(guān)配套設(shè)施的布置及運(yùn)行，主要包括： 1)上側(cè)φ2.2 m風(fēng)筒； 2)左側(cè)供排水管、供電系統(tǒng)、照明、通訊電纜； 3)右側(cè)連續(xù)皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)； 4)臺(tái)車(chē)腹內(nèi)實(shí)現(xiàn)有軌列車(chē)編組通行(編組最大長(zhǎng)度60 m，滿載質(zhì)量144 t)，滿足TBM掘進(jìn)延伸材料及初期支護(hù)材料正常運(yùn)輸，其中最大件為儲(chǔ)風(fēng)筒，尺寸為8 m(長(zhǎng))×2.4 m(寬)×2.4 m(高)。長(zhǎng)達(dá)132 m的結(jié)構(gòu)可使仰拱臺(tái)車(chē)下方劃分為多個(gè)工作區(qū)，具備仰拱混凝土澆筑準(zhǔn)備、澆筑、養(yǎng)護(hù)等的功能，具體包括清渣準(zhǔn)備，排水、清倉(cāng)、軌道移設(shè)，支高架拆除，綁扎鋼筋，混凝土澆筑，混凝土待凝、模板滑移停放，混凝土養(yǎng)護(hù)、軌道鋪設(shè)等。

仰拱臺(tái)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)段底梁上安裝4條軌道實(shí)現(xiàn)雙向通行(見(jiàn)圖4(a))，前(后)道岔段實(shí)現(xiàn)雙軌并道(見(jiàn)圖4(b))，用布置雙通道的方案解決TBM掘進(jìn)與仰拱混凝土澆筑同步施工過(guò)程中空間和交通干擾的問(wèn)題。此外，方形框架結(jié)構(gòu)形式為混凝土通過(guò)溜槽直接入倉(cāng)提供了便利條件，相比泵送入倉(cāng)方式，可減少泵車(chē)投入，提高施工效率。臺(tái)車(chē)行走軌道安裝在洞壁上，臺(tái)車(chē)上安裝驅(qū)動(dòng)裝置和行走輪對(duì)，移動(dòng)速度可達(dá)到3.52 m/min，為快速跟進(jìn)提供了條件。仰拱臺(tái)車(chē)所受荷載通過(guò)臺(tái)車(chē)行走軌道及支座傳遞到洞壁，不會(huì)對(duì)混凝土作業(yè)區(qū)域產(chǎn)生干擾。臺(tái)車(chē)底梁距離仰拱底面1.51 m、仰拱混凝土上表面0.58 m，為電纜槽模板安裝，鋼筋綁扎，止水帶安裝，混凝土攤鋪、振搗、抹面、灑水養(yǎng)護(hù)等工序作業(yè)提供了足夠的空間，并且可以實(shí)現(xiàn)仰拱全幅一次性整體澆筑，避免施工縱縫的產(chǎn)生，有效保證混凝土質(zhì)量。

1—照明、通訊電纜; 2—10 kV高壓電纜3×35 mm2; 3—20 kV高壓電纜3×90 mm2; 4—φ150 mm供水管; 5—φ150 mm排水管; 6—鋼支墩; 7—φ2 200 mm通風(fēng)管; 8—風(fēng)筒; 9—電動(dòng)葫蘆梁; 10—混凝土運(yùn)輸機(jī)車(chē); 11—仰拱混凝土; 12—仰拱臺(tái)車(chē); 13—出渣皮帶機(jī)。

圖3 雙通道仰拱同步襯砌臺(tái)車(chē)典型斷面圖(單位： mm)

Fig. 3 Cross-section of dual channel synchronous inverted arch lining formework treolley (mm)

2.2 物料運(yùn)輸交通綜合規(guī)劃

本工程TBM單個(gè)掘進(jìn)段最長(zhǎng)為11.45 km，主洞平均埋深450 m、最大埋深1 100 m，最長(zhǎng)施工支洞達(dá)到2.45 km，支洞最大坡度12.45%，施工支洞主支洞交叉口與支洞口高差最大達(dá)到245 m。因此，必須采用支洞輪式運(yùn)輸和主洞有軌運(yùn)輸?shù)穆?lián)合運(yùn)輸方式。在長(zhǎng)距離、大坡度的施工支洞內(nèi)規(guī)劃為輪式運(yùn)輸，在TBM組裝間、服務(wù)區(qū)和通過(guò)段區(qū)域內(nèi)設(shè)置四軌雙線(見(jiàn)圖5)，在TBM掘進(jìn)段內(nèi)設(shè)置雙軌單線并利用仰拱臺(tái)車(chē)雙通道實(shí)現(xiàn)主洞內(nèi)錯(cuò)車(chē)，通過(guò)組裝間的橋機(jī)或檢修間的門(mén)機(jī)實(shí)現(xiàn)輪式運(yùn)輸材料暫時(shí)儲(chǔ)存或中間產(chǎn)品的轉(zhuǎn)運(yùn)。同時(shí)，將擴(kuò)大洞室區(qū)段的軌道設(shè)置為嵌入式軌道，實(shí)現(xiàn)輪胎式車(chē)輛與有軌運(yùn)輸車(chē)輛的交叉運(yùn)輸作業(yè)。在仰拱混凝土澆筑過(guò)程中采用“1(內(nèi)燃牽引機(jī)車(chē))+3(臥式混凝土罐車(chē))”的編組模式，有效保證了混凝土的運(yùn)力和運(yùn)速?；炷吝\(yùn)輸罐車(chē)和內(nèi)燃牽引機(jī)車(chē)分別為HNJ60A/B型6 m3臥式混凝土攪拌罐車(chē)和NRQ25型牽引機(jī)車(chē)。

(a) 標(biāo)準(zhǔn)段

(b) 道岔段

圖5 軌道運(yùn)輸布置示意圖

2.3 升降坡軌道平順過(guò)渡

為實(shí)現(xiàn)有軌運(yùn)輸列車(chē)雙通道行駛的錯(cuò)車(chē)要求和提供仰拱混凝土澆筑作業(yè)面，將仰拱臺(tái)車(chē)置于距離仰拱底面1.49 m、軌間距為5.87 m的臺(tái)車(chē)行走軌道上，仰拱臺(tái)車(chē)前后升降坡段軌道與TBM配套標(biāo)準(zhǔn)軌道存在豎向搭接問(wèn)題，如果按照已有的方法處理，存在前后坡軌安拆效率低、列車(chē)運(yùn)行易出現(xiàn)降速和掉道的問(wèn)題。本工程采用的升降坡軌道搭接裝置[18](見(jiàn)圖6)由楔形扁鋼軌道、門(mén)型連接鋼板、限位螺栓組成，2根楔形扁鋼軌道對(duì)稱(chēng)布置在連接鋼板上，與TBM配套單線標(biāo)準(zhǔn)軌同距，2根槽鋼布置在TBM單線標(biāo)準(zhǔn)軌外側(cè)與門(mén)型鋼板焊接，并在槽鋼前后設(shè)置4個(gè)限位孔(限位孔焊接限位螺栓螺帽)，采用4根高強(qiáng)螺栓限位固定。該裝置能有效保證軌道的平順過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)編組列車(chē)安全、高效地穿越仰拱臺(tái)車(chē)，避免編組列車(chē)升降坡時(shí)發(fā)生掉道事故； 同時(shí)，臺(tái)車(chē)移動(dòng)前無(wú)需將前斜坡段前端或后斜坡段后端吊起，縮短了臺(tái)車(chē)走行的準(zhǔn)備時(shí)間，實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)快速移動(dòng)。

3 仰拱襯砌同步施工應(yīng)用

3.1 施工工藝與強(qiáng)度分析

為提高仰拱臺(tái)車(chē)的同步施工效率，實(shí)施中對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。將仰拱臺(tái)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)段下方劃分為5個(gè)施工段，每個(gè)施工段長(zhǎng) 12 m，作為1個(gè)倉(cāng)位，按跳倉(cāng)澆筑的順序進(jìn)行施工(見(jiàn)圖7)，完成后仰拱臺(tái)車(chē)走行60 m，進(jìn)行下一循環(huán)5個(gè)施工段的施工。

圖6 升降坡軌道搭接裝置(單位： mm)

每個(gè)施工段劃分成7個(gè)施工工序，施工工藝流程見(jiàn)圖8，依次為軌道軌枕拆除、基巖面清理、鋼筋止水模板安裝、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)及模板拆除、軌道鋪設(shè)、臺(tái)車(chē)行走。每個(gè)施工段根據(jù)各工序完成的時(shí)間和施工順序組織流水施工，施工進(jìn)度安排見(jiàn)圖9。

圖7 仰拱臺(tái)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)段下方倉(cāng)位布置示意圖

圖8 仰拱襯砌同步施工工藝流程

以Ⅱ、Ⅲa類(lèi)圍巖仰拱襯砌為例，每循環(huán)施工持續(xù)總時(shí)間為55.5 h。

圖9 仰拱襯砌同步施工進(jìn)度橫道圖

Fig. 9 Progress chart of synchronous inverted arch lining construction

按每月25個(gè)工作日測(cè)算，仰拱臺(tái)車(chē)在各類(lèi)圍巖條件下的施工月強(qiáng)度見(jiàn)表2。需要說(shuō)明的是，在實(shí)施過(guò)程中隨著施工人員操作逐步熟練和工序銜接趨于合理緊湊，施工強(qiáng)度指標(biāo)仍有提升的空間。

3.2 施工應(yīng)用效果

仰拱臺(tái)車(chē)在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況見(jiàn)圖10。截至2017年1月25日，施工3標(biāo)仰拱襯砌同步施工17.9 km，預(yù)計(jì)至2臺(tái)TBM掘進(jìn)貫通時(shí)可完成仰拱同步施工約22 km，占仰拱襯砌總長(zhǎng)度的58.4%。從施工效率上看，經(jīng)過(guò)第1掘進(jìn)段設(shè)備的磨合改進(jìn)以及施工人員熟練程度的提高，2臺(tái)仰拱臺(tái)車(chē)在第2掘進(jìn)段平均月進(jìn)尺達(dá)到398 m和448 m(見(jiàn)表3)，最高月進(jìn)尺達(dá)到648 m，基本可以實(shí)現(xiàn)仰拱襯砌同步跟進(jìn)施工。

表2 仰拱襯砌同步施工強(qiáng)度分析表

m

注： TBM1-1貫通時(shí)間為2015-02-27，仰拱同步施工結(jié)束時(shí)間為2015-02-10； TBM2-1貫通時(shí)間為2016-01-14，仰拱同步施工結(jié)束時(shí)間為2015-11-11。

與采用TBM(TBM3、TBM4)貫通后先完成仰拱澆筑再進(jìn)行邊頂拱襯砌施工的4標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表4，可知仰拱襯砌同步施工可大幅提前邊頂拱襯砌啟動(dòng)時(shí)間(由于仍在施工中，表中部分時(shí)間節(jié)點(diǎn)根據(jù)施工進(jìn)展情況預(yù)估)。仰拱襯砌跟進(jìn)TBM掘進(jìn)同步施工，使得TBM貫通至邊頂拱襯砌開(kāi)始施工的時(shí)間間隔縮短，該時(shí)間間隔越小，對(duì)縮短工期的貢獻(xiàn)越大，即仰拱同步施工的效果越顯著，對(duì)壓縮關(guān)鍵線路工期的作用越大。

針對(duì)關(guān)鍵線路TBM2-2段，若采用貫通后先仰拱后邊頂拱方案，貫通后進(jìn)行設(shè)備拆機(jī)、軌道拆除、仰拱面清理、襯砌施工準(zhǔn)備需占用直線工期5個(gè)月,考慮2個(gè)作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行仰拱澆筑，平均月強(qiáng)度為1 100 m，仰拱施工工期為8個(gè)月，該方案TBM貫通至邊頂拱襯砌啟動(dòng)的時(shí)間間隔為13個(gè)月; 采用仰拱襯砌緊跟TBM掘進(jìn)同步施工方案，預(yù)計(jì)貫通時(shí)仰拱剩余800 m，考慮拆機(jī)影響，單個(gè)工作面施工，2個(gè)月可完成剩余仰拱施工。仰拱臺(tái)車(chē)的使用可以縮短關(guān)鍵線路工期約11個(gè)月。

綜上，仰拱臺(tái)車(chē)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了TBM正常掘進(jìn)與仰拱混凝土同步快速施工，提高了隧洞綜合施工效率和現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量，改善了施工環(huán)境，為后期邊頂拱襯砌多工作面交叉施工創(chuàng)造了條件，縮短了關(guān)鍵線路施工工期，降低了工程綜合修建成本。

表4 邊頂拱襯砌啟動(dòng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

4 需進(jìn)一步解決的問(wèn)題

4.1 移動(dòng)式滑模使用效果不佳

原設(shè)計(jì)在仰拱臺(tái)車(chē)下方安裝移動(dòng)式滑模，以實(shí)現(xiàn)混凝土攤鋪整平功能，模板長(zhǎng)度為3 020 mm、寬度為700 mm?；Ｓ砂惭b在臺(tái)車(chē)下部的行走裝置、卷?yè)P(yáng)機(jī)提供行走動(dòng)力，模板由2組行走輪和4根單行絲桿支撐抵抗混凝土向上的浮托力?；墳楣潭ㄔ谂_(tái)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)段桁架結(jié)構(gòu)下方的Ⅰ16橫梁上，滑動(dòng)模板通過(guò)4根可調(diào)節(jié)絲桿及滾輪與滑軌連接， 3 t卷?yè)P(yáng)機(jī)提供滑模行走的牽引力。混凝土澆筑前安裝好模板滑行到起始端，調(diào)節(jié)好高度使其剛好接觸預(yù)留槽模板頂面，混凝土一邊澆筑一邊用3 t卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引滑模移動(dòng)。

在工程實(shí)踐中，由于TBM物料運(yùn)輸車(chē)輛和仰拱混凝土運(yùn)行車(chē)輛通行頻繁，通行車(chē)輛為列車(chē)編組，包括質(zhì)量為25 t的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、15.8 t的臥式混凝土6 m3運(yùn)輸罐車(chē)、材料運(yùn)輸平板車(chē)等，列車(chē)編組行駛時(shí)由于靜荷載和動(dòng)荷載組合，仰拱臺(tái)車(chē)橫向大梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了5～10 mm撓度，原設(shè)計(jì)的仰拱頂面移動(dòng)式滑模未能成功應(yīng)用，改為人工作業(yè)。

4.2 主動(dòng)輪摩擦力不足

仰拱臺(tái)車(chē)在前后端的道岔段上共設(shè)置4套驅(qū)動(dòng)裝置，采用鏈輪傳動(dòng)，主動(dòng)輪直徑為250 mm，行走速度為3.52 m/min。臺(tái)車(chē)總長(zhǎng)度達(dá)到132 m，總質(zhì)量約132 t，由驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)主動(dòng)輪，依靠主動(dòng)輪與軌道間的摩擦力驅(qū)動(dòng)臺(tái)車(chē)走行。在使用過(guò)程中主動(dòng)輪出現(xiàn)打滑空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，原因是主動(dòng)輪與軌道間的摩擦力不足以帶動(dòng)仰拱臺(tái)車(chē)，需要在道岔段增加配重(一般采用停放內(nèi)燃機(jī)車(chē)的方式)來(lái)解決該問(wèn)題。

4.3 在Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖中仰拱臺(tái)車(chē)與施工面存在干擾

1)開(kāi)敞式TBM隧道掘進(jìn)施工中，不良地質(zhì)段采取“鋼筋排+鋼拱架+錨噴支護(hù)”的聯(lián)合支護(hù)措施，Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖安裝全環(huán)HW150型鋼拱架，厚度150 mm，設(shè)計(jì)階段未充分考慮仰拱臺(tái)車(chē)的行走軌道(文獻(xiàn)[16]中有示意圖)鋪設(shè)與鋼拱架的沖突，施工時(shí)需要將鋼拱架切斷開(kāi)口以便于軌道鋪設(shè)，臺(tái)車(chē)通行之后再進(jìn)行恢復(fù)。2)Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖仰拱和邊頂拱襯砌結(jié)構(gòu)布置雙層鋼筋，最大鋼筋直徑達(dá)到32 mm，仰拱先行澆筑，雙層鋼筋接頭外露仰拱頂面1～2 m，與驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)鏈條存在空間沖突，需要在仰拱澆筑前后加以處理。這2個(gè)問(wèn)題可通過(guò)抬高軌道支座的方式加以解決，通過(guò)計(jì)算與模擬，將仰拱臺(tái)車(chē)軌道支座抬高150 mm，即可不影響仰拱臺(tái)車(chē)通行。

4.4 出渣皮帶接力驅(qū)動(dòng)影響

本工程TBM2-1段和TBM1-2段采用在掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)置出渣皮帶接力驅(qū)動(dòng)的方案，2#仰拱臺(tái)車(chē)在TBM2-1段進(jìn)行襯砌同步跟進(jìn)施工時(shí)未充分考慮接力驅(qū)動(dòng)(在掘進(jìn)5 672 m處安裝)的影響，無(wú)法通過(guò)接力驅(qū)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行仰拱同步施工； 1#仰拱臺(tái)車(chē)在TBM1-2段中汲取了教訓(xùn)，加強(qiáng)施工組織，目前正緊跟TBM掘進(jìn)同步進(jìn)行仰拱施工，按計(jì)劃將在接力驅(qū)動(dòng)安裝前完成相應(yīng)位置的仰拱施工，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)后續(xù)的仰拱襯砌同步施工。建議后續(xù)研究中縝密考慮仰拱臺(tái)車(chē)運(yùn)行的邊界條件，提前謀劃施工組織，充分發(fā)揮仰拱臺(tái)車(chē)同步施工的效能。

5 結(jié)論與建議

雙通道仰拱臺(tái)車(chē)解決了現(xiàn)澆仰拱同步襯砌施工面臨的技術(shù)難題： 1)采用非對(duì)稱(chēng)方形框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避讓與TBM施工同步延伸的連續(xù)皮帶、大直徑風(fēng)管、高壓電纜、供排水管道等設(shè)施； 2)仰拱臺(tái)車(chē)腹內(nèi)雙通道設(shè)計(jì)滿足TBM施工所需有軌運(yùn)輸車(chē)輛不間斷通行，解決了TBM施工與仰拱襯砌的空間和交通干擾問(wèn)題； 3)仰拱臺(tái)車(chē)下方空間組織流水施工，效率得以提升； 4)仰拱臺(tái)車(chē)走行軌道緊貼巖壁布置，與列車(chē)走行軌道互不干擾，便于開(kāi)展軌道拆除和安裝工作； 5)升降坡軌道搭接裝置實(shí)現(xiàn)軌道平順過(guò)渡，提高了列車(chē)通行和臺(tái)車(chē)移動(dòng)速度； 6)結(jié)合施工支洞長(zhǎng)、隧洞坡度大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，采用輪式運(yùn)輸與有軌運(yùn)輸相結(jié)合的方式，保障物料運(yùn)輸有序、快捷。

雖然雙通道仰拱臺(tái)車(chē)在遼寧省重點(diǎn)輸供水工程中取得了較好的應(yīng)用效果，但使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，建議在類(lèi)似工程推廣應(yīng)用時(shí)，結(jié)合工程的實(shí)際特點(diǎn)，統(tǒng)籌規(guī)劃，并研究改進(jìn)，以便更好地實(shí)現(xiàn)仰拱襯砌同步施工。

[1] 鄧勇. 我國(guó)長(zhǎng)大隧道施工發(fā)展趨勢(shì)探討[J]. 鐵道建筑技術(shù), 2009(11): 72-75. DENG Yong. Discussion of development trend of long tunnel construction in China[J]. Railway Construction Technology， 2009(11): 72-75．

[2] 杜士斌. 開(kāi)敞式TBM在大伙房輸水隧洞工程中的應(yīng)用[J]. 水利水電技術(shù), 2010, 41(1): 48-53. DU Shibin． Application of open-type TBM to Dahuofang Water Conveyance Tunnel Project [J]. Water Resources and Hydropower Engineering， 2010， 41 (1): 48-53．

[3] 李文富. 全環(huán)內(nèi)通式襯砌臺(tái)車(chē)與開(kāi)敞式TBM聯(lián)合作業(yè)施工技術(shù)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2012(10): 88-90. LI Wenfu. Research on the simultaneous construction technology of full-ring inner-through lining jumbo and open-type TBM [J]. China Rural Water and Hydropower， 2012(10): 88-90．

[4] 杜士斌, 揣連成. 開(kāi)敞式TBM的應(yīng)用[M]. 北京： 中國(guó)水利水電出版社, 2011: 212-217. DU Shibin, CHUAI Liancheng． Application of open TBM [M]. Beijing: China Water & Power Press， 2011: 212-217.

[5] 朱文會(huì). 仰拱臺(tái)車(chē)施工技術(shù)在大伙房輸水工程TBM2標(biāo)的研究與應(yīng)用[J]. 隧道建設(shè), 2008, 28(6): 650-655. ZHU Wenhui. Case study of invert in-situ casting technology applied in No. 2 TBM bored contract section of Dahuofang Water Diversion Project [J]. Tunnel Construction， 2008， 28(6): 650-655．

[6] 徐雙永， 陳大軍. 西秦嶺隧道皮帶機(jī)出碴TBM同步襯砌技術(shù)方案研究[J]. 隧道建設(shè), 2010, 30(2): 115-119. XU Shuangyong， CHEN Dajun． Belt conveyor mucking technology and synchronous lining technology for West Qinling Tunnel bored by TBMs[J]. Tunnel Construction， 2010， 30(2) : 115-119．

[7] 魏文杰. 中天山隧道TBM法掘進(jìn)同步襯砌施工技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2009, 29(1): 68-71. WEI Wenjie． Application of simultaneous lining technology in Zhongtianshan Tunnel bored by TBM[J]. Tunnel Construction， 2009， 29(1): 68-71.

[8] 李宏亮. 中天山特長(zhǎng)隧道敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)與二次襯砌同步施工技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2010, 47 (2): 63-67. LI Hongliang. Technology of synchronous open-type TBM boring and secondary lining casting in Tianshan Extra-long Tunnel[J]. Modern Tunnelling Technology， 2010， 47 (2): 63-67.

[9] 戴潤(rùn)軍， 楊永強(qiáng). 西秦嶺隧道連續(xù)皮帶機(jī)出碴下的同步襯砌施工組織管理[J]. 隧道建設(shè), 2011, 31(4): 494-499. DAI Runjun，YANG Yongqiang.Construction organization management for synchronous lining casting in the case of continuous belt conveyor mucking system: Case study of West Qinling Tunnel [J]. Tunnel Construction， 2011， 31 (4): 494-499．

[10] 齊夢(mèng)學(xué). 連續(xù)皮帶機(jī)出渣工況下TBM掘進(jìn)與二次襯砌同步施工技術(shù)[J]. 鐵道建筑, 2011(10): 35-38. QI Mengxue．Synchronous construction technology of secondary lining and TBM tunneling in case of continuous belt conveyor mucking [J]. Railway Engineering， 2011(10): 35-38.

[11] 薛永慶. TBM法施工隧洞四軌三線制同步襯砌快速施工技術(shù)研究[J]. 鐵道建筑技術(shù), 2016(2): 36-40. XUE Yongqing.Quick construction technology of simultaneous lining with TBM method applied in tunnel under four railed three-wire system [J]. Railway Construction Technology， 2016(2): 36-40．

[12] 吳志勇， 趙燕. 大伙房項(xiàng)目TBM邊開(kāi)挖邊襯砌施工技術(shù)[J]. 地質(zhì)裝備， 2012(5)： 37-38. WU Zhiyong， ZHAO Yan．Synchronous technology of TBM tunneling and lining construction in Dahuofang Water Diversion Project[J]. Equipment for Geotechnical Engineering, 2012(5): 37-38.

[13] 馬鵬輝， 田濤. 遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程(二期)TBM2標(biāo)二次襯砌施工優(yōu)化方案[J]. 水利建設(shè)與管理,2008(5): 35-37, 57. MA Penghui，TIAN Tao. Optimizd construction scheme of secondary lining of Liaoning Provincial Dahuofang Water Diversion Project [J]. Water Resources Development & Management， 2008(5): 35-37, 57．

[14] 郭惠川. 長(zhǎng)大隧道敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)施工中的同步襯砌研究[J]. 鐵道建筑技術(shù), 2009(11): 61-64. GUO Huichuan. Study of the simultaneous lining technology in the long tunnel bored by main beam TBM[J]. Railway Construction Technology， 2009(11): 61-64．

[15] 齊夢(mèng)學(xué). 長(zhǎng)大隧道開(kāi)敞式TBM同步襯砌施工技術(shù)應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 隧道建設(shè), 2013, 33(8): 679-683. QI Mengxue. Application prospect and developing trend of synchronous lining construction technology for long tunnels constructed by open TBMs[J]. Tunnel Construction, 2013， 33(8) : 679-683．

[16] 彭春林， 趙斐， 李世民， 等. 特長(zhǎng)隧洞仰拱雙通道同步襯砌模板臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 云南水力發(fā)電, 2015(6): 145-147. PENG Chunlin，ZHAO Fei，LI Shimin，et al. Design and application of synchronous lining formework trolley with dual channel in extra long tunnel [J]. Yunnan Water Power， 2015(6): 145-147．

[17] 嚴(yán)定成， 趙斐， 李世民， 等. 一種仰拱同步襯砌鋼模臺(tái)車(chē)： ZL201620237929.0[P]. 2016-08-17. YAN Dingcheng， ZHAO Fei，LI Shimin，et al. A synchronous inverted arch lining steel formework trolley：ZL201620237929.0[P]. 2016-08-17.

[18] 彭春林， 宮占明， 吳躍幫， 等. 一種升降坡軌道連接裝置： ZL201620197779.5[P]. 2016-08-17. PENG Chunlin，GONG Zhanming，WU Yuebang，et al. A slope lifting orbit lap joint device： ZL201620197779.5[P]. 2016-08-17.

Key Technologies for Synchronous Construction of Inverted Arch Lining of Tunnel Bored by Open TBM

YANG Jianxi1, ZHANG Jin2, LI Shimin3, ZHANG Duo1

(1.LiaoningProvinceWaterResourcesManagementGroupCo.,Ltd.,Shenyang110003,Liaoning,China;2.ShenyangUrbanConstructionUniversity,Shenyang110167,Liaoning,China;3.SinohydroBureau14Co.,Ltd.,Kunming650000,Yunnan,China)

In order to implement the synchronous construction of TBM tunneling and inverted arch lining, shorten the critical period of the project and improve the efficiency of tunnel construction, the synchronous lining formework trolley with asymmetrical structural type is designed. The layout mode of “frontal slope section + frontal switch section + 4 standard sections + rear slope section + rear switch section” is adopted for formework trolley. The lower part of the formework trolley is divided into many parts which can provide inverted arch concrete mixing, casting and curing. In accordance with long distance and large slope angle of branch tunnel and limited traffic conditions in TBM section, the connected material transport method of vehicle transport in branch tunnel and track transport in main tunnel is adopted to guarantee the rapid and ordered material transport. A track connecting device for slope lifting is set in front of and behind formework trolley respectively to ensure the smooth transition of vertical connection of standard track of TBM matching. It is shown that the application of formework trolley has reached a good effect, a maximum monthly advance has reached 648 m, and critical period of the project had been shortened.

open TBM; tunnel; invert arch lining; lining formwork trolley; synchronous construction

2017-02-07;

2017-03-24

遼寧省水利廳科技指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(2016-05)

楊建喜(1985—)，男，福建仙游人，2011年畢業(yè)于大連理工大學(xué)，土木工程管理專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事水利工程建設(shè)管理和技術(shù)管理工作。E-mail： jxyang@foxmail.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.015

U 45

B

1672-741X(2017)05-0622-08