馮志鵬，龐培彥，任麗娜

（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016）

隨著國(guó)內(nèi)大城市化、特大城市化的快速發(fā)展以及盾構(gòu)法的日趨成熟，為減少施工次數(shù)，減少因始發(fā)、下穿等給城市帶來的影響，盾構(gòu)隧道逐漸向單洞多車道的大直徑、超大直徑隧道發(fā)展，以便一次開挖成型多條車道。大直徑隧道建成后，其軌下結(jié)構(gòu)擔(dān)負(fù)污水排放、隧道通風(fēng)及存放電纜等功能[1～2]。

目前軌下結(jié)構(gòu)大多采用臺(tái)車現(xiàn)澆方案或預(yù)制箱涵拼裝方案[3]。經(jīng)過對(duì)比，預(yù)制箱涵拼裝方案在施工工效、質(zhì)量、環(huán)境等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，大直徑隧道建設(shè)中，采用預(yù)制箱涵拼裝方案成為當(dāng)下趨勢(shì)。

預(yù)制箱涵拼裝位置可根據(jù)項(xiàng)目本身具體情況進(jìn)行選擇。目前，國(guó)內(nèi)預(yù)制箱涵拼裝位置大多在盾構(gòu)后配套區(qū)域前部，即預(yù)制箱涵跟隨盾構(gòu)同步拼裝。然而，在國(guó)外，部分項(xiàng)目已經(jīng)開始采用預(yù)制箱涵拼裝與盾構(gòu)施工位置分離的方法，即預(yù)制箱涵位于盾構(gòu)后部區(qū)域并進(jìn)行獨(dú)立拼裝。因此，針對(duì)預(yù)制箱涵拼裝的工序研究，即隧道中預(yù)制箱涵的拼裝工序是選擇同步拼裝還是獨(dú)立拼裝，是一個(gè)全新的課題。本文首先對(duì)上述兩個(gè)預(yù)制箱涵施工工序進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述，并通過某大直徑土壓項(xiàng)目，進(jìn)行兩種預(yù)制箱涵施工工序方案的對(duì)比分析，得到不同工序的優(yōu)缺點(diǎn)，從而對(duì)后續(xù)大直徑盾構(gòu)隧道預(yù)制箱涵拼裝工序的選擇提供理論指導(dǎo)。

1 預(yù)制箱涵拼裝工序介紹

1.1 同步拼裝

預(yù)制箱涵隨同盾構(gòu)同步拼裝工序：預(yù)制箱涵拼裝位于盾構(gòu)后配套前部連接橋區(qū)域；盾構(gòu)后配套除配置有管片吊機(jī)外，還配置有箱涵吊機(jī)，預(yù)制箱涵通過管片運(yùn)輸車輛運(yùn)輸至盾構(gòu)既定區(qū)域，通過箱涵吊機(jī)完成在連接橋下部的拼裝，如圖1所示。該預(yù)制箱涵拼裝工序?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)隧道絕大部分采用的拼裝工序，例如：京張高鐵清華園隧道、大連地鐵5 號(hào)線、汕頭蘇埃通道、深圳春風(fēng)隧道[4]等。

圖1 預(yù)制箱涵同步拼裝工序

1.2 獨(dú)立拼裝

預(yù)制箱涵盾構(gòu)后部獨(dú)立拼裝工序：盾構(gòu)在前正常掘進(jìn)，完成管片襯砌；隧道內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的預(yù)制箱涵拼裝臺(tái)車，其上設(shè)有箱涵吊機(jī)、自驅(qū)輪對(duì)、斜坡段、水平段、伸縮平臺(tái)；自驅(qū)輪對(duì)滿足臺(tái)車自驅(qū)行走，如圖2 所示。該工序可分為管片運(yùn)輸模式和預(yù)制箱涵拼裝模式：當(dāng)需要進(jìn)行管片運(yùn)輸時(shí)，伸縮平臺(tái)向后伸出并搭接在已拼裝的預(yù)制箱涵上，保證管片運(yùn)輸機(jī)車或管片運(yùn)輸MSV 正常通行；當(dāng)需要進(jìn)行預(yù)制箱涵拼裝時(shí)，伸縮平臺(tái)縮回，滿足箱涵吊機(jī)在此區(qū)域完成預(yù)制箱涵拼裝的功能。該預(yù)制箱涵拼裝工序已經(jīng)在國(guó)外得到廣泛應(yīng)用，例如：新西蘭Water view 公路隧道、埃及Cairo Suez Crossing Tunnel、澳大利亞東北線等。

圖2 預(yù)制箱涵獨(dú)立拼裝工序

2 預(yù)制箱涵拼裝工序?qū)Ρ扰c分析

在進(jìn)行隧道施工前期，需要對(duì)預(yù)制箱涵拼裝工序進(jìn)行適應(yīng)性研究，來選擇最契合該隧道施工要求的拼裝工序。本節(jié)基于某大直徑土壓項(xiàng)目（表1），分別從施工風(fēng)險(xiǎn)管控方面、設(shè)備始發(fā)方面、管片吊運(yùn)效率以及經(jīng)濟(jì)性方面對(duì)兩種預(yù)制箱涵拼裝工序進(jìn)行分析比較，得到各自工序的優(yōu)劣勢(shì)，從而為后續(xù)隧道預(yù)制箱涵拼裝工序適應(yīng)性選擇提供理論指導(dǎo)意義。

表1 項(xiàng)目信息

針對(duì)該項(xiàng)目，預(yù)制箱涵同步拼裝與獨(dú)立拼裝工序方案圖分別見圖3 與圖4。

2.1 施工風(fēng)險(xiǎn)管控方面分析

從圖3 與圖4 施工工序上來看，同步拼裝工序管片吊機(jī)和箱涵吊機(jī)在同一軌道上行駛，分別完成管片的吊運(yùn)和箱涵的拼裝。該工序可以在盾構(gòu)上同時(shí)完成管片吊運(yùn)和預(yù)制箱涵拼裝，管片吊運(yùn)和預(yù)制箱涵拼裝有序進(jìn)行。采用同步拼裝工序優(yōu)勢(shì)如下。

圖3 預(yù)制箱涵同步拼裝方案

圖4 預(yù)制箱涵獨(dú)立拼裝方案

1）管片和預(yù)制箱涵拼裝可同步完成，易于控制和檢查預(yù)制箱涵拼裝精度及質(zhì)量[5]。

2）管片吊運(yùn)和預(yù)制箱涵拼裝在同一區(qū)域進(jìn)行，易于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理及維保管理[6]。

3）管片吊運(yùn)和預(yù)制箱涵拼裝由相同施工人員完成，易于控制施工人員安全風(fēng)險(xiǎn)[7]。

然而在隧道掘進(jìn)過程中，可能會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩氐母蓴_，導(dǎo)致預(yù)制箱涵供應(yīng)不及時(shí)。當(dāng)采用同步拼裝工序時(shí)，由于管片運(yùn)輸車輛需要走在已拼裝完成的預(yù)制箱涵上，如果出現(xiàn)預(yù)制箱涵供應(yīng)不及時(shí)，導(dǎo)致管片無法正常運(yùn)送，從而盾構(gòu)無法繼續(xù)掘進(jìn)，造成異常停機(jī)。此外，當(dāng)隧道拖車采用斜輪對(duì)行駛時(shí)，采用同步拼裝工序時(shí)，由于預(yù)制箱涵的存在，斜輪對(duì)位于預(yù)制箱涵及管片之間，檢修空間狹小，檢修困難。

綜上所述，從施工風(fēng)險(xiǎn)管控方面來說，同步拼裝工序在拼裝精度、設(shè)備管理及人員風(fēng)險(xiǎn)上優(yōu)于獨(dú)立拼裝工序，但可能出現(xiàn)斜輪對(duì)檢修困難以及異常停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 設(shè)備始發(fā)方面分析

從圖3 與圖4 可以看出，針對(duì)同步拼裝工序和獨(dú)立拼裝工序，在滿足兩者每一個(gè)循環(huán)可以拼裝相同數(shù)量預(yù)制箱涵的前提下：同步拼裝方案整機(jī)長(zhǎng)度為124m；獨(dú)立拼裝盾構(gòu)長(zhǎng)度85m。因此，采用同步拼裝工序時(shí)，盾構(gòu)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，相對(duì)獨(dú)立拼裝工序長(zhǎng)約40m。當(dāng)項(xiàng)目始發(fā)井長(zhǎng)度有限制時(shí)，采用同步拼裝工序的盾構(gòu)需要分體始發(fā)[8]，且由于預(yù)制箱涵的存在，在始發(fā)井長(zhǎng)度極小時(shí)，設(shè)備甚至需要兩次分體始發(fā)后才能整體掘進(jìn)。因此，當(dāng)隧道項(xiàng)目始發(fā)場(chǎng)地有尺寸限制時(shí)，獨(dú)立拼裝工序在始發(fā)安排上優(yōu)于同步拼裝工序。

2.3 管片吊運(yùn)效率分析

大直徑盾構(gòu)采用管片卸載器可以明顯提高大直徑盾構(gòu)效率[9]。因此，部分隧道項(xiàng)目，尤其是長(zhǎng)距離隧道項(xiàng)目均配置管片卸載器來提高管片吊運(yùn)效率。

針對(duì)該大直徑土壓項(xiàng)目，由于預(yù)制箱涵寬度尺寸大于管片環(huán)向?qū)挾瘸叽?，管片吊運(yùn)與箱涵吊運(yùn)軌跡有重疊，因此管片吊運(yùn)中應(yīng)用到的管片卸載器在結(jié)構(gòu)上會(huì)與預(yù)制箱涵干涉，同步拼裝工序無法配置管片卸載器，如圖5 所示。而獨(dú)立拼裝工序管片吊機(jī)與箱涵吊機(jī)分別位于盾構(gòu)與獨(dú)立拼裝臺(tái)車上，管片吊運(yùn)和箱涵拼裝互不影響，管片吊運(yùn)區(qū)域可以設(shè)置有管片卸載器，如圖6 所示。因此，針對(duì)長(zhǎng)距離掘進(jìn)大直徑隧道，預(yù)制箱涵獨(dú)立拼裝工序可以采用管片卸載器來提高管片吊運(yùn)效率。

圖5 預(yù)制箱涵同步拼裝截面

圖6 預(yù)制箱涵獨(dú)立拼裝截面

2.4 經(jīng)濟(jì)性分析

在采用相同系統(tǒng)配置前提下，針對(duì)上述土壓項(xiàng)目分別對(duì)同步拼裝及后部拼裝工序進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析。從圖3 及圖4 可以看出，同步拼裝工序和獨(dú)立拼裝工序區(qū)別主要在于后配套拖車長(zhǎng)度以及獨(dú)立拼裝臺(tái)車，后配套拖車長(zhǎng)度以及獨(dú)立拼裝臺(tái)車在設(shè)備成本上主要體現(xiàn)在重量上，因此，二者的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析主要是二者鋼結(jié)構(gòu)重量的差別，如表2 所示。

表2 設(shè)備成本對(duì)比分析

從表2 可以看出，在該項(xiàng)目中，同步拼裝工序設(shè)備總重與獨(dú)立拼裝工序設(shè)備總重差別不大，僅比其重56t。因此，在相同項(xiàng)目中，同步拼裝工序和獨(dú)立拼裝工序從經(jīng)濟(jì)上比較差別較小，在對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比選擇時(shí)，可以忽略成本因素。

3 結(jié)論

本文在對(duì)預(yù)制箱涵同步拼裝工序及獨(dú)立拼裝工序介紹后，以某大直徑土壓項(xiàng)目為例，分別對(duì)兩個(gè)工序進(jìn)行對(duì)比分析，得到些許有意義結(jié)論。

1）從施工風(fēng)險(xiǎn)管控方面來說，同步拼裝工序在拼裝精度、設(shè)備管理及人員風(fēng)險(xiǎn)上優(yōu)于獨(dú)立拼裝工序，但可能出現(xiàn)斜輪對(duì)檢修困難以及異常停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

2）當(dāng)隧道項(xiàng)目始發(fā)場(chǎng)地有尺寸限制時(shí)，獨(dú)立拼裝工序在始發(fā)安排上優(yōu)于同步拼裝工序。

3）針對(duì)長(zhǎng)距離掘進(jìn)大直徑隧道，獨(dú)立拼裝工序可以采用管片卸載器來提高管片吊運(yùn)效率。

4）同步拼裝工序和獨(dú)立拼裝工序從經(jīng)濟(jì)上比較差別較小，在對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比選擇時(shí)，可以忽略成本因素，僅從施工風(fēng)險(xiǎn)管控方面、設(shè)備始發(fā)方面、管片吊運(yùn)效率等方面進(jìn)行分析，合理選擇適用于本項(xiàng)目的預(yù)制箱涵施工工序。