摘要:铁路隧道由于其功能性的不同，隧道断面常会发生多次变化，这给隧道衬砌施工带来一定的困难。本文以某新建铁路中村隧道车站区向单线区过渡段隧道衬砌施工为背景，该隧道车站段净宽17.2m，经过六次断面突变，过渡为净宽6.3m的单线隧道，通过对二衬台车进行改装，采用跳档和套拱相结合的施工工艺，完成大跨度变截面隧道衬砌快速施工，该技术既缩短了工期，又保证了施工质量安全，可为类似工程提供借鉴。
关键词:大跨度；多变断面；跳档；套拱；隧道衬砌
0 引言
随着我国铁路工程建设的发展，一方面隧道施工技术在同步提高，另一方面也出现了许多施工技术难题，比如大跨度多变断面隧道衬砌施工。这是由于隧道功能性的不同，其断面尺寸往往差别较大，大跨度、多变断面隧道设计越来越多。在隧道施工过程中，通常是利用二衬台车完成隧道衬砌施工，特别是便捷式整体衬砌台车、双铰接钢端模逐渐得到广泛应用。而多变断面隧道衬砌施工时，尤其是在大跨度条件下，二衬台车在满足安全性和适用性的基础上，要具有便于改装的特点，能够适应隧道断面尺寸多变的要求。
中村隧道车站段经过六次断面尺寸突变后过渡为单线隧道，断面结构尺寸从净宽17.4m变换为净宽7.3m，通过对二衬台车进行改装，采用跳档和套拱相结合的施工工艺，完成大跨度变截面隧道衬砌快速施工。
1 工程简述
某新建铁路站前工程DLZQ-4标中村隧道位于张家山站～罗闸河站区间，主要穿越地层为全风化、强风化黑云花岗岩，出口山体坡面风化层较厚，稳定性较差，开挖后易发生坍塌，工程地质条件一般。进口里程DK134+741，出口里程为DK137+845，全长3104m，其中：Ⅲ级围岩1145m、Ⅳ级围岩945m、Ⅴ级围岩1014m。罗闸河车站伸入隧道出口端，设车站隧道衬砌233m，隧道最大埋深198m，隧道有1处浅埋段，最小埋深约21m。隧道洞内采用重型轨道碎石道床。线路纵坡为单面下坡，坡度依次为22.8‰（2259m长）、13‰（400m长）、1‰（445m长）。线路平面除进口端DK134+741～DK135+073.338、洞身DK136+148.236～DK137+277.991段1129.756m位于R-3000m的左偏曲线上，其余段落均位于直线上。车站段衬砌与单线段衬砌断面尺寸相差较大，衬砌施工时台车需要经过多次改装。车站段隧道断面情况见表1和图1。
图1 中村隧道出口车站段衬砌变截面平面示意图
2 二衬台车设计及改装
隧道车站段需改造2次台车，目前三线台车为车站C段b2=820cm，依次改造为车站C段b2=720cm、b2=620cm。单线衬砌台车由茂兰隧道进口衬砌台车调入在洞内拼装完成进行施工。
（1）台车改造为b2=720cm时，在b2=820cm基础上，拆除下部400mm的门架加高盒；拆除4000mm的加宽门架；更换顶模、顶部台架；更换部分丝杆。
图4 车站C段（b2=620cm）衬砌台车图
3 施工工艺及质量控制
3.1变截面挡头墙施工
中村隧道车站段衬砌段面不同宽度变化处设置挡头墙，b2=820转b2=720、b2=720转b2=620两处变截面挡头墙厚度均为1.0m，挡头墙采用与衬砌同级圬工施作，并采用连接钢筋进行连接。挡头墙掌子面采用喷锚防护，挡头墙采用C35混凝土，喷射C25混凝土，厚10cm，Φ22砂浆锚杆，间距1.2m*1.2m，每根长度3.5m。
因变截面处挡头墙面积大，地质不稳定因素影响对挡头墙形成很大的土压力，因此挡头墙初支采用Ⅰ22b工字钢拱架支撑，外侧模板采用定型钢模板拼装而成，模板尺寸为0.2×1.5m。拱架加工完毕后必须进行试拼，经验收合格后方可投入使用。挡头模板采用胶合板背木板加固，挡头模板均采用现场加工而成，当头模板安装时在台车外背钢管进行挡头板模板定位。挡头板加工完成后，必须进行试拼，检查合格后方可使用。
3.1.1搭设立拱架及定位
拱架就位时，必须严格按测量放样对台车精确定位，利用防水板台架进行挡头墙拱架的安装，利用二衬钢筋将拱架与二衬钢筋可以采取临时连接，并将定位钢筋加固牢靠，确保拱架的稳定。
3.1.2外侧模板安装
拱架安装完成后，从底部往拱部拼装定型钢模板，钢模板与拱架连接采用点焊或铁丝进行加固连接，保证模板不会由于自重而塌落。
3.1.3堵头模板安装
通过搭设临时支撑将堵头模板固定安装在拱架上，堵头模板采用外背钢管进行定位加固。待拱架及堵头模板安装到位后，采取拱架加横撑方式进行拱架加固。加固要稳固牢靠，特别是在拱架连接板处一定要加强支护，防止变形。
3.1.4挡头墙混凝土浇筑
挡头墙混凝土浇筑顺序采用由下而上分层对称浇筑，整体闭合。混凝土振捣采用插入式振捣棒进行振捣。浇筑时加强捣固，特别是下锚段范围内及转角处。
3.1.5二衬拱顶注浆
注浆采用纵向预留管道法，设置注浆花管及排气管，二衬浇筑后采用带模注浆。注浆材料采用M20水泥砂浆，注浆达到0.2Mpa或排气管出浆时即可停止注浆。
3.2二次衬砌浇筑
二次衬砌混凝土采用整体液压台车作为模板，由混凝土运输车运送至现场后，通过混凝土输送泵从下至上逐窗分层、由洞口方向与浇筑段落向掌子面方向利用浇筑窗口单向依次左右对称灌注。
混凝土振捣采用插入式振捣器与附着式振捣器结合使用的方式进行振捣。拱墙部分以插入式振捣器为主，附着式振捣器为辅；拱部部分以附着式振捣器为主，附着式振捣器采取集中控制，分层启振。实现二衬混凝土无盲区、全覆盖振捣。
3.3套拱施工
掌子面进入正洞单线后，因单线衬砌台车及三线衬砌台车改装影响二衬施工进度，为确保安全步距满足设计要求，对未施作段DK137+556～DK137+550段初支进行加强，拱墙施作I18套拱支护。套拱施工时严格控制开挖进尺，保证施工安全生产；加强拱架间纵向连接筋施工质量，使初支钢架形成整体，均匀受力；套拱拱架锁脚锚管与初期支护锁脚锚管错位设置，并严格控制注浆质量。保证掌子面距离套拱不大于安全步距前提下，安全稳步的推进掌子面开挖。
图6 DK137+556-DK137+550套拱段钢架安装示意图
3.3.1超前支护
超前支护在套拱施工段落开挖前进行施作。
DK137+556～550段超前支护采用φ42小导管，长度3.5m，纵向间距2m，环向间距0.4m，每环26根，注浆材料为1:1水泥浆，注浆压力0.5～1.0MPa。
钻孔顺序为先从两侧拱脚开始，对称向拱顶钻孔安装小导管。跳孔钻孔，打完一个孔位后，利用高压风进行清孔，然后安装小导管，防止在钻其他孔位时该孔发生坍塌现象。
小导管安装采用风钻及人工配合下安装。小导管必须与钢架密贴，使钢架对导管有支撑作用。
3.3.2套拱段开挖
DK137+556～550段将拱墙钢架预留变形量扩大到45cm，其中初期支护拱墙预留变形量设计预留20cm，套拱钢架采用I18型钢，间距1m，初期支护与套拱间施工预留7cm，隧底开挖按照设计尺寸开挖，施工工法采用台阶法。
3.3.3喷射混凝土施工
DK137+556～550段开挖完成后对初喷4cm厚C25混凝土对初支面初喷封闭找平，挂设φ8钢筋网片，钢架安装完成之后复喷C25喷射混凝土，喷射混凝土厚度21cm，再进行该段初期支护，初期支护采用拱墙四肢格栅钢架，钢架间距为1m。喷射混凝土采用湿喷工艺。喷射混凝土在湿喷站集中拌制，混凝土罐车运至洞内，小型湿喷机喷射。
3.3.4钢架施工
套拱拱架使用采用I18工字钢在钢构厂按照设计要求统一加工，统一配送至现场安装。DK137+556～550段每榀钢架由3个单元，共9节组成，套拱拱架间距1.0米。钢架安装时测量放线确定钢架位置，人工安装，并严格控制其内轮廓尺寸安装。钢架各单元间采用螺栓连接，单元间连接钢板应密贴，螺帽应拧紧，必须将每处连接板处4颗螺栓全部上齐，采用一正一反方式安装螺栓。相邻钢架间采用Φ22螺纹钢连接，环向间距1.0m，梅花型布置，钢架之间铺挂钢筋网，钢筋网片采用Ф8圆钢加工制作，网格尺寸20cm*20cm，钢架拱脚处设置28a（I18）槽钢垫板，将钢架连接为一个整体。钢架架立后尽快喷混凝土作业，并将钢架全部覆盖，使钢架与喷射混凝土共同受力。
3.3.5锁脚锚管施工
各单元钢架安装完成之后施做Ф42锁脚锚管并注浆，固定各单元钢架，DK137+556～550段每榀共8根，长度3.5米。套拱锁脚锚管位置与初期支护锁脚错开设置。锁脚锚管钻孔方向尽可能垂直岩层面斜向下20°。锚管孔的深度误差不得大于±50mm，孔位允许偏差为±15mm。锚管放样严格按设计要求布置在拱脚或墙脚，并紧靠钢拱架两侧。钻孔保持直线。钻孔完成后，孔里石粉用高压风、水冲洗干净。安装完成后采用注浆机注浆，注浆为1:1的水泥浆，注浆压力0.5～1.0MPa，注浆完成后采用砂浆封住管口。并用定位环把锁脚锚管尾端与钢拱架连接。
3.3.6初期支护施工
DK137+556～550段施工下一循环套拱同时，施工上一循环处初期支护。
锚杆、钢筋网、钢架、喷射混凝土等分项工程具体施工方法见中村隧道专项施工方案。
施工过程中必须严格盯控关键工序施工，加大过程控制力度，尤其注意开挖进尺、超前支护、锚杆、钢架、喷射混凝土等工序施工质量控制，确保初期支护施工质量合格，背后密实无空洞。
4 结论
通过采用跳档和套拱结合过渡施工方法，缩短了车站段大跨度断面连续变化施工的时间，保证了施工的质量及安全。同时在保证安全步距满足要求的前提下，确保了车站段向单线段施工的顺利进行，大大地缩短了工期，降低了成本。
参考文献：
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[3] 蔡晓明.变截面大跨度隧道快速施工技术研究[J].价值工程,2018,37(28):139-141.
[4]《客货共线铁路隧道工程施工技术规程》（Q-CR 9653-2017）.
[5]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）
论文作者:魏义臣
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/5
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