赵清泊：西秦岭特长隧道ＴＢＭ步进段弧形基础的设计与施工 －１７５・ 西秦岭特长隧道ＴＢＭ步进段弧形基础的设计与施工 赵清泊 （兰渝铁路建设公司，兰州７３００５０） 摘要：ＴＢＭ施工前的步进．Ｚ－作顺利与否，直接关系到整座隧道的施工工期。弧形基础是保证 ＴＢＭ步进的关键性附属设施之一。在应用ＡＮＳＹＳ软件对弧形基础设计验算基础上，对其施工组织、 施工顺序、工艺流程、模板安装、混凝土浇注及养护等进行介绍。通过ＴＢＭ步进效果信息反馈，施 工方法能满足ＴＢＭ步进安全通过预备洞段，取得了良好的技术和经济效益。 关键词：ＴＢＭ；隧道；步进；弧形基础 中图分类号：Ｕ４５５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３—８８２５（２０１１）０２—０１７５—０３ ０ 引言 进弧形底板速度最快、精度最高；③工程量大，工期 兰渝铁路西秦岭特长隧道全长２８．２３６ ｋｍ，为全 短。ＴＢＭ步进弧形底板按计划３５天完成２ ０００ ｍ。 线的控制性工程。其中ＴＢＭ施工标段总长１７．９１０ ｋｍ （含１．６６１ ｋｍ钻爆法施工预备洞），ＴＢＭ掘进段长为 ２弧形基础设计验算 卜。 １６．２４９ ｋｍ。 ２．１截面形式与模型建立… 由于ＴＢＭ选型、制造、运输、组装周期长，为 弧形基础断面如图１。 保证工期，在该段时间内采用钻爆法施工预备洞。 ＴＢＭ组装后需移动通过该段距离达到掌子面方能具 备始发掘进条件，谓之步进。受工程地质条件、场地 狭小、工期紧迫等影响，ＴＢＭ步进段累计长达３ ５６１ ｍ。ＴＢＭ掘进机整机全长１７０余米，重达１ ８００余吨， 对步进基础要求高，步进工作顺利与否，将直接关系 图１弧形基础底板形式 到整座隧道的工期和经济效益。要保障步进工作顺利 进行，不仅步进机构必须具有高效和良好的可靠性， 弧形基础混凝土直接坐落在已施工的仰拱顶面， 且要有可靠的附属设施。弧形基础是保证ＴＢＭ步进 取仰拱以上部分建立模型，约束弧形部分底面所有节 的关键设施，它的工期和质量就成为步进工作的重中 点，如图２。 之重。 １技术特点 ＴＢＭ顶模弧形步进基础底板施工技术有三大特 点：①施工干扰大。受工期所限，弧形基础和掌子面 施工要同步进行。弧形基础半幅施工时洞内运输道路 狭窄，各种设施布置困难，施工干扰大，车辆运行安 全隐患大；②精度要求高。采用弧型钢板支撑步进方 图２洞内弧形有限元模型 案步进时，刀盘支撑部分的底支撑在７０ ｍｍ厚的弧形 钢板上，而弧形钢板又坐于下部弧形混凝土支撑上； ２．２计算结果 主机的后半部分通过焊在撑靴的支撑架支撑，撑靴支 弧形钢板等效应力最大为１４．７０ ＭＰａ，应力很 架作用于混凝土平面。无论采用何种方式施工，必须 小，如图３。 保证在钻爆法施工后仰拱的基础，要求施作ＴＢＭ步 混凝土弧形基础第１主应力即最大主拉应力为 ０．７８ ＭＰａ，未超过有箍筋及斜筋时的主拉应力 收稿日期：２０１０—１２—０４ ［ 州］＝１．９８ ＭＰａ，如图４。 作者简介：赵清泊（１９６４一），男，河南长垣人。工程师，从事隧 混凝土弧形基础第３主应力即最大主压应力为 道、桥梁工程施工。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｅｚｉ４６＠１２６．ｃｏｒｎ。 ・ｌ７６－ 路基工程 Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１１年第２期（总第１５５期） ＮＯ ＤＡＬ Ｓ０ＬＵＴＩＯＮ ＳＴＥＰ＝ｌ 图３弧形钢板等效应力（单位：Ｐａ） ０ 一 。’ 一∞ ４ｌ４０ １７２６７１ ２９１２０３ 图４混凝土弧形基础第１主应力（单位：Ｐａ） ６．１４ ＭＰａ，未超过弯曲受压应力［ ］：１０．００ ＭＰａ， 如图５。 ～．６１４Ｅ＋０７ 一 １３４Ｅ＋０７ —６５８５０１ ２６６９８ 图５混凝土弧形基础第３主应力（单位：Ｐａ） 取半侧弧形，其水平反力合力为９０ ｔ，弧形受 力面纵向长１．８ ｍ，弧形半侧宽３．９ ｍ，按混凝土抗 剪承载力１ ＭＰａ计算，则弧形滑动的抗力约为７０２ ｔ ＞９０ ｔ，若弧形基底与仰拱接触面粘结良好则不会 滑动。 ２．３结果分析 从以上计算可知，弧形钢板应力及变形均较小， 都在允许范围内。 混凝土弧形可直接作用于仰拱表面，但需凿毛并 清理干净，以保证接触面具有良好的传力性能。 ３弧形基础施工 ３．１ 施工组织 ＴＢＭ步进弧形基础施工，先从预备洞掌子面向 洞口方向跳跃式间隔进行，每隔１００ Ｉｎ预留２０ ｍ会 车带，混凝土由拌和站供应，３台９ ｎｌ 混凝土输送车 送至现场，由一台ＨＢＴ一６０混凝土输送泵配合入仓。 采用４～５台６８ｏ插入式振捣器振捣混凝土，人工抹 面收光。 ３．２施工顺序 ＴＢＭ弧形基础混凝土浇注施工顺序：由掌子面 向洞口方向分节半幅浇注，每节６ ｍ，和掌子面开挖 支护、仰拱填充流水作业，交叉进行。 ３．３工艺流程 ３．３．１导向槽开挖与验收 为满足ＴＢＭ步进需要，在现有仰拱填充面上开 凿宽４Ｏ．０ ｃｍ、深ｌ３．５ ＣＩＩＩ的导向槽，开凿前先集中 切割后凿至设计深度。采用风镐等进行，用高压风和 高压水冲洗干净后，报监理进行底板基础验收。刻槽 工艺流程为测量放样一刻槽一风镐开凿一出碴运输。 刻槽严格按测量放样进行，刻槽及开凿应顺直。 ３．３．２模板安装 按ＴＢＭ生产商提供的资料测量放线，每节６ ｉｎ， 模板安装严格控制标高，加固稳定，防止变形和偏 移。安装完后，测量弧形区模板中线与隧道中线偏差 和模板控制点高差见表１。堵头模板见图６。 表１模板安装偏差 】 ｍｍ 检测项目 允许偏差 弧形平面偏差 ≤５ 纵断面高程偏差 ±５ 模板接缝宽度 ≤ｌ 小模板衬砌轴线偏差 ≤ｌＯ Ｍ２０螺栓 ’。 图６ ＴＢＭ步进弧形底板堵头模板（单位：ｃｍ） ３．３．３混凝土浇注 拌和站安装两台ＪＳ—ｌＯ００混凝土拌和机，配自 动计量装置。严格按试验室签发的混凝土配料单拌 制，混凝土拌和物塌落度控制在ｌ２—１４ ｃｍ。混凝土 采取泵送和罐车相结合方式入仓，不得堆积，仓面保 持水平 赵清？白：西秦岭特长隧道ＴＢＭ步进段弧形基础的设计与施工 ・１７７－ 连续浇注混凝土，避免停歇造成“冷缝”，若有 初凝现象，应停止浇注并做施工缝处理。节与节之间 拆模后应立即凿毛。混凝土振捣要及时、全面，｛ 一 项次 表３ 弧形底板面浇筑质量要求 检查项目 允许值 位置的振捣时间以不出现气泡并开始泛浆为准。采用 ７０的振动器垂直插入混凝土中按顺序依次振捣。振 捣上层时，振捣器要插入下层５ ｃｍ左右，以加强混 凝土的结合。作业进行中振捣器不能碰触模板。 由于底板中间３．６ ｍ宽部分设计为弧形，施：［时 采用分块封闭式钢盖模，根据浇筑进度依次盖严上表 面。钢盖模的优点：①钢盖模为弧形，架立方便，操 作时只需和已调整好标高及偏位的弧形堵头板栓接即 ５结语 可；②混凝土入仓平仓快速、进料方便，振捣彻底， 振捣器在整个仓面都可发挥作用，保证了仓内混凝土 的密实度。 结合西秦岭特长隧道步进预备洞断面形状和ＴＢＭ 的基础断面形状，参考ＴＢＭ的相关资料 ’ ，建立 了科学、合理的分析模型，进而提出步进段弧形基础 的设计与施工方法。经现场生产性工艺试验和实践， ３．３．４养护与拆模 底板混凝土属于大体积，在混凝土终凝时应及时 洒水养护，使混凝土表面始终保持湿润。 从最后混凝土入仓时计算，约１２小时拆模，施 工应小心谨慎，避免缺棱掉角。 以及通过ＴＢＭ步进效果信息反馈表明，其设计与施 工方法满足了ＴＢＭ步进安全通过预备洞段，取得了 良好的技术和经济效益。 ’ 参考文献： ４质量检测及要求 ［１］ＴＢ１０００２．５—２００５，铁路桥涵地基和基础设计规范［Ｓ］． ［２］ＧＢ５００１０—２００２，混凝土结构设计规范［Ｓ］． ［３］ＧＢ５０００７—２００２，建筑地基基础设计规范［ｓ］． 表２为弧形底板混凝土的检验项目、方法和频 率。表３为浇筑质量要求。 表２弧形底板混凝土的检验项目、方法和频率 ［４］ＪＧＪ７９—２００２，建筑地基处理技术规范［Ｓ］． ［５］ＴＢ１０００２．３—２００５，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规 范［ｓ］． ［６］ＧＢ５０２１８—９４，工程岩体分级标准［ｓ］． ［７］ＴＺ２０４—２００８，铁路隧道工程施工技术指南［Ｓ］ ［８］姜曦．ＴＢＭ隧道施工法的ＡＮＳＹＳ模拟分析［Ｊ］．筑路机械与施工机械 化，２００８（４）：７４—７６． ［９］付华，孙宝臣，廖波．ＴＢＭ隧道掘进机离合器摩擦片研究［Ｊ］．矿山 机械，２００５（５）：１６—１９． ［１Ｏ］姜曦，王成端．ＴＢＭ隧道掘进法出渣系统优化配置分析［Ｊ］．矿山机 械，２００５（６）：８—９ Ａｒｃ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＴＢＭ Ｓｔｅｐｐｉｎｇ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｅｓｔ Ｑｉｎｇｌｉｎ Ｅｘｔｒａ・ｌｏｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ ＺＨＡＯ Ｑｉｎｇ—ｂｏ （Ｌａｎｚｈｏｕ—Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｐｉｎｇ ｗｏｒｋ ｂｅｆｏｒｅ ＴＢＭ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉＳ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｔｕｎｎｅ１．Ａｒｃ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ ｆｏｒ ＴＢＭ ｓｔｅｅｐｉｎｇ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ａｒｃ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ， ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ，ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｕｒｉｎｇ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ＴＢＭ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｆｅｅｄｂａｃｋ，ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｎ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｓａｔｉｓｆｙ ＴＢＭ ｓｔｅｐ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｈｏｌｅ ｓａｆｅｌｙ．ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＢＭ；ｔｕｎｎｅｌ；ｓｔｅｐｐｉｎｇ；ａｒｃ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ