预制整体式弧形件施工质量控制指标研究.pdf

预制整体式弧形件施工质量控制指标研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版收稿日期：2023-11-23修回日期：2023-12-25基金项目：中铁十四局集团有限公司科研课题（202214jtky0069）.作者简介：郝鹏飞（1989-），男，高级工程师，主要从事大盾构隧道工程研究及管理工作，E-mail:.预制整体式弧形件施工质量控制指标研究郝鹏飞（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，南京 211800）摘要：预制整体式弧形件的施工质量是大直径盾构隧道施工中的关键，需要针对预制整体式弧形件施工质量提出有效合理的控制指标。鉴于此，对现有工程中预制轨下结构或箱涵的施工质量控制指标进行总结，阐述预制整体式弧形件构造及施工流程，提出预制整体式弧形件的施工质量控制指标，并进行现场实践。结果表明，按照提出的指标进行施工的弧形件，施工效率高、质量好，应用效果良好。关键词：大直径盾构隧道；全预制弧形件；施工质量；控制指标中图分类号：U452.2文献标志码：A文章编号：1009-6582（2024）01-0245-07DOI:10.13807/ki.mtt.2024.01.025引文格式：郝鹏飞.预制整体式弧形件施工质量控制指标研究J.现代隧道技术,2024,61(1):245-251.HAO Pengfei.Study on Construction Quality Control Criteria for Prefabricated Integrated Arcuate MembersJ.ModernTunnelling Technology,2024,61(1):245-251.1引言当前我国大直径盾构隧道内部结构的施工尚处于半预制拼装阶段，仍有较多内部构件采用现浇的方式进行施工1，内部结构中的轨下结构也主要采用部分预制、部分现浇的施工方式，常表现为预制中间箱涵和现浇两侧车道板的形式。部分预制、部分现浇的轨下结构形式存在现浇车道板植筋影响管片力学性能、预制化率低、施工工序复杂、施工周期长等问题2。全预制轨下结构可有效克服上述轨下结构形式的不足，但当前采用预制装配式轨下结构的工程中仍存在一些问题3，因此需对预制整体式轨下结构进行探索。上海市机场联络线是我国首次在大直径盾构隧道中采用全预制内部结构的工程，其轨下结构采用了预制整体式弧形件的形式4。整体式弧形件的施工精度与质量决定了其余内部结构（如中隔墙、电缆槽）的初始姿态和施工质量。当前全预制整体弧形件并无成熟的施工控制经验，因此保证其施工过程中的精度并提出合理可行的施工质量控制指标十分迫切。此外，预制化内部结构也是今后大直径盾构隧道建设的趋势，预制整体式弧形件结构的应用也会越来越多，因此更有必要针对弧形件的施工质量控制指标进行研究，探索并提出合理有效的控制指标。基于上述问题，本文通过总结现有工程中预制轨下结构或箱涵施工质量控制指标，对上海市机场联络线预制整体式弧形件的构造及施工流程进行介绍，提出弧形件施工质量的控制指标，并利用所提出的指标对机场线某标段预制弧形件的施工进行质量控制，为后续工程提供借鉴经验。2预制轨下结构施工质量控制指标2.1隧道工程中预制结构施工质量控制现有隧道工程中轨下结构以部分现浇、部分预制形式为主，中箱涵一般为预制结构，而两侧边箱涵或车道板常为现浇结构。上海长江隧道5轨下结构采用了部分现浇、部分预制的形式，施工中要求预制中箱涵结构应沿线路平、纵曲线进行布置，以道路中心线、路拱顶标高为准进行放置，且允许的偏差量110 mm，就位里程偏差量2 mm。南京定淮门长江隧道6，亦称南京纬三路过江通道，其轨下结构采用了部分预制、部分现浇的形式，中箱涵采用预制形式，两侧箱涵采用现浇施工。该工程中预制中箱涵间的错台量要求不大于8 mm，以保证路面平整度，预制中箱涵的施工质量控制标准见表1。245预制整体式弧形件施工质量控制指标研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版Vol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024表1 南京纬三路过江通道预制中箱涵施工质量标准Table 1 Construction quality standard for middle boxculverts in prefabricated tunnel of Weisan Road in Nanjing项目高程偏差水平（左右方向偏差）相邻顶面平整度允许偏差/mm101010上海诸光路隧道7采用部分预制、部分现浇的轨下结构形式，为中间预制型件，可利用现浇混凝土对拼装误差进行调整。该工程在施工中要求以隧道中心线为基准对预制型件进行控制，确保预制型件接缝部位平顺、无踏步。同时，为应对施工过程中可能出现的张角情况，可在预制型件底座及管片间焊接钢板或填充混凝土进行平整度调整。内部结构如图1所示。图1 上海诸光路隧道7Fig.1 Zhuguang Road Tunnel in Shanghai7京张高铁清华园隧道811是国内较早采用全预制装配式轨下结构的工程，单环轨下结构由1块预制中箱涵及2块预制边箱涵组成，轨下结构如图2所示。但由于采用装配式的形式，施工过程中要求相邻箱涵间错台及中箱涵与边箱涵间错台量控制在2.5 cm内，且不能出现挠曲。此外，为确保施工过程中的精度，拼装过程中要求中箱涵顶面与隧道水平轴线距离、中箱涵竖直轴线与圆形隧道结构竖直轴线距离均需控制在10 mm之内，保证箱涵间顺利连接。若因管片环缝出现错台造成中箱涵连接困难，将在底部凸台设置2.0 mm厚HDPE垫片进行调整。2.2公路工程中预制箱涵施工质量控制公路工程中轨下结构一般指中箱涵，常采用预制形式。图2 清华园隧道轨下结构8Fig.2 Sub-rail structure in Qinghuayuan Tunnel8唐山至廊坊高速公路唐山段全长约15 km，其主线采用了400个2 m长的标准节预制箱涵12，预制箱涵如图3所示，其施工质量控制标准见表2。图3 唐廊高速预制箱涵12Fig.3 Prefabricated box culvert of Tangshan-LangfangExpressway12表2 唐廊高速预制箱涵控制指标Table 2 Control criteria for prefabricated box culvertof Tangshan-Langfang Expressway项目高度宽度顶板厚侧墙和底板厚平整度明涵暗涵允许偏差/mm-10+5300+10不小于设计值不小于设计值5桓仁集安高速公路（挂牌岭至山城村）全长约58 km，线路中采用39道装配式预制箱涵，预制箱涵由顶板、两侧侧墙及现浇底板4部分组成13，如图4所示。预制箱涵施工质量控制标准见表3。246预制整体式弧形件施工质量控制指标研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版图4 桓仁集安高速预制箱涵13Fig.4 PrefabricatedboxculvertofHengrenJianExpressway13表3 桓仁集安高速预制箱涵控制指标Table 3 Control criteria for prefabricated box culvertof HengrenJian Expressway项目构件拼缝间隙构件长度、宽度、高度模板偏移相邻构件错位面板平整度允许偏差/mm1.5030.523马巢高速公路（马鞍山至巢湖）全长约2.6 km，线路中采用54道装配式预制箱涵，预制箱涵由预制顶板、预制底板、预制侧墙4部分组成14。采用工厂预制、现场拼装的方式进行施工。预制箱涵施工质量控制标准见表4。表4 马巢高速预制箱涵控制指标Table 4 Control criteria for prefabricated box culvert ofMaanshan-Chaohu Expressway项目构件长度壁厚轴线偏位螺栓孔轴线偏差结构长度底面高程内、外轮廓线形偏离设计线形相邻节段内轮廓线错口垫层宽度、厚度允许偏差/mm0+5-3+55055010205不小于设计值某公路工程全长约50 km，因通行原因需扩建。扩建过程中采用装配式预制箱涵对5道涵洞进行施工15。预制箱涵施工质量控制标准见表5。表5 装配式预制箱涵控制指标Table 5 Control criteria for assembled prefabricated boxculvert项目预制构件长度构件壁厚轴线偏位结构长度地面高程垫层宽度和厚度允许偏差/mm-15-3550-5010010不小于设计值2.3控制指标对比分析从上述工程的施工指标可看出，隧道工程中采用部分预制、部分现浇轨下结构中预制箱涵的施工偏差要求基本在10 mm范围内，而全预制装配式轨下结构由于处于探索初期，施工偏差允许量较大，为25 mm。公路工程中对预制箱涵的质量控制主要集中于对其成型的要求，而拼装指标要求较宽松，大部分达到50 mm，即公路工程中预制箱涵的拼装精度、承载能力要求均较低。轨下结构施工控制指标汇总见表6。表6 控制指标对比Table 6 Comparison of control criteria所属工程隧道工程隧道工程预制中箱涵隧道工程装配式轨下结构隧道工程预制中箱涵、装配式轨下结构公路工程公路工程公路工程项目就位里程偏差量错台错台高程、水平偏差相邻顶面平整度平整度内、外轮廓线偏离设计线形轴线偏位允许偏差/mm282510352050总体上看，上述工程中的控制指标具有参考性，但公路工程所用指标过于宽松，需进一步细化。3弧形件构造及施工流程3.1整体式弧形件构造整体式弧形件单体尺寸为9.5 m2.834 m2 m，重33.5 t，混凝土等级C40，采用双面通用楔形块，楔形量为50 mm。弧形件构造示意图如图5所示。247预制整体式弧形件施工质量控制指标研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版Vol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024图5 弧形件构造Fig.5 Composition of arcuate members弧形件下部设4根M36调平螺栓，起临时支撑作用。弧形件与衬砌管片间缝隙为60100 mm，施工完成后用C40自密实细石混凝土填充，以消除管片错台变形等影响。3.2弧形件施工流程预制弧形件的整体施工流程如图6所示。图6 预制弧形件施工示意Fig.6 Schematic diagram for construction of prefabricatedarcuate member预制弧形件的简要施工流程为：（1）弧形件起吊并进行运输；（2）弧形件初步就位。利用弧形件吊机对弧形件进行初步拼装，目视其中心线以进行对齐；（3）弧形件的精调。利用精调装置将预制弧形件调整到位，精调包括对弧形件平动、转动方向上各自由度进行精细调整；（4）施作弧形件顶部连接螺栓及底部调平螺栓，并在弧形件底部间隙处塞入钢垫片；（5）精调装置换步前进，进入下块弧形件待安装位置；（6）通过预留注浆孔填充弧形件与管片间间隙。4弧形件施工质量控制指标4.1弧形件施工关键技术（1）弧形件初步就位前需先依据排布表确认拼装弧形件的型号及预埋件数量；同时还需注意其楔形块的摆放方向；（2）弧形件初步就位时通过调整其高度及其与上块已拼装弧形件间的距离，完成弧形件初步就位；（3）弧形件间隙回填需在其脱出盾构机区域后进行。回填分两次进行，第一次浇筑弧形件底部；第二次对两侧孔洞进行浇筑。回填过程中应严格控制弧形件底部标高。为方便后续分析，对弧形件施工过程中各自由度方向及名称进行定义，如图7所示。图7 预制弧形件自由度方向及名称Fig.7 Direction and name of degree of freedom of prefabricatedarcuate member4.2弧形件施工质量控制指标从第2节可知，各工程中错台量控制要求最高为8 mm，因此可沿用该指标值。由于弧形件预留50 mm楔形量，因此前后弧形件间间隙需进一步确定。同时弧形件轴线与隧道轴线偏差也应控制在250 mm范围内。根据上述条件，对转弯半径为500 m情况下的弧形件姿态进行拟合，可得到包括平动方向X、Y、Z和转动方向、等其余弧形件姿态指标，姿态拟合示意图如图8所示，质量控制标准见表7。248预制整体式弧形件施工质量控制指标研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版图8 弧形件姿态拟合示意Fig.8 Arcuate member position and stance fitting根据上述控制指标制定评价标准，各指标均按5分制进行评分，总分40分。施工完成后对上述指标进行检测，若单项指标超出规定值50%则该指标无效，即得 0 分；若超过指标但未超出 50%则得 2分，在指标范围内则为5分。总分37分及以上认为弧形件施工质量合格，若低于37分则将该弧形件标表7 预制弧形件施工质量标准Table 7 Construction quality standard for prefabricatedarcuate member序号12345678控制项目上下错台（dX）/mm左右错边（dY）/mm块间最大间隙（dZ）/mm相对隧道中心X轴偏差/mm仰角/（）倾角/（）转角/（）填充层间隙/mm允许偏差881050.150.050.0560100定为不合格。该评价标准可方便现场人员进行质量检测，更直观反映弧形件施工质量。4.3弧形件施工效果现场人员按上述控制要求进行施工及质量检测，结果表明，所施工弧形件97.5%以上达到合格标准，大部分均为40分满分。以第191环至200环弧形件为例验证弧形件施工效果，监测数据见表8。此外，弧形件在施工中最高拼装速度可达20环/d，施工效率高。表8 弧形件实测数据Table 8 Measured data on arcuate member序号191192193194195196197198199200上下错台dX/mm+3+3+3+3+3+3+3+3+4+4左右错边dY/mm+4+6+5+6+4+5+5+6+5+5块间最大间隙dZ/mm+5+7+6+6+6+7+6+4+6+5相对隧道中心X轴偏差/mm1.40.60.80.90.80.90.80.70.80.6仰角/（）-1.62-1.68-1.70-1.72-1.71-1.69-1.72-1.71-1.73-1.72倾角/（）-0.68-0.70-0.73-0.71-0.72-0.75-0.72-0.70-0.72-0.71转角/（）-0.60-0.10-0.11-0.12-0.12-0.11-0.12-0.12-0.13-0.11填充层间隙/mm+64+60+65+65+65+65+62+65+70+70通过现场实践可看出，提出的弧形件施工质量控制指标具有较好操作性，能保证弧形件施工的精度及质量，取得了良好的效果，如图9所示。5结 论基于现有工程中预制轨下结构、箱涵的施工质量控制指标，结合上海市机场联络线预制整体式弧形件特点，提出了针对性指标并进行了实践，得到了如下结论：（1）总结对比了隧道工程及公路工程中预制轨下结构及箱涵施工质量控制指标，结果表明，公路工程中轨下结构的施工精度远低于隧道工程要求，当前针对预制整体式弧形件的控制指标较少。（2）基于弧形件的特点及施工流程，提出了针249预制整体式弧形件施工质量控制指标研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版Vol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024图9 预制弧形件施工效果Fig.9 Construction result of prefabricated arcuate member对预制整体式弧形件的施工质量控制指标及评价标准，可为后续工程提供参考。（3）现场人员依据所提出的控制指标及评价标准进行了实践，结果表明，所提出的指标可用于整体式弧形件的控制，且提出评价标准可反映弧形件的施工质量，所提出指标应用效果较好。今后工程可进一步检验该指标的合理性，尤其是各指标的取值范围是否还能进一步缩小，以更精细地控制整体式预制弧形件的施工质量。参考文献References1 刘 念,孙双篪.浅谈盾构隧道内部结构预制拼装技术J.低温建筑技术,2016,38(10):109-111.LIU Nian,SUN Shuangchi.Introduction to Prefabricated Assembling Technology of Internal Structure of Shield TunnelJ.Low Temperature Architecture Technology,2016,38(10):109-111.2 刘 磊.大直径盾构隧道轨下结构全预制施工技术J.施工技术,2019,48(增1):807-810.LIU Lei.Construction Technology of Full Prefabrication of Under-track Structure of Large Diameter Shield TunnelJ.ConstructionTechnology,2019,48(S1):807-810.3 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members are proposed,and the criteria are practiced in actual works.As the resultsindicate,construction of the arcuate members that are built under the criteria proposed has high efficiency and goodquality,and the members perform well in service.Keywords:Large-diameter shield tunnel;Prefabricated arcuate member;Construction quality;Control criteria我国首座“四高”特长公路隧道全线贯通1月30日，由中铁十六局参建的我国首条集高寒、高海拔、高瓦斯、高硫化氢于一体的“四高”特长公路隧道国道569曼德拉至大通公路祁连山2号隧道全线贯通，为下一步通车运营奠定了坚实基础。作为 国家公路网规划 重要组成部分，国道569曼德拉至大通公路也是青海至甘肃河西走廊地区重要通道。祁连山2号隧道位于海拔3 500 m以上的青海省海北藏族自治州门源回族自治县宁缠河谷，是曼大公路全线控制性工程。隧道全长6 044 m，洞内围岩地质极其复杂，稳定性极差，开挖后极易发生变形、塌方和突泥涌水，加之煤系地层的高瓦斯、高硫化氢有毒有害气体，被青海省交通运输厅列为“头号高风险工程”，也是青海省目前施工难度最大的公路隧道。据悉，国道569曼德拉至大通公路全线建成通车后，将实现京藏高速与连霍高速国道主干线在西部地区短距离快速连接，打通青海省省会西宁与甘肃省武威市的快速便捷通道，车程将由过去的8 h缩短为2.5 h，对拉动青海、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西五省区的经济发展和促进省市间的交流合作具有重要意义。（摘自 中国铁建微信公众号）251