中铁十局集团第一工程有限公司 阿富准铁路项目经理部一分部 新疆维吾尔族自治区阿勒泰市 836500
摘要：本文研究的工程背景依据是新建阿富准铁路索尔苏隧道。每年严寒地区隧道不同程度的会发生衬砌冻胀现象。根据此现象国内严寒地区隧道采用了保温效果较好的中心深埋水沟引排仰拱及初支面裂隙水。中心深埋水沟埋设在冻结面以下，开挖较深，且在硬岩地层爆破开挖难度较大。同时中心深埋水沟在爆破施工过程中阻断通往掌子面道路，影响掌子面、仰拱及二衬施工进度。施工过程中为了有效的节约施工时间，中心水沟采用了承插式预制砼管安装工艺。同时对中心深埋水沟和掌子面工序进行调整，最终实现了中心深埋水沟和掌子面同步施工技术。
关键词：严寒；深埋；制约；同步
一、绪论
中心深埋水沟埋设较深，在施工过程中因各工序之间相互制约，造成了掌子面进度滞后。施工过程中利用悬辊法预制III级混凝土管安装工艺有效的提高了施工效率。同时针对现场施工过程中对不同围岩施工工序进行调整，实现了掌子面与中心深埋水沟及仰拱同步施工技术。本片论文以IV级围岩为例阐述。
本人在阿富准铁路S2标索尔苏隧道建设期间通过对严寒地区隧道中心水沟及掌子面同步施工技术及悬辊法预制砼管进行了研究，最终取得了良好的效果，为后续类似工程提供了工程技术方案参考。
二、研究背景
工程背景
1.索尔苏隧道概况
索尔苏隧道位于阿勒泰地区福海县阿勒泰山低山丘陵区，隧道通过区地势呈中间高，两边低，海拔高程790～904m，隧道大部分埋深在20~50m之间，隧道全线位于直线上，为单面上坡，坡度为4.5‰，洞身最小埋深约3m，最大埋深约108m。
该地区极端最低气温-43.5℃，最冷月平均气温为-17.2℃。为防止隧道冻害发生，隧道全长范围内设置中心深埋水沟排水，深埋水沟底距内轨顶距离4.9m。施工过程中为了节约时间加快中心水沟施工进度，现场采用了悬辊法预制III级砼管技术研究。
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1-1中心水沟示意图
三、中心水沟与掌子面及仰拱同步施工技术
IV级围岩施工方法：
1.IV级加强围岩采用二台阶法开挖，上台阶高5.85m长3.6m，下台阶高2.63m。上下台阶采用同一钻孔炮架。
2.施工过程中掌子面与中心水沟同时钻爆，掌子面每循环钻爆进尺3m，中心水沟每循环施做6m。
3.掌子面在第1循环钻爆完毕后先恢复通往掌子面道路进行出渣，第1循环掌子面支立钢架时中心水沟在栈桥处出渣，出渣结束后进行二次钻孔与第2循环掌子面进行同时爆破。
4.在第2循环钻爆结束出渣完成后利用掌子面立架支护时安装φ800III级预制砼管、浇筑管座、回填砂砾施工（10m），在第2循环湿喷过程中中心水沟进行聚氨酯保温板安装，浇筑找平层施工。
5.掌子面在第3循环钻孔时完成仰拱钢筋绑扎，在第3循环支立钢架时浇筑仰拱砼。
6.在掌子面第4循环钻孔时完成仰拱填充砼，利用第4循环出渣完成后至第5循环出渣前仰拱等强16小时，移动栈桥。使现场施工达到多工序平行作业不受影响。
四、悬辊法III级砼管管预制
中心水沟施工过程中为了提高施工效率，加快施工进度，中心水沟III级排水管现场利用悬辊法技术预制成型，直接进行安装，方便快捷。
1.施工准备
1.1.根据现场预制涵管设计尺寸修建养护池，加工蒸温棚，布设蒸汽管道。
1.2.按照施工需要平整场地，完善水电管路的布设安装。
1.3.对所有进场钢筋水泥进行原材送检，送检合格后方可使用。
1.4.检查调试相关生产设备是否能正常运转。
2钢筋骨架制作
2.1.根据图纸设计要求加工柱状钢筋笼，钢筋笼全长3100mm，管身长3000mm，φ800mm，管口长100mm，φ1100mm。
2.2.主筋、纵向筋采用φ8盘圆，纵向筋环间距不得大于400mm且不能少于6根。为了保证骨架牢固，制作过程中在管头两侧紧密缠绕2圈钢筋，同时采用滚焊和手焊相结合方式对钢筋笼进行加固焊接。
3混凝土搅拌及运输
3.1.预制砼管使用C35干硬性混凝土，加工前实验室对配合比进行反复调整确定最佳配合比。
3.2.干硬性混凝土采用强制性搅拌机进行搅拌，搅拌时为了避免混凝土出现搅拌不均匀现象，搅拌过程中减少了单盘生产方量，同时把搅拌时间由150s增加到180s，给予其充分的搅拌时间。
3.3.混凝土生产完成后使用自卸车进行运输，在运输过程中为了防止水分流失现场在自卸车装料前对其料兜表面进行洒水，装料完成后在混凝土上层覆盖篷布防止水分流失。
4.钢筋骨架就位组模
4.1.在模板侧壁上半部分开孔呈梅花形布置固定渗水孔成型螺栓。
4.2.在开口侧壁相应位置焊接相应直径大小螺帽，使其固定更加牢固。
4.3.使用砂轮机将深入管壁部分螺纹打磨光滑，使其便于拆除成型。
4.4.在模板端头位置增加相应尺寸的喇叭口挡圈。
4.5.安装钢筋骨架前先对模板进行打磨，打磨完成后在模板上均匀涂刷脱模剂。
4.6.在骨架上按梅花形布设安装高强度垫块。
4.7.利用龙门吊将钢筋骨架吊至模板上，检查钢筋骨架焊接质量及保护层厚度。
4.8.管模合拢后检查合缝情况，避免出现合缝不严造成跑浆现象。
4.9.模板合拢后按设计尺寸400*400mm间距在模板侧面安装直径20mm，长80mm螺栓，通过管壁上螺栓将其固定在管壁侧面。
5.喂料及辊压成型
5.1.将组合好的管模中心对准辊轴，用龙门吊将管模缓慢平稳套入辊轴内并轻落于辊轴之上，紧固横梁。
5.2.为保证喂料连续性和料流均匀，开动悬辊机前，先在料台上倒入3-4车混凝土料以保证喂料的持续性。
5.3.悬辊机启动前先将干硬性混凝土均匀平铺在管模内，铺设其管壁厚度的2/3，用以固定钢筋骨架，同时在悬辊机主机上设置初始轴速速为500r/min。
5.4.启动悬辊机当轴转速度达到预设值500 r/min时开始喂料，随着喂料的增加，逐渐调整轴转速度，将轴速控制在700-800r/min，随着喂料的增加管壁逐渐增厚，当悬辊直接与混凝土接触时停止喂料，同时将转速逐渐调至1200r/min，使其产生大的离心力，悬辊轴直接碾压混凝土高速旋转5min-7min后管壁达到密实状态。
5.5.净辊过程中要控制好其悬辊时间，过短易造成麻面，过长易造成钢筋骨架过度辊压变形及撒落露筋。
5.6.悬辊过程中根据管内情况向管内匀速微撒水，但不宜过多，以免造成内壁塌落。
5.7.悬辊结束前为防止混凝土料粘结在辊轴面上，造成蜂窝麻面严重，碾压结束前向通过喂料口均匀向内壁铺撒一些细沙进行隔离。
5.8.净辊结束时逐渐匀减速停机，防止突然停机造成管壁坍塌。
5.9.平稳停机后用龙门吊将管模平稳退出辊轴内，同时查看内壁成型情况。
5.10.管内、外表面应光洁平整，无蜂窝、塌落、露筋、空鼓。
5.11.钢筋混凝土管外表面不允许有裂缝，管内壁裂缝宽度不得超过0.05mm。
5.12.查看管内有无塌落，塌落面积不超过管内面积的1/20，且无露筋现象允许进行修补，如塌落面积大于管内面积的1/20，有露筋现场发生，不允许进行修补。
5.13.外表面凹深不超过5mm，粘皮厚度不超过壁厚1/5，其最大值不超过10mm，粘皮、蜂窝、麻面的总面积不超过10cm的允许进行修补，如超过进行报废处理。
6.蒸汽养护
6.1.蒸汽加温保湿养护过程中实验室安排专人进行测温，使棚内温度与蒸汽管水化热温度相适应。蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段。成型好的涵管运至指定位置进行静养，静养时间不能低于2h，环境温度不低于5℃。
6.2.预制砼管静停过程中现场施工人员及时对锅炉进行加温，调整蒸汽管道出气阀门。
6.3.静养完成后将砼管运至蒸养池内进行升温养护，同时测池内温度并记录，记录完成后打开分气管阀门开始升温并记录开气时间，升温控制在15℃/h，根据棚内升温速度调整蒸汽阀门开关大小。
6.4.升温过程中要注意夏季升温时间不低于1h，冬季升温时间不低于1.5h。升温期间要随时进行测温以保证事宜的升温速度，避免升温过快造成混凝土体积膨胀太快而产生裂缝。
6.5.在温度达到恒温后控制蒸养温度，恒养过程中最低气温不能低于80℃，最高气温不能高于90℃，过程中要保证均匀的送气量，同时及时观察蒸养池内温度以保证在恒温状态下夏季养护时间不低于4h，冬季不低于5h。当温度降低时要通过蒸汽管控制阀调整恒温状态。
6.6.蒸汽养护过程中降温是蒸养的关键阶段，施工过程中要严格控制，降温前按预定恒温时间取出蒸养池内试件，经混凝土试验强度达到规范设计要求的70％后停止供气进入降温阶段，降温过程中根据蒸养池内温度调整蒸汽阀开关大小，使降温速度控制在10℃/h内，以至蒸汽阀彻底关闭。
6.7.蒸养结束后对试块进行抗压试验，待混凝土达到设计强度75%后即可拆除养护罩并脱模，运至存放区域进行自然养护。
7.自然养护
7.1.自然养护过程中要安排专人进行测温，养护温度不得低于5℃。
7.2.在养护过程中养护温度高于10℃后要进行轻微洒水养护。防止混凝土管出现干裂。
8.制证出厂
8.1.混凝土养护28天抗压强度不低于30MPa，养护强度均达到80％后方能出场。
悬辊机操作简单、运行平稳、故障低。在制作过程中利用干硬性混凝土节能环保，在施工作业过程中分呗较低且生产周期短，效率高。同时利用蒸汽养护提高了养护强度。同时在施工过程中安装方便快捷。
五、效果总体评价
根据现场施工情况利用二次开挖方法对中心深埋水沟进行效果检验，我们在施工过程中避免了中心水沟和掌子面的施工冲突，同时在单线隧道内我们同时施工掌子面和中心水沟，提高了机械的闲置率，减少了人工的利用率，在经济上合理的降低了工程成本，提高了工程进度。
悬辊机操作简单、运行平稳、故障低。在制作过程中利用干硬性混凝土节能环保，在施工作业过程中分呗较低且生产周期短，效率高。同时利用蒸汽养护提高了养护强度。
六、经验与总结
通过对工序的调整使得现场能达到多工序进行平行作业，提高了机械及人工的利用率。同时利用悬辊法预制III级混凝土管，较常规施工技术使得混凝土管的成型率较高，同时能保证预制砼管的出场质量。施工现场环向盲沟和中心深埋水沟相结合的排水系统有效预防了隧道在后期通车运营过程中衬砌涨裂现象的发生。掌子面与中心水沟同步施工技术较大的改善了现场施工进度滞后现象的发生。
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作者简介：
孟凡良（1985年1月），男，汉族，山东德州人，工程师。