省时又省料，英国HS2项目明挖段的预制拼装双拱结构

小编语

当前，明挖隧道的结构一般会采用现浇施工，但传统的现浇作业存在诸多缺陷，因此近年推出的整体预制拼装、 叠合拼装等施工方法也在逐步推广应用。

作为全球范围内颇具代表性的铁路工程，英国HS2项目在施工过程中使用了不少创新举措，这不，工程在隧道结构施工上也 翻出了新“花样”—— 施工团队使用了一种双拱形预制拼装结构，据称能大幅加快施工速度并减少资源消耗。本期就让小编带大家来体验探究吧！

项目背景

按照英国HS2项目的规划，从伦敦和西米德兰兹郡之间将会修建5条明挖法隧道，项目原本考虑使用传统的现浇混凝土方案来施工这些隧道的结构。

然而，现浇方案存在着施工速度慢，浇筑质量参差不齐，物料运输加剧交通拥堵，噪音、废气影响环境等问题。若完全使用现浇施工，恐怕会对当地环境及居民社区造成不小的负面影响。

原本的施工方案

为解决这些问题，项目施工团队提出了一种预制双拱结构的解决方案，最大限度地应用了预制构件，尽可能减少了现场的作业量，特殊的接头设计也降低了现场的施工难度。同时，隧道结构的拱形设计还可以降低衬砌厚度、节约混凝土用量，帮助项目实现整体减排目标。

新施工方案

技术特点

整个隧道结构由五个预制构件组成，包括一道中间支撑墙、两道外部支撑墙和两道拱形顶板。构件之间采用了一种新型接头连接，有效缩短了现场施工所需的时间。

连接位置（红圈处）

连接结构

施工团队讲这种接头称为销式接头（ pin joint），拱顶边缘有一个凸起部分，外侧和中心支撑墙上有一个对应的插座。这个结构的稳定性来自回填土通过拱顶向拱壁产生的轴向压缩力。压实的回填土会产生足够的轴向压缩力，保证结构稳固。

接缝照片

这种连接形式简化了施工流程，现场工人只需要将拱顶吊装到位，无需安装剪力键或销钉来连接，施工所需时间也仅为传统方式的一半。

链接结构的解析（左）和有限元分析（右）

此外，设计人员对接头的计进行了细致的计算和测试，以确保结构稳定和安全，还考虑了包括火灾等多种灾害情况下的结构稳定性。

测试设计

测试场景

根据过往的事故经验，回填过程是这种拱型结构最脆弱的时候。因此，对于回填的过程需要仔细考虑，而且需要严格得现场管理，尽量避免受力不均匀。

现场照片

钢筋设计

在预制构件的设计过程中，设计人员发现了一个问题：如果采用传统方法计算钢筋搭接长度，则会导致预制件基底伸出很长的外露钢筋，这些外露钢筋会给拱墙单元的运输和处理带来困难，而且容易损坏。为此，HS2项目设计了一种 "环对环 "连接，来应对这一问题。

构件设计

支撑墙内浇注了一道U 型钢筋，用以搭接底板钢筋； U 型钢筋比单根钢筋更坚硬，因此在运输、搬运和安装过程中不易损坏，而“环对环”连接所需的搭接长度则是根据计算得出的。

现场图片

全尺寸测试的结果表明，“环对环”连接表现出了与传统钢筋混凝土非常相似的性能，并能在失效前保持其延展性。

“环对环”连接性能测试

结语

HS2的双拱式解决方案有效帮助项目节省了所需的钢筋混凝土体积，并加快了隧道的施工进度效率，降低现场操作的难度。 但这种设计方案需要额外的设计和测试成本，并需要设计团队和施工团队密切合作才能顺利完成，期待这一解决方案得到进一步完善和更多的应用。

供稿、编辑&排版：GDY

校对：Jacob