装配式隧道结构快速施工技术及力学性能分析

引言

随着交通基础设施建设的不断推进，隧道工程在公路、铁路、城市轨道交通等领域的应用日益广泛。传统隧道施工方法存在施工周期长、施工环境恶劣、对周边环境影响大等问题，难以满足现代工程建设快速、高效、绿色的需求。装配式隧道结构作为一种新型隧道结构形式，具有施工速度快、质量易于控制、环境污染小等优势，成为隧道工程领域的研究热点与发展方向。深入研究装配式隧道结构快速施工技术及力学性能，对于提高隧道工程建设效率、保障结构安全可靠、推动隧道工程技术创新具有重要的理论意义与实践价值。

1. 装配式隧道结构快速施工技术

1.1 施工流程

装配式隧道结构快速施工流程主要包括预制构件生产、运输、现场拼装等环节。在预制构件生产阶段，根据设计要求，在工厂内采用标准化生产工艺，对隧道结构构件进行预制，如管片、衬砌等。生产过程中严格控制原材料质量、生产工艺参数，确保构件尺寸精度、强度等指标符合设计标准 。预制完成后，对构件进行养护，待强度达到要求后，采用专用运输设备将构件运输至施工现场。在运输过程中，采取有效的保护措施，防止构件受损。现场拼装是装配式隧道结构施工的关键环节。首先进行基础处理与测量放线，确保拼装基础平整、定位准确。然后利用吊装设备将预制构件吊运至指定位置，按照设计顺序与连接方式进行拼装。在拼装过程中，严格控制拼装精度，通过调整构件位置、使用连接件等方式，保证构件之间的连接紧密、可靠。拼装完成后，对结构进行密封处理与防水施工，确保隧道结构的防水性能 。

1.2 关键技术

连接技术是装配式隧道结构的核心关键技术之一。常用的连接方式包括螺栓连接、榫卯连接、预应力连接等。螺栓连接具有安装方便、拆卸容易的特点，通过在构件预留螺栓孔，使用螺栓将构件连接在一起，可有效传递荷载 。榫卯连接是一种传统的连接方式，利用构件之间的榫头与卯眼相互咬合，实现构件的连接，具有较好的整体性与抗震性能。预应力连接则通过施加预应力，使构件之间紧密贴合，提高结构的整体刚度与承载能力。防水技术对于装配式隧道结构至关重要。为防止地下水渗漏，通常采用多道防水措施。在构件接缝处设置密封垫，如橡胶密封垫，利用其弹性变形填充缝隙，阻止地下水渗透。同时，在构件表面涂抹防水涂料，形成防水涂层，增强结构的防水性能。拼装控制技术是确保装配式隧道结构施工质量与精度的关键。在拼装过程中，采用先进的测量技术，如全站仪、激光测距仪等，实时监测构件的位置与姿态，及时调整拼装误差。同时，建立拼装质量控制系统，对拼装过程中的各项参数进行记录与分析，确保拼装质量符合设计要求。

1.3 配套设备

装配式隧道结构施工需要多种配套设备。吊装设备是关键设备之一，常用的有龙门吊、履带吊等。龙门吊适用于场地开阔、构件重量较大的施工现场，具有起重量大、工作效率高的特点 。履带吊具有良好的机动性与适应性，可在复杂地形条件下作业，适用于各种施工现场。运输设备包括平板运输车、专用运输架等。平板运输车用于将预制构件从工厂运输至施工现场，在运输过程中需对构件进行固定，防止构件在运输过程中发生碰撞、移位。专用运输架则可根据构件的形状与尺寸进行定制，提高运输的安全性与稳定性。

2. 装配式隧道结构力学性能分析

2.1 受力特性

装配式隧道结构在运营过程中主要承受土压力、水压力、车辆荷载等外部荷载作用。土压力是装配式隧道结构的主要荷载之一，其大小与分布受土体性质、隧道埋深、施工方法等因素影响。在浅埋隧道中，土压力以主动土压力为主；在深埋隧道中，土压力则接近静止土压力。水压力的大小与地下水位高度密切相关，对隧道结构的防水性能与承载能力提出较高要求。装配式隧道结构的受力具有明显的空间特性。由于构件之间存在连接，结构的整体性相对较弱，在荷载作用下，构件连接处容易产生应力集中现象。同时，结构的变形也受到连接方式与连接刚度的影响，不同的连接方式会导致结构在受力时的变形模式不同。

2.2 力学计算方法

目前，装配式隧道结构力学计算方法主要有荷载 - 结构法、地层 - 结构法等。荷载 - 结构法将隧道结构视为弹性地基上的梁或框架结构，将外部荷载简化为作用在结构上的荷载，通过力学计算求解结构的内力与变形。该方法计算过程相对简单，适用于初步设计阶段，但对地层与结构相互作用的考虑不够充分。地层 - 结构法充分考虑地层与结构的相互作用，将地层视为连续介质，采用有限元等数值计算方法，对结构与地层进行整体建模分析。该方法能够更准确地反映结构的受力与变形情况，适用于详细设计阶段，但计算过程较为复杂，需要大量的计算资源与专业知识。在实际工程中，还可结合模型试验、现场监测等方法，对计算结果进行验证与修正。通过模型试验，可模拟结构在不同荷载工况下的受力与变形情况，为计算模型的建立与参数选取提供参考。现场监测则可实时获取结构在施工与运营过程中的实际受力与变形数据，及时发现结构存在的问题，为结构的维护与加固提供依据。

2.3 影响力学性能的因素

构件材料性能对装配式隧道结构力学性能有着重要影响。混凝土的强度、弹性模量、收缩徐变特性等参数直接影响结构的承载能力与变形性能。钢材的强度、韧性等性能则决定了连接件的连接强度与可靠性。因此，在设计与施工过程中，需合理选择构件材料，严格控制材料质量，确保结构的力学性能满足设计要求。连接方式与连接质量是影响装配式隧道结构力学性能的关键因素。不同的连接方式具有不同的力学性能，如螺栓连接的抗剪性能、榫卯连接的抗震性能等 。连接质量的好坏直接影响结构的整体性与可靠性，连接不紧密、螺栓松动等问题会导致结构受力不均，降低结构的承载能力。此外，施工工艺与施工质量也会对装配式隧道结构力学性能产生影响。在预制构件生产过程中，生产工艺的偏差会导致构件尺寸不准确、内部存在缺陷等问题。在现场拼装过程中，拼装精度不高、密封处理不当等问题会影响结构的防水性能与受力性能。

结语

装配式隧道结构快速施工技术与力学性能研究是推动隧道工程迈向高效、安全发展的核心驱动力。快速施工技术凭借流程优化、技术创新与专用设备革新，大幅缩短工期，降低人力与物资消耗，同时有效减少施工噪音、振动等环境影响，契合绿色建造理念。对力学性能的系统分析，从结构受力特性、计算模型构建到影响因素探究，为结构设计与施工质量把控筑牢理论根基。展望未来，随着物联网、大数据与人工智能技术深度融合，装配式隧道施工将向智能化、无人化方向突破，实现构件生产、运输、拼装全流程精准管控。力学性能研究需聚焦极端荷载、复杂地质条件下的结构响应，借助数值模拟与试验验证结合的方式，完善力学理论体系。持续的技术革新与理论突破，将推动装配式隧道结构在山岭隧道、城市地下空间等领域广泛应用，为交通强国建设与新型城镇化发展注入强劲动能。

参考文献：

[1] 苏宪新 . 顾笑 . 张宝 . 预制装配式保温墙一体化高效建造综合施工技术的应用 [J]. 安装，2023(S2) ：150-153.

[2] 许晓恋. 试析装配式混凝土建筑施工技术及质量控制[J]. 散装水泥，2023(6) ：75-77.