高速鐵路隧道橢圓帽檐斜切式洞門修建技術(shù)

陳 文

(廣鐵集團(tuán)廈深鐵路廣東有限公司，廣東深圳 518000)

1 概述

普速鐵路隧道洞門有端墻式、柱式、翼墻式、耳墻式、臺(tái)階式等結(jié)構(gòu)形式，其組成始終未脫離端墻、翼墻等擋土結(jié)構(gòu)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和隧道施工技術(shù)的進(jìn)步，特別是隨著高速鐵路的修建，洞門設(shè)計(jì)既要滿足結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定、環(huán)保美觀的要求，又要滿足減緩微氣壓波影響的要求，帽檐斜切式洞門結(jié)構(gòu)就成為主導(dǎo)的洞門形式。本文依托廈深高鐵雙鷹頂隧道橢圓帽檐斜切式洞門施工修建情況，分別從施工工藝流程、作業(yè)要點(diǎn)、注意事項(xiàng)、質(zhì)量控制、勞力及機(jī)具組織、質(zhì)量安全控制措施、技術(shù)效果等方面進(jìn)行闡述，為今后同類工程施工積累經(jīng)驗(yàn)，具備一定的指導(dǎo)借鑒作用(見(jiàn)圖1)。

圖1 成型實(shí)物圖

2 施工工藝流程

高速鐵路隧道橢圓帽檐斜切式洞門施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 橢圓帽檐斜切式洞口施工工藝流程

3 施工作業(yè)要點(diǎn)

3．1 明洞施工

雙鷹頂明洞施工長(zhǎng)度9．16 m，內(nèi)模利用液壓襯砌臺(tái)車，外模及端模采用木模。明洞施工主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:

1)臺(tái)車要準(zhǔn)確定位到明洞和斜切段的分界里程，例如雙鷹頂隧道進(jìn)口洞門該分界里程為DK218+618．84(計(jì)算值)。臺(tái)車定位不準(zhǔn)確，會(huì)直接影響到斜切段的施工。

2)端模要安裝到臺(tái)車端頭，有利于安裝和加固。端模上要鉆孔，鉆孔范圍是從拱頂?shù)揭r砌內(nèi)拱頂下1．0 m范圍，將明洞襯砌縱向鋼筋伸出端模，拱頂處按設(shè)計(jì)伸出縱向鋼筋，便于下一步和帽檐鋼筋相連。

3)預(yù)埋件的安裝，預(yù)埋件在臺(tái)車上的安裝里程可能與臺(tái)車開(kāi)孔位置不相符合，可在臺(tái)車模板表面標(biāo)出軌槽的安裝位置，將軌槽在臺(tái)車模板表面進(jìn)行點(diǎn)焊連接。

4)明洞外模的加固。模板安裝的牢固與否是混凝土施工成敗的重要環(huán)節(jié)。明洞邊墻外側(cè)場(chǎng)地較開(kāi)闊，可搭設(shè)滿堂支架進(jìn)行外模加固。如果場(chǎng)地狹窄，借助臨時(shí)邊坡用φ100鋼管進(jìn)行斜向支撐加固。

帽檐模板由內(nèi)、外模及擋頭模組成，內(nèi)模由橢圓輪廓線a，c組成，外模由橢圓輪廓線b，d組成(見(jiàn)圖3)。

圖3 帽檐模板

3．2 斜切段施工

斜切段施工分為兩部分，第一部分為斜切面施工，斜切面施工完成后，進(jìn)行帽檐施工。斜切段長(zhǎng)11．84m，襯砌臺(tái)車10．5m，考慮搭接10 cm。為便于施工，減少施工縫，加工臺(tái)車加長(zhǎng)段1．5 m，與臺(tái)車同弧度，高度以3．0 m為宜。

斜切段施工的內(nèi)模利用襯砌臺(tái)車，外模采用木模，斜切面端模采用δ=6 mm鋼板。斜切面主要由兩條橢圓輪廓線控制，一條坡度為1∶1．25是斜切面的內(nèi)輪廓線。另一條為坡度1∶1．19是斜切面的外輪廓線。先將襯砌臺(tái)車就位到洞門的起點(diǎn)里程，按襯砌的標(biāo)準(zhǔn)斷面將臺(tái)車定位。然后在襯砌臺(tái)車模板表面放樣，內(nèi)輪廓線的放樣可采用兩種方法:一種是沿臺(tái)車的一個(gè)橫斷面將臺(tái)車30 cm～50 cm等分弧后，利用1∶1．25坡度距臺(tái)車另一個(gè)端頭的距離來(lái)確定內(nèi)輪廓線各點(diǎn)。另一種方法是計(jì)算出內(nèi)輪廓線上點(diǎn)的高程和對(duì)應(yīng)里程后確定內(nèi)輪廓線上各點(diǎn)。然后將各點(diǎn)連接成平滑的曲線。內(nèi)輪廓線上的各個(gè)放樣點(diǎn)最好用鋼釘在臺(tái)車模板表面做好標(biāo)記，并用紅漆標(biāo)出。外輪廓線是一條空間無(wú)參照的曲線。通過(guò)計(jì)算，可以確定對(duì)應(yīng)于內(nèi)輪廓線上的各個(gè)放樣點(diǎn)的外輪廓線上各點(diǎn)的水平距離和豎直距離，可根據(jù)計(jì)算值預(yù)先用φ12圓鋼彎出直角彎鉤，順序擺放，用水平尺控制順序安裝，垂直焊接于臺(tái)車內(nèi)輪廓線放樣各點(diǎn)，并將直角彎鉤固定牢固，然后將各直角彎鉤頂點(diǎn)用線繩連接成平滑曲線。擋頭模板安裝時(shí)，模板一邊靠緊內(nèi)輪廓線，另一邊只要將鋼模板貼緊直角鋼筋彎鉤頂端，就能保證端模安裝的準(zhǔn)確性。為保證混凝土的密實(shí)性和混凝土的外觀質(zhì)量，必須有充分的振搗，擋頭模的安裝采用間隔安裝的方法，將擋頭模安裝完成以后，間隔兩塊拆掉一塊，待混凝土澆筑到該高度時(shí)，再將這塊模板安裝到位，以保證混凝土振搗有充分的作業(yè)空間。斜切段混凝土澆筑完成后，拆除端模和外模，襯砌臺(tái)車不動(dòng)，進(jìn)行帽檐模板安裝。

3．3 帽檐施工

帽檐施工是本洞門施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)(見(jiàn)圖4)。帽檐模板的加工和安裝是帽檐施工的最重點(diǎn)。

1)帽檐模板加工。

帽檐模板分為內(nèi)模，外模和端模。帽檐實(shí)體是一個(gè)由四條橢圓曲線構(gòu)成的橢圓臺(tái)。帽檐的內(nèi)輪廓面、外輪廓面、底面和頂面均為曲面，每一個(gè)曲面都由相鄰兩條橢圓曲線及其相對(duì)位置來(lái)控制。帽檐的底面為已施作好的斜切面，其余三個(gè)曲面都需要加工模板，為解決這一問(wèn)題，模板加工廠家制作了一個(gè)與洞門實(shí)體比例為1∶10的模板模型，然后將各個(gè)尺寸按比例放大來(lái)加工帽檐模板。為減少模板接縫，考慮安裝因素，要盡可能加大模板的平面尺寸，本洞門帽檐模板內(nèi)模、外模均由8塊模板組成，最大1塊平面尺寸為3．5 m×4．0 m，重約1 700 kg，拱頂分模線設(shè)在隧道中線上，且左右對(duì)稱，各模板之間通過(guò)螺栓連接，接縫嚴(yán)密。

圖4 帽檐施工現(xiàn)場(chǎng)

2)帽檐內(nèi)模、外模安裝。

斜切面施作完成后，對(duì)照橢圓曲線方程，沿隧道縱向間距1 m計(jì)算出帽檐內(nèi)模，外模下口安裝線各點(diǎn)位的標(biāo)高、里程和支距，在斜切面上進(jìn)行二次放樣。內(nèi)模、外模安裝下口線實(shí)際上就是斜切面的內(nèi)外輪廓線，二次放樣后內(nèi)外模下口按放出的內(nèi)外輪廓線施工，可減小模板下口的安裝偏差，保證下口安裝的準(zhǔn)確。內(nèi)模、外模上口線的確定是技術(shù)控制中的一個(gè)難點(diǎn)，因內(nèi)外模上口線完全是兩條無(wú)參照的空間曲線，必須通過(guò)確定曲線上的點(diǎn)來(lái)確定這兩條曲線，在施工過(guò)程中是靠對(duì)模板分模點(diǎn)的控制來(lái)解決這一問(wèn)題的。首先，模板的下口可以進(jìn)行精確安裝;其次，拱頂中線上的模板上口頂點(diǎn)這個(gè)分模點(diǎn)是可以控制的。通過(guò)控制帽檐頂部模板上口頂點(diǎn)的安裝里程、距臺(tái)車模板頂面中線的高度來(lái)控制這個(gè)安裝點(diǎn)。只要能把另一個(gè)上口分模點(diǎn)控制在設(shè)計(jì)位置，這塊模板就安裝成功了。這個(gè)分模點(diǎn)的控制用測(cè)量?jī)x器來(lái)控制，先對(duì)這個(gè)分模點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，與計(jì)算出的設(shè)計(jì)位置進(jìn)行比較后，對(duì)這個(gè)分模點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，直到調(diào)整到設(shè)計(jì)位置為止。第二塊模板與第一塊之間通過(guò)螺栓連接，分模點(diǎn)的定位與第一塊相同。模板安裝過(guò)程中，請(qǐng)注意要左右對(duì)稱安裝，并進(jìn)行加固，防止模板順臺(tái)車模板表面滑落，造成事故。模板安裝時(shí)，要先安裝內(nèi)模，內(nèi)模安裝完成后，進(jìn)行帽檐鋼筋安裝，再安裝外模。模板安裝采用起吊荷載20 t的吊車，臂長(zhǎng)及荷載均能滿足要求。

3)斜切面與帽檐的連接、帽檐鋼筋安裝。

斜切面和帽檐分兩次澆筑，為確保斜切面和帽檐的整體連接，采用在斜切面端模上打孔穿出鋼筋的方法，按設(shè)計(jì)預(yù)留出φ14連接鋼筋，帽檐鋼筋要在帽檐內(nèi)模安裝完成后，按設(shè)計(jì)進(jìn)行安裝，內(nèi)模可以給鋼筋安裝提供一個(gè)參照面。鋼筋安裝完成后，再安裝外模板。

4)帽檐端模的安裝。

帽檐端模采用δ=6 mm鋼板，每塊長(zhǎng)度以1．2 m～1．5 m為宜，在加工廠預(yù)先加工成型。帽檐內(nèi)外模安裝完成后，對(duì)內(nèi)外模的上口線進(jìn)行精確放樣，將帽檐上口的兩條輪廓線在模板上精確放出，作為帽檐端模的安裝控制線，可減小單純依靠模板上口作為端模安裝控制線帶來(lái)的施工偏差。為確保對(duì)高性能混凝土的振搗有足夠的作業(yè)空間，帽檐端模仍同斜切面端模一樣采用間隔安裝的方法。

5)模板加固。

帽檐內(nèi)模加固的受力體主要為液壓襯砌臺(tái)車，在襯砌臺(tái)車表面沿臺(tái)車縱向均布20槽鋼，環(huán)向間距1．5 m，焊接于臺(tái)車表面，然后從帽檐模板背面用槽鋼或工字鋼作斜撐與臺(tái)車表面槽鋼焊接牢固。內(nèi)模、外模安裝完成后，內(nèi)外模之間用φ20拉桿(兩端套絲)連接，用螺母緊固于模板外側(cè)。拉桿設(shè)雙層，環(huán)向間距0．8 m;拉桿外套PVC管，模板及拉桿拆除后，用M20砂漿將其封堵。外模下口的加固主要靠預(yù)留在襯砌表面的預(yù)埋鋼筋，外模下口法蘭與預(yù)埋鋼筋焊接牢固，承受模板的豎向受力;頂部模板與襯砌面上的預(yù)留鋼筋通過(guò)φ100鋼管焊接牢固;帽檐兩側(cè)邊墻模板利用臨時(shí)邊坡用φ100鋼管、20工字鋼或方木進(jìn)行斜向支撐。帽檐端模靠焊接于內(nèi)外模板之間端帽頂面的角鋼來(lái)進(jìn)行加固。

6)混凝土施工。

模板加固經(jīng)檢查符合要求后，進(jìn)行澆筑混凝土，澆筑過(guò)程中要控制好混凝土的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，確?；炷琳駬v充分。其次要分層對(duì)稱澆筑，以免造成偏壓，導(dǎo)致跑?，F(xiàn)象的發(fā)生。

4 施工注意事項(xiàng)

1)在加工帽檐模板時(shí)要考慮襯砌施工誤差，即襯砌臺(tái)車模板半徑比原設(shè)計(jì)大5 cm。

2)在液壓襯砌臺(tái)車模板上放輪廓線c時(shí)要考慮隧道縱坡。

3)施工明洞時(shí)端模的安裝要考慮隧道縱坡，同時(shí)明洞內(nèi)襯砌縱向鋼筋要伸出端模，便于和斜切段和帽檐鋼筋連接。

4)在施工明洞和斜切段時(shí)要考慮預(yù)埋件，作為加固帽檐模板桿件的支撐點(diǎn)。

5)由于使用液壓襯砌臺(tái)車作帽檐內(nèi)模的支撐結(jié)構(gòu)，而在安裝邊墻下半部分帽檐內(nèi)模時(shí)，臺(tái)車模板影響了帽檐內(nèi)模準(zhǔn)確對(duì)位，需對(duì)帽檐內(nèi)?？v橫肋及下口法蘭進(jìn)行處理，澆筑帽檐混凝土前在臺(tái)車模板帽檐內(nèi)模之間充填水泥砂漿，以保證帽檐內(nèi)模不變形。

6)由于施工誤差，輪廓線c，d不可能完全在斜切面上，特別是輪廓線d在安裝帽檐外模前需要重新放樣。

5 勞動(dòng)組織及機(jī)具設(shè)備

施工人員經(jīng)培訓(xùn)合格后上崗，特殊工種應(yīng)持證上崗，單作業(yè)面施工一般需要10人左右，并保持相對(duì)穩(wěn)定，人員分配和調(diào)整應(yīng)按不同工種配齊、配足。施工機(jī)具配備與隧道正洞襯砌施工基本相同，只是在臺(tái)面帽檐模板安裝時(shí)臨時(shí)增加1臺(tái)吊車即可，見(jiàn)表1，表 2。

6 質(zhì)量控制措施

1)嚴(yán)格測(cè)量，采用全站儀精確放樣，尤其是四條輪廓線的放樣，測(cè)量的允許誤差均控制在規(guī)范規(guī)定的允許范圍。2)帽檐模板的安裝精確對(duì)位，符合設(shè)計(jì)要求，采用組合式對(duì)拉螺桿，可靠的鋼管支撐加固系統(tǒng)，液壓臺(tái)車作為支撐結(jié)構(gòu)，確保模板加固牢固。3)為防止帽檐模板變形，裝卸運(yùn)輸時(shí)嚴(yán)禁模板堆壓在一起。

7 安全控制措施

所有參與施工人員必須佩戴安全帽，高空作業(yè)人員還應(yīng)佩帶安全帶。

機(jī)械及照明用電應(yīng)由專職電工負(fù)責(zé)，非電工人員不得進(jìn)行任何用電作業(yè)。

攪拌機(jī)必須由專職司機(jī)操作，并應(yīng)勤檢查，勤維修，使機(jī)械始終處于良好的工作狀態(tài)。

吊裝帽檐模板時(shí)，要有安全員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，使用前要檢查鋼絲繩，始終堅(jiān)持先檢查后使用的原則。

表1 勞動(dòng)力組織

表2 主要機(jī)具設(shè)備表

8 與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果

1)方便機(jī)械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)，模板安裝簡(jiǎn)單，工效較高。

2)整體模板一次加固成形，確保了外觀尺寸的圓順美觀。

3)施工縫少，增強(qiáng)了明洞及洞門的防水性能。

［1］新建廈門至深圳鐵路廣東段站前重點(diǎn)工程．雙鷹頂隧道設(shè)計(jì)圖［Z］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2007．

［2］廈深鐵路潮汕至深圳段新建工程．雙線隧道洞門參考圖［Z］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2007．

［3］TB 10003-2005，鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．