整體式仰拱弧形模板在隧道施工中的應(yīng)用

王俊 周洋

【摘要】為提高隧道結(jié)構(gòu)耐久性，改善受力狀態(tài)，仰拱、填充分開澆筑一次性全幅施工，已經(jīng)成為隧道施工的基本要求，如何在保證質(zhì)量的前提下提高隧道仰拱施工速度保證步距達(dá)標(biāo)一直是困擾我們的難題，本文介紹清涼山隧道在工期緊、斷面大且要求步距達(dá)標(biāo)的條件下，利用現(xiàn)有資源對仰拱弧形模板進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，探討整體式仰拱弧形模板在隧道仰拱施工中使用的可行性，經(jīng)實(shí)踐證明，整體式弧形模板在隧道施工中比常規(guī)方法更快速、經(jīng)濟(jì)、合理。

【關(guān)鍵詞】隧道 仰拱 整體式仰拱弧形模板 施工流程 經(jīng)濟(jì)比選

前言

隨著高鐵客專隧道技術(shù)的發(fā)展，鐵路隧道施工的標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，特別是對隧道防排水施工和仰拱施工的要求越來越高，仰拱全幅施工、全幅灌注、仰拱與填充分開澆筑已經(jīng)成為隧道施工的基本要求。

在目前隧道機(jī)械化程度不是特別高的情況下，采取組合鋼模板施工的高標(biāo)準(zhǔn)客專隧道仰拱，困難極大，而且施工周期長，成本很難控制；同時(shí)，由于隧道隧底結(jié)構(gòu)長期處在地下水侵蝕的影響下及列車動(dòng)荷載作用下，極易受到破壞，并引起基底沉陷、道床翻漿冒泥等病害，影響運(yùn)營安全，所以客運(yùn)專線鐵路對隧道底部的強(qiáng)度要求更高，對仰拱的質(zhì)量要求也更高。本文主要考慮采用整體式仰拱弧形模板，將仰拱和邊墻基礎(chǔ)分段全幅施工，一次成形，不留縱向施工縫，從而使施工工藝達(dá)到設(shè)計(jì)要求；另一方面將加快施工進(jìn)度，確保安全步距，節(jié)約施工成本。

1工程概況

清涼山隧道位于秦嶺北麓低中山區(qū)陜西省戶縣境內(nèi)，隧道進(jìn)口位于戶縣環(huán)山公路旁方家東側(cè)約1km處，出口位于紙坊十岔溝內(nèi)，隧道整體埋深較大，最大埋深970m，隧道經(jīng)過曲峪、潭峪、皂峪、栗峪等溝谷，均有常年流水，其中曲峪溝和潭峪溝埋深較淺，分別為35m和77m。隧道洞身地表起伏較大，地表自然坡度40°～50°，分布有眾多基巖“V”型侵蝕谷，多為近南北向展布。

隧道起訖里程為DgK56+156～DgK68+709，全長12553m。隧道為雙線隧道。隧道進(jìn)口5278.289m位于R-8004.6的曲線上，出口6485.685m位于R-7000m的曲線上，其余段落位于直線上；縱坡為25‰的單面上坡。隧道進(jìn)口交通方便，施工場地開闊；出口有簡易公路通過，交通方便，場地條件一般。其余溝內(nèi)局部為砂石簡易公路，主要為人行便道，交通條件一般，場地地形條件較差。

2仰拱總體施工方案

清涼山隧道進(jìn)口圍巖中Ⅳ、Ⅴ級圍巖較多，根據(jù)《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10753-2010）第6.1.8條第4項(xiàng)，隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖封閉位置距離掌子面不得大于35m。施工對仰拱與二襯的步距有嚴(yán)格的要求，為了確保仰拱距離掌子面的要求滿足安全步距的要求。由于Ⅳ、Ⅴ級圍巖地質(zhì)條件較差，要求縮短仰拱施工的時(shí)間，仰拱開挖后必須及時(shí)封閉，仰拱與填充混凝土施工時(shí)必須嚴(yán)格分開澆筑，采用12米長的整體式仰拱弧形模板配套18米長仰拱鋼棧橋施工仰拱，確保了施工質(zhì)量，并提高了仰拱施工進(jìn)度、節(jié)約了施工成本。

3整體式仰拱弧形模板仰拱施工

3.1 施工工藝流程

整體式仰拱弧形模板仰拱施工工藝流程見圖1。

3.2 整體式仰拱弧形模板設(shè)計(jì)原理

整體式仰拱弧形模板主要由主梁、橫向懸臂梁、主梁豎向支腿、支腿橫撐、模板支架、曲面模板、橫向伸縮絲桿、豎向伸縮絲桿、葫蘆吊組成，見圖2。

3.2.1 模板支架

模板支架寬1.2m，長14.476m，高1.463m。模板支架由主梁、橫向固定絲桿裝置2部分組成。縱向、橫向、豎向主梁均采用I16型鋼，縱向主梁與曲面模板之間由伸縮絲桿鏈接。模板支架是整個(gè)移動(dòng)模架的支撐系統(tǒng)框架，能夠承受模架和部分外來豎向荷載。

3.2.2 曲面模板

曲面模板由上弧模（邊墻部分）和下弧模（隧底部分）采用絞座耳座鉸接而成，上弧模由一塊620cm×36cm的弧板和一塊600cm×36cm的弧板拼裝而成，下弧模由兩塊600cm*106.1cm的弧板拼裝而成。曲面模板是澆筑混凝土成型用的模板，要求其能保證結(jié)構(gòu)形狀尺寸準(zhǔn)確，且有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。其構(gòu)造見圖5。

圖5 曲面模板圖

3.2.3 模板支撐就位裝置

模板支撐就位裝置由橫向伸縮絲桿、豎向伸縮絲桿、葫蘆吊3部分組成。橫向、豎向伸縮絲桿包括絲桿和套筒，伸縮絲桿用來支撐、調(diào)節(jié)模板位置，承受灌注混凝土?xí)r產(chǎn)生的壓力和浮力。葫蘆吊用來脫模提升下弧模（隧底部分）。

3.3 整體式仰拱弧形模板關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 模板加工

模板支架、曲面模板均委外制作，在洞口拼裝完成后調(diào)至洞內(nèi)使用。見圖6。

圖6 仰拱弧形模板圖

3.3.2 模板就位與加固

隧底清渣及擋頭弧形模板安裝完成后，根據(jù)測量放樣的結(jié)果在擋頭模板前方采用挖機(jī)填筑支架平臺，并整平壓實(shí)；然后采用挖機(jī)將模板支架前支腿吊裝至前方平臺處，支架后支腿固定在已澆筑完成的填充混凝土上；最后由施工班組根據(jù)測量隊(duì)的交底，采用伸縮絲桿對曲面模板進(jìn)行精確的定位。

整體式仰拱弧形模架精確就位后，首先對支架進(jìn)行加固，在支座后支腿處采用沖擊鉆在已澆筑完成的混凝土上打眼，安裝鋼筋采用早強(qiáng)砂漿固定后與后支腿焊接成整體；同時(shí)，操作人員對橫豎向絲桿進(jìn)行調(diào)整將曲面模板就位至設(shè)計(jì)位置。曲面模板上下部利用下臺階和仰拱初期支護(hù)時(shí)預(yù)留的加固鋼筋，用鋼筋進(jìn)行斜拉加固，上下交錯(cuò)布置并同時(shí)進(jìn)行防排水和中心溝模板的安裝。

3.3.3 邊墻處混凝土的振搗

整體式仰拱弧形模板在加工時(shí)，為了防止曲面位置振搗不密實(shí)，在曲面模板表面安裝了附著式振搗器。為了使混凝土振搗密實(shí)，混凝土必須分層澆筑，每次澆筑厚度不宜超過30cm，振搗以插入式振搗為主，插入式振搗器移動(dòng)間距不能大于作用半徑的15倍，且插入下層混凝土深度為50-100mm，與側(cè)模模板間距為50-100mm。每個(gè)振點(diǎn)振搗時(shí)間宜為20-30s，振搗到混凝土表面出現(xiàn)灰漿和光澤，使混凝土達(dá)到均勻?yàn)橹梗乐惯^振或漏振。抽出振搗棒時(shí)要緩慢些，不得留有孔隙。不得用振搗棒放在混凝土內(nèi)平托和驅(qū)趕混凝土，也不得碰撞模板、鋼筋及預(yù)理件。插入式振搗完畢后，分別開啟附著式振搗器。

3.3.4 模板防變形技術(shù)

模架設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行嚴(yán)格的剛度和撓度的驗(yàn)算，并根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果選用相應(yīng)的材料進(jìn)行模架加工。由于仰拱移動(dòng)模架縱向長度較長，實(shí)際上會(huì)出現(xiàn)模板變形，在操作中采用伸縮絲桿來抵消其變形。拆模后在提升曲面模板時(shí)，在模架12m范圍內(nèi)安裝4個(gè)葫蘆吊，同時(shí)提升，從而保證曲面模板不變形。

在施工過程中要始終對模架進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。施工完畢后對模架上的混凝土及雜物進(jìn)行清理，然后松開所有伸縮絲桿和倒鏈，保證模架呈自然狀態(tài)，并對其進(jìn)行校正。

3.3.5 仰拱整幅施工防干擾技術(shù)

仰拱澆筑時(shí)，采用18米長簡易仰拱棧橋，可避免仰拱施工與其他工序之間相互干擾，仰拱棧橋與整體式仰拱弧形模板嚴(yán)格分離。并根據(jù)工程的實(shí)際進(jìn)展，配備足夠數(shù)量的仰拱棧橋和整體式仰拱弧形模板。

3.4 整體式仰拱弧形模板施工特點(diǎn)

1）施工簡單，可操作性強(qiáng)。

2）仰拱邊墻弧模剛度大，澆筑出來的混凝土線形順暢，施工質(zhì)量能得到有效的控制，可實(shí)現(xiàn)與拱墻襯砌無縫順接。

3）仰拱整體式弧形模板立模迅速，并節(jié)約大量鋼材。

4）采用多套仰拱棧橋和整體式仰拱弧形模板，在Ⅲ級圍巖段也可實(shí)現(xiàn)與掌子面進(jìn)度相匹配，提高施工進(jìn)度。

4 結(jié)論與討論

仰拱整體式弧形模板施工仰拱在施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本及工效方面都得到了很大提高，在大大節(jié)省了施工時(shí)間的同時(shí)，也為企業(yè)創(chuàng)造了更大的效益。但也存在著以下不足：

1）由于整體式仰拱弧形模板所占寬度較大，澆筑邊墻仰拱砼時(shí)罐車必須騎在棧橋上澆筑，對洞內(nèi)運(yùn)輸影響較大，在一定程度上影響了掌子面的施工進(jìn)度。

2）整體式仰拱弧形模板不能將整個(gè)仰拱整體式灌注，底部混凝土容易翻漿，造成仰拱厚度過大。

雖然此工法目前存在著一些缺點(diǎn)，但是和常規(guī)仰拱施工方法相比，仍然有很大的優(yōu)點(diǎn)，在以后的施工中應(yīng)不斷總結(jié)和完善，讓其更好地為工程服務(wù)。相信在以后的隧道仰拱施工中會(huì)不斷地發(fā)揮其優(yōu)勢，為公司和社會(huì)的發(fā)展增值。

參考文獻(xiàn)

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