小直徑隧道二次襯砌仰拱模板體系的設(shè)計(jì)與長(zhǎng)距離倒運(yùn)

余南山 許劍波 劉開(kāi)揚(yáng) 彭文韜

中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司 湖北 武漢 430073

隧道二次襯砌仰拱施工的質(zhì)量和效率主要受模板的設(shè)計(jì)、安拆及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響[1-2]，傳統(tǒng)二次襯砌施工方法是采用木模板加鋼管支撐的方式，但是在狹小的操作空間內(nèi)，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化施工，施工效率低下，且施工質(zhì)量難以保證，所以模板體系的選擇顯得尤為關(guān)鍵。本文重點(diǎn)研究了二次襯砌仰拱施工中模板體系的設(shè)計(jì)及施工工序的組織安排，總結(jié)了二次襯砌仰拱施工的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

武漢大東湖核心區(qū)污水傳輸系統(tǒng)工程主隧全長(zhǎng)17.5 km，包含9個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，最長(zhǎng)區(qū)間3.6 km。隧道斷面設(shè)計(jì)為厚25 cm預(yù)制管片＋厚20 cm的C40P12現(xiàn)澆鋼筋混凝土二次襯砌的疊合式襯砌，成形內(nèi)徑為3.0、3.2、3.4 m。二次襯砌先施工底部120°仰拱，再施工上部240°拱墻，如圖1所示。

圖1 二次襯砌斷面

2 仰拱模板體系設(shè)計(jì)

下面以隧道成形內(nèi)徑為3.0 m的二次襯砌仰拱施工為例進(jìn)行說(shuō)明。按照傳統(tǒng)模板體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，需采用弧形木模板＋方木次楞＋弧形雙鋼管主楞＋拉桿的結(jié)構(gòu)形式，布置如圖2所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算，一次澆筑120 m仰拱需要的主要材料如表1所示。

圖2 傳統(tǒng)模板體系

由表1可見(jiàn)，一次澆筑120 m的仰拱，在狹小洞內(nèi)需要進(jìn)行大量模板、方木及鋼管等材料的轉(zhuǎn)運(yùn)，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化施工，勞動(dòng)力投入多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低下。

表1 傳統(tǒng)模板主要材料配置

為了提高施工效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一套仰拱模板體系。仰拱模板體系主要由面板、法蘭盤(pán)、環(huán)向次楞、縱向主楞、縱向軌道、斜向支撐系統(tǒng)及蓋板組成。其中面板厚度6 mm，對(duì)應(yīng)圓心角126°；供小門吊和電動(dòng)平板車行走的軌道集成在模板上，采用P15鋼軌；斜向撐桿系統(tǒng)包括有銷筒、撐桿及限位銷軸，銷筒上設(shè)置有1個(gè)定位孔，撐桿上設(shè)置有2個(gè)限位孔，設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 仰拱模板平面示意

模板安裝利用小門吊輔助進(jìn)行，通過(guò)小門吊葫蘆移動(dòng)定位模板平面位置。為保證仰拱澆筑厚度，調(diào)整銷筒外露端長(zhǎng)度，同時(shí)將斜向撐桿插入銷筒，并利用限位銷軸與銷筒鎖死。平面位置及標(biāo)高均確定后立即將后裝模板法蘭盤(pán)與先裝模板法蘭盤(pán)通過(guò)螺栓連接牢固。

模板安裝完成后，立即采用鋼管支撐＋花籃螺栓進(jìn)行模板加固。鋼管支撐設(shè)置在縱向主楞或縱向軌道與初次襯砌之間，用于支撐豎向浮力；花籃螺栓設(shè)置在模板兩側(cè)與預(yù)留鋼筋之間，用于抵抗不對(duì)稱澆筑時(shí)的水平荷載。

通過(guò)對(duì)仰拱模板進(jìn)行有限元分析計(jì)算，仰拱模板變形主要為整體拱起變形，最大豎向位移出現(xiàn)在跨中，變形及應(yīng)力均滿足要求。根據(jù)計(jì)算可知，壓桿的軸向壓力小于容許軸向壓力，符合要求。

采用定制鋼模進(jìn)行施工，一次澆筑120 m的仰拱只需使用寬1 200 mm、弧長(zhǎng)3 299 mm的DN3 000鋼模100塊，每塊鋼模的質(zhì)量為619.5 kg。

3 仰拱模板倒運(yùn)技術(shù)

單塊鋼模質(zhì)量大，需采用機(jī)械配合進(jìn)行倒運(yùn)?？紤]到單次仰拱施工距離長(zhǎng)，單次倒運(yùn)模板多達(dá)100塊，故采用一首一尾2臺(tái)小門吊負(fù)責(zé)安拆，中間平板車用于倒運(yùn)，小門吊及電動(dòng)平板設(shè)計(jì)如圖4、圖5所示。

圖4 仰拱模板吊裝小門吊

圖5 仰拱模板轉(zhuǎn)運(yùn)小車

本工程仰拱模板體系支模及倒運(yùn)施工流程如下：

1）洞口二次襯砌第一模（長(zhǎng)120 m）鋼筋綁扎完成后，在井下鋪設(shè)軌道安裝第1臺(tái)小門吊，通過(guò)小門吊將模板吊至洞口進(jìn)行安裝。待小門吊隨仰拱模板安裝完全進(jìn)入洞內(nèi)后，再將電動(dòng)平板車吊裝下井進(jìn)行模板轉(zhuǎn)運(yùn)，首臺(tái)小門吊僅負(fù)責(zé)洞內(nèi)安裝。待首模仰拱模板安裝完成并澆筑混凝土后，再安裝第2臺(tái)小門吊進(jìn)行模板拆除轉(zhuǎn)運(yùn)。

2）當(dāng)仰拱養(yǎng)護(hù)完成后，立即將模板轉(zhuǎn)運(yùn)至下一模進(jìn)行支模，模板轉(zhuǎn)運(yùn)由洞口向洞內(nèi)依次進(jìn)行。利用靠近洞口的小門吊將本節(jié)段處的最靠近洞口的仰拱模板吊起并進(jìn)行清理，每次起吊1塊，旋轉(zhuǎn)90°通過(guò)小門吊后，再旋轉(zhuǎn)90°放置在電動(dòng)平板車上，電動(dòng)平板車裝載2塊模板后運(yùn)輸至遠(yuǎn)離洞口的小門吊處，遠(yuǎn)離洞口的小門吊將電動(dòng)平板車仰拱模板吊起，旋轉(zhuǎn)90°通過(guò)小門吊后，再旋轉(zhuǎn)90°，涂刷脫模劑后進(jìn)行安裝。為方便小門吊的站位及不影響下一模仰拱澆筑，每次需少拆4塊和多安裝4塊仰拱模板。

二次襯砌仰拱模板采用定制鋼模體系，從模板的吊裝安拆到模板的倒運(yùn)均收到較好的效果。一個(gè)循環(huán)的仰拱從拆除、轉(zhuǎn)運(yùn)到安裝只需1.5 d（3個(gè)班），模板轉(zhuǎn)運(yùn)單班勞動(dòng)力投入僅為7人，較傳統(tǒng)施工方法減少了勞動(dòng)力投入，且減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，仰拱施工工效達(dá)到每模（長(zhǎng)120 m）2.5 d，與傳統(tǒng)模板體系相比，僅一個(gè)區(qū)間就為項(xiàng)目節(jié)約工期約3個(gè)月。從施工質(zhì)量來(lái)看，仰拱成形面密實(shí)平整、整圓度高，滿足施工質(zhì)量要求。通過(guò)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，定制仰拱模板使用為項(xiàng)目節(jié)約了成本，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

大東湖深隧項(xiàng)目在二次襯砌施工過(guò)程中，受到隧道凈空和工期壓力的影響，摒棄傳統(tǒng)施工方法，另辟蹊徑，成功將小門吊、電動(dòng)平板車與定制鋼模相結(jié)合，提高了仰拱的施工效率，先行施工的仰拱為后續(xù)大范圍施工組織提供底部通行條件。仰拱模板體系的成功運(yùn)用，為項(xiàng)目節(jié)約了工期，減少了勞動(dòng)力投入，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，并且保證了施工質(zhì)量，其相關(guān)思路和技術(shù)措施可供類似二次襯砌施工參考。