多種特殊襯砌類型下模板臺架的設(shè)計與使用

任曉琴

(中鐵十二局集團第二工程有限公司,太原 030032)

當前鐵路隧道通常會在隧道內(nèi)設(shè)計有絕緣錨段和非絕緣錨段襯砌,類型多以下錨和隔離開關(guān)段出現(xiàn),長度大多為 3～5 m。這給隧道襯砌施工提出了很多新的問題,如何能夠突破傳統(tǒng)施工方法的瓶頸,尋找新的簡便的解決辦法,需要在隧道施工過程中摸索和探討,在老東山隧道施工中通過采用多變式模板臺架,成功地解決了這一問題并取得了很好的施工效果,有一定的推廣價值。

1 工程概況

老東山隧道為單洞雙線隧道,按 160 m/km客貨共線設(shè)計,并預留 200 m/km客貨共線條件。隧道全長 7 578 m,襯砌類型共有 14個、12種襯砌斷面;其中錨段和隔離開關(guān)段襯砌共有 4種類型、10種斷面。

2 模板臺架技術(shù)要求

(1)臺車龍門架應設(shè)計略呈“八字形”,節(jié)點處應做加強處理。整個臺車要有足夠的強度、剛度;確保使用過程中不發(fā)生變形。

(2)臺架走行軌道采用 43kg/m鋼軌,軌距 7.3 m。

(3)枕木底在內(nèi)軌頂面下 57 cm,枕木高按 20 cm、鋼軌高 14 cm考慮,其他尺寸應按照確保使用方便而設(shè)計。

(4)簡易臺車的結(jié)構(gòu)尺寸必須要同時滿足整個隧道所有襯砌斷面模拱的縱向和橫向支撐要求,同時在每組二襯施工完畢后通過調(diào)整橫向尺寸滿足已完普通段二襯的凈空通過問題。

(5)該臺車應加工為以外力拖動行走機構(gòu)帶動臺車行走,利用螺旋千斤頂調(diào)整模板到位和收模的隧道混凝土成型機械設(shè)備。

3 模板臺架設(shè)計方案

根據(jù)老東山隧道的圍巖地質(zhì)情況和襯砌類型的種類等特點,普通段襯砌采用加工大斷面襯砌臺車完成;特殊段落襯砌采用模板臺架完成。由于絕緣錨段的關(guān)系,下錨段之間的一般錨段襯砌長度無法調(diào)整,經(jīng)過分析,模板臺架的設(shè)計種類原則上有:Ⅴ級圍巖抗震設(shè)防下錨段、Ⅴ級圍巖抗震設(shè)防一般錨段、Ⅴ級圍巖抗震設(shè)防隔離開關(guān)段、Ⅴ級圍巖下錨段、Ⅴ級圍巖一般錨段、Ⅴ級圍巖隔離開關(guān)段、Ⅳ級圍巖下錨段、Ⅳ級圍巖一般錨段、Ⅳ級圍巖隔離開關(guān)段、Ⅲ級圍巖下錨段 10種;模板按照可伸縮調(diào)試長度和寬度進行綜合設(shè)計(同時可實現(xiàn) 3、4、5 m不同長度段的二襯施工);為了減少成本開支,經(jīng)過綜合分析對比決定,以下錨段凈空斷面加工一套基礎(chǔ)模拱,同時要考慮 2種加寬(70、50 cm),通過在基礎(chǔ)模拱上增加相應的加寬塊來解決隔離開關(guān)段和一般錨段的二襯施工。由此可以實現(xiàn)加工 1套模拱解決全隧 112m不同加寬值的下錨段、一般錨段和隔離開關(guān)段二襯施工的問題。模板設(shè)計形式如圖1。

4 模板臺架主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

臺車由拱架總成、托架總成、平移機構(gòu)、門架總成、從動行走機構(gòu)、側(cè)向支承千斤頂、托架支承千斤頂、門架支承千斤頂?shù)冉M成。

圖1 模板形式(單位:mm)

(1)拱架總成:本臺車為曲邊墻結(jié)構(gòu),拱架由上拱架、下拱架組成。各榀拱架通過連接梁及托架總成連成整體,拱架外拼裝 3010型小模板,縱向由 4、5、6節(jié)分別組成 3、4、5m襯砌厚度,模板之間由螺栓連接。

(2)托架總成:托架總成要承受澆筑時上部混凝土及模板的自重,它上承模板、下部通過支承千斤頂傳力于門架。立柱采用 I16型鋼,橫梁采用 I22b型鋼,縱梁采用 2塊鋼板焊接而成的工字形梁。

(3)平移機構(gòu):本臺車平移機構(gòu)前后各 1套,它支撐在門架邊橫梁上。平移小車上的豎向螺旋千斤頂與托架縱梁相連,通過千斤頂?shù)氖湛s來調(diào)整模板的豎向定位及脫模,其調(diào)整行程為 200 mm;而水平方向上的千斤頂用來調(diào)整模板的襯砌中心于隧道中心是否對中,左右可調(diào)行程為 100 mm。

(4)門架總成:門架是整個臺車的主要承重構(gòu)件,它由橫梁、立柱及縱梁通過螺栓連接而成,各橫梁及立柱間通過連接梁及斜拉桿連接。臺車的主要結(jié)構(gòu)件由鋼板焊接制造而成,整個門架保證有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。

(5)行走機構(gòu):行走機構(gòu)為 4套從動走輪組構(gòu)成,它們連接在門架縱梁上。臺車行走由外力拖動,行走輪直徑為 300 mm;

(6)側(cè)向螺栓千斤頂:安裝在門架上的螺栓千斤頂用來支承、調(diào)節(jié)模板位置及模板脫模,承受灌注混凝土時產(chǎn)生的壓力。螺栓直徑為 60 mm,其調(diào)整行程為200mm。

(7)托架支承千斤頂:它主要為改善澆筑混凝土時托架縱梁的受力條件,保證托架的可靠和穩(wěn)定。螺桿直徑為 80 mm,其調(diào)整行程為 200 mm。

(8)門架支承千斤頂:它連接在門架縱梁下面,臺車工作時,它頂在軌道面上,承重臺車和混凝土的質(zhì)量,改善門架縱梁的受力條件,保證臺車工作時門架的穩(wěn)定。螺栓直徑為 80 mm,其調(diào)整行程為 100mm。

5 二襯施工方案

特殊段落(Ⅲ級、Ⅳ級或Ⅴ級圍巖下錨段、隔離開關(guān)段、一般錨段)二次襯砌的施工應包含兩部分的內(nèi)容,即兩端封堵墻的施工和錨段或隔離開關(guān)段本身的二次襯砌施工。

5.1 兩端封堵墻的施工

根據(jù)設(shè)計文件,封堵墻作為正洞與特殊段襯砌之間的過渡部分,為直接變化斷面,不存在漸變的過程,這樣,封堵墻可利用正洞襯砌臺車端頭進行加固、支撐、進而灌注混凝土。具體施工步驟如下。

(1)準確計算出特殊段二次襯砌端頭到封堵墻之間的距離(以老東山隧道進口 DK947+630～DK947+633一般錨段為例),襯砌封堵墻端頭里程為 DK947+630;在襯砌臺車到達前,要及時調(diào)整正洞二襯混凝土的灌注長度,確保襯砌臺車在與該位置相接的最后一板襯砌混凝土對位時,端頭里程控制在 DK947+630。

(2)襯砌臺車在該里程正常對位,置經(jīng)緯儀于DK947+630撥法線方向,在初期支護上定出一系列法線方向點,作為擋頭板方向的控制點,也就控制了封堵墻的方向。

(3)自下而上安裝擋頭板。擋頭板采用5cm厚木板,外加橫撐,橫撐外以斜撐頂緊,保證不跑模。

本方法總結(jié)為一句話,也就是用漸變的大擋頭板作為封堵墻的外模板進行加固施工。

5.2 特殊段二次襯砌混凝土的施工

特殊段二次襯砌施工是在封堵墻已施作以后的基礎(chǔ)上進行的。根據(jù)以往的經(jīng)驗,該類襯砌應采用小模板進行混凝土灌注施工,小模板尺寸采用 100 cm×30 cm、120 cm×30 cm和 150 cm×30 cm三種配套使用。具體施工方法如下。

(1)特殊段初期支護施工完畢之后,及時進行仰拱及填充施工,施工方法同正洞施工。

(2)安裝透水管并鋪掛防水層、完成鋼筋安裝,一次安裝長度為 3、4 m或 5 m。

(3)按照設(shè)計圖紙進行測量放樣,定出隧道中線和模拱邊線點并測出高程,根據(jù)模拱加工技術(shù)交底書對測量放樣成果進行計算并進行交底,確定模拱實際安裝位置和尺寸。

(4)調(diào)整對位模板臺架,將臺架中軸線與隧中重合;模拱的安裝間距為 1.0、1.2 m或 1.5 m不等,模拱之間采用 φ22 mm螺紋鋼連接筋焊接加固;同時對模拱與簡易臺車進行連接加固,確保整體受力。

(5)模拱與簡易臺車之間采用型鋼或方木支撐于模拱內(nèi)沿,另一端支撐于簡易臺車外沿;為防止滑移,采用在簡易臺車兩側(cè)端頭之間焊接通長型鋼,這樣另一側(cè)支撐于該型鋼上即可。

(6)支撐加固結(jié)束之后,安裝小模板,小模板安裝采用全斷面安裝,預留進漿口也就是提前取出一塊鋼模。進漿口預留(進漿口層可采取木板進行調(diào)節(jié))同襯砌臺車窗口位置、數(shù)量基本一致,待混凝土灌注到該位置時,再行安裝,四周用卡扣再次卡住。封頂時采用拱頂某塊小模板上焊接進漿管,灌注混凝土,焊接方式同襯砌臺車拱頂灌注孔。

(7)待混凝土強度達到設(shè)計強度的 70%之后,拆模,前行襯砌臺車重新進行下一板混凝土的施工。

5.3 施工注意事項

(1)每個工作循環(huán)完成后,檢查各連接螺栓是否松動,鋼銷是否可靠,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(2)每次立模時,要切實安裝好所有撐地螺旋千斤頂,否則,灌注過程中會造成模板變形或跑模。

(3)灌注時,左右邊模應對稱灌注,保證臺車受力平衡,兩側(cè)混凝土面高差不得大于 500 mm。

(4)灌注頂模過程中,要隨時觀察混凝土是否注滿,注滿后要及時停止灌注,否則會造成模板的變形。

(5)灌注時,如實際襯砌厚度超過設(shè)計許可厚度時,要對門架結(jié)構(gòu)及有關(guān)支撐進行必要的加強。

(6)灌注時,混凝土升高速度不得超過 1.2m/h。

6 使用多變式襯砌模板臺架與傳統(tǒng)襯砌方法施工的比較

簡易臺車配合模拱及小模板施工特殊段襯砌的方案在施工時簡便易操作,能很好地控制外觀質(zhì)量,解決傳統(tǒng)襯砌方法導致的二襯外觀質(zhì)量差、偏差大等問題,同時能縮短單板混凝土施工的時間,近而能節(jié)約勞動力,降低施工成本。簡易臺車是門架式,其下凈空能滿足施工車輛正常通行,所以,特殊段襯砌施工時不影響其他車輛及工序施工,較之傳統(tǒng)方案又能節(jié)約一大部分成本。另外,簡易臺車操作時較腳手架安全。由此可見,既提高了混凝土施工質(zhì)量,確保了施工安全,又加快了二襯施工速度,取得了良好的施工效果和顯著的經(jīng)濟效益。

施工效果比較見表1,經(jīng)濟效益見表2。

表1 施工效果

表2 經(jīng)濟效益

7 結(jié)語

通過統(tǒng)計匯總老東山隧道各種襯砌斷面形式和相關(guān)尺寸并統(tǒng)一進行綜合的分析和考慮,創(chuàng)造性地提出采用多變式模板臺架解決多種襯砌類型下的二襯混凝土施工難題;模板臺架的應用大大提高了隧道特殊段落二襯的施工速度和外觀質(zhì)量,節(jié)約了施工成本;有效規(guī)避了傳統(tǒng)做法中耗費大量人力物力、功效不高、外觀質(zhì)量差等問題;模板臺架設(shè)計和使用的思路可以延伸到更多的地下工程中使用,值得推廣。

[1] 鐵建設(shè)[2005]160號,客運專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收暫行標準[S].

[2] DBJ04—253—2007,建筑工程施工安全管理標準[S].

[3] TZ214—2005,客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[4] 鐵道部第二工程局.鐵路工程施工技術(shù)手冊[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[5] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2003.