隧洞仰拱滑模施工技术应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

隧洞仰拱滑模施工技术应用

发表时间：2021/4/12 来源：《基层建设》2020年第32期作者：华永超

[导读] 【摘要】近年来，随着我国科技力量的不断进步，建筑行业施工设备的不断革新、工艺水平的不断提升，社会对质量不断追求高标准的要求，因而施工过程的质量控制同样引起了人们的重视。

        中国水电建设集团十五工程局有限公司陕西咸阳 712000
        【摘要】近年来，随着我国科技力量的不断进步，建筑行业施工设备的不断革新、工艺水平的不断提升，社会对质量不断追求高标准的要求，因而施工过程的质量控制同样引起了人们的重视。引汉济渭工程是陕西省自建国以来最大的水利项目，目前我局中标秦岭隧洞椒溪河勘探试验洞单头掘进4387m，为该线路中爆破施工单头掘进最长洞段。然而受施工外部环境干扰，进入洞室施工延迟，因此进度控制对本项目来说至关重要，提高施工进度的同时，施工质量也应有所保证。传统的仰拱钢模台车受脱模时间的制约，施工速度不易提高，相比之下滑模方案较为理想。通过对隧洞仰拱滑模施工技术的研究，实现隧洞仰拱采用滑模施工工艺，达到质量可靠、施工高效、易于操作、成本较低，为同类工程施工提供参考。
        【关键词】隧洞仰拱滑膜技术
        1.工程概况
        引汉济渭秦岭隧洞（越岭段）椒溪河工区勘探试验洞主洞长6592m，其中进口方向2529m，出口方向4063m，综合坡比1/2527；采用钻爆法施工，现浇混凝土衬砌，马蹄型洞段。椒溪河支洞洞口位于椒溪河右岸黄泥嘴，支洞与主洞交汇里程为K2+575，为无轨双车道施工支洞，平距324m，斜长325.88m，综合坡比11.3%，城门型洞段。
        椒溪河支洞IV类围岩进行混凝土衬砌，衬砌厚度为30cm，III类围岩只进行初期支护；主洞全部用混凝土衬砌，衬砌厚度与围岩分类和地质情况有关，III类围岩衬砌厚度为30cm，IV类围岩衬砌厚度为40cm，V类围岩衬砌厚度为45cm，隧洞穿过木耳沟及椒溪河浅埋段设衬砌加强，加强段衬砌厚度均为1m。
        2.主要技术措施
        2.1理论分析计算
        隧洞仰拱混凝土滑模施工理论分析计算主要包括仰拱模板浮托力计算，滑模最小配重计算、滑模牵引力计算。
        （1）底拱模板浮托力（取单块模板进行计算）
        P1=Pn×B×W×L
        =5×0.5×1.5×5.4
        = 20.25KN
        其中 P1—模板浮托力（KN）；
        Pn—模板受浮面水平投影面积每平方米承受的浮托力，取Pn =5 KN/㎡；
        W—模板的宽度， W=1.5m；
        L—模板水平投影长度，L=5.4m；
        B—混凝土浇筑层厚度，B=0.5m。
        （2）滑模的最小配重
        根据《滑动模板施工技术规范》知：
        G1+G2≥P1，即G1+G2≥20.25KN。
        其中 G1—滑模的自重，G1=12.5KN；
        G2—滑模的配重（KN）。
        于是得滑模最小配重为：
        G2= P1- G1
        =20.25-12.5
        =7.75KN
        如果采用编织袋装砂作配重，每袋重力按0.75KN计，需要沙袋n袋，即：
        n=7.75÷0.75≈10.3（袋），取n=11（袋）。
        故每块模板上需加11袋砂作配重。
        2.2模板设计
        仰拱滑模全长3m，共由2段长度为1.5m的定型模板通过螺栓连接而成。
        滑模大致由几个部分组成：
        （1）模板：模板采用定制钢模，板面厚10mm，单块模板宽度为1500mm，模板间采用螺栓连接形成整体，单块模板重力约12.5KN。
        （2）模板模架：模架材料选用16号工字钢经加工形成桁架结构，再通过螺栓与模板连接，使模板达到足够的刚度。全部滑模及模架重力约30KN。
        （3）抗浮配重块：为避免滑模在混凝土浇筑时上浮而增加的物件。采取在模架上放置沙袋。
        （4）牵引系统：在模架上安装一台2t慢速卷扬机，作滑模向前滑行的动力。
        （5）限位装置：采用14a型槽钢固定于模板两侧，对模板运行过程中进行限位控制。
        （6）振捣：每块模板分别安装2个附着式平板振捣器，梅花形布置，并配合插入式振捣器。
        根据模板设计尺寸，得滑模模板牵引力计算如下：
        T=（F×A+ G×Sinα+f1︱G×Cosα-P︱）×K
        =（0.5×18.06+54×0+0.5×︱54×1-2×20.25︱）×2
        =31.56(KN)
        其中T—模板的牵引力（KN）；
        F—模板与混凝土的粘接力，取F=0.5（KN/㎡）；
        A—模板与混凝土接触面积，A=18.06（㎡）；
        G—模板总重量（包括配重和施工载荷），G=54KN；
        α—模板倾斜角度，α=0°；
        f1—浇混凝土与模板间摩擦系数，取f1=0.5；
        P—混凝土的总上托力，由图2可知：P=2×P1；
        K—安全系数，取K=2。
        （4）牵引卷扬机的选择：
        由T=31.56(KN)可知，选用一台2t的JS慢速卷扬机，牵引钢丝绳通过两组5t三轮滑轮组可得40KN牵引力，即可满足牵引要求，牵引速度也可以降低六倍。

        图1为仰拱混凝土衬砌施工的立面示意图
        图1-1滑模模板与已浇筑拱墙接触部位细部图
        图2为仰拱混凝土衬砌施工的平面示意图
        图3为滑模模板示意图
        图4为滑轮组绕绳、连接方式示意图
        2.3施工步骤
        通过椒溪河上游仰拱滑模施工，总结出仰拱滑模施工步骤如下：
        步骤一、滑模滑行轨道部位整平处理：在已浇筑成型拱墙与模板的接触部位，使用角磨机进行打磨；减小模板滑行过程中的摩擦力。
        步骤二、滑模定位：使用高精度测量仪器对滑模模板进行定位，并在拱墙混凝土上标记出滑行边界限，在距边界线一定位置，人工使用电钻每隔1~1.5m钻孔，安装φ22钢筋桩，固定槽钢对模板进行限位控制，并计算混凝土浇筑过程中模板的浮托力，增加相应的配重；采用槽钢对模板进行限位控制，保证模板在滑行过程中中线不偏移。
        步骤三、连接模板滑行动力装置：在模板中间部位固定卷扬机，使用钢丝绳将模板和卷扬机通过滑轮组进行连接（动滑轮端连接模板，定滑轮端连接装载机，钢丝绳自由端连接卷扬机）；利用滑轮组省力原理，可以减小卷扬机的选用型号，减小施工限制条件；并且可以控制模板滑行速度，保证浇筑过程中混凝土一次成型，提高表面质量。设在滑模前方卷扬机钢丝绳的定滑轮要在隧洞的中心线上，卷扬机的钢丝绳滚筒的中心与滑模的中心重合。
        步骤四、混凝土浇筑：在仓面经过验收合格后，使用混凝土输送泵进行入仓，人工使用插入式振捣棒振捣密实，待浇筑2m约长度，堆料高度高于模板表面（最低点）5~10cm后，转向模板两侧补料口（长*宽*高=50cm*50cm*50cm）入料并振捣，待补料口堆满混凝土后模板开始滑行，滑行过程中开启平板式振捣器，并将插入式振捣器深入补料口进行振捣，每次滑行距离约50cm；
        因混凝土具有流动性，在浇筑过程中，若堆料高度与最高点相同，则滑模滑行需要很大的牵引力，进而对于模板的刚度、钢丝绳和牵引设备的规格型号要求过高；若堆料高度过低，则两侧混凝土难以饱和，不能一次成型，本发明中，在模板两侧最高点设置补料口，降低了仓面内的混凝土堆料高度，减小了模板滑行所需要的牵引力，同时还保证了仰拱混凝土一次成型。本实施案例中，入料孔口尺寸为长*宽*高=50cm*50cm*50cm，仓面内堆料高度高于模板表面最低点5~10cm，混凝土坍落度控制在120~160。滑模滑行一次性不宜过大，滑动要勤，滑动距离要短，一般按每10～15分钟滑动一次，滑动距离控制在50～60cm之内为宜。
        步骤五、混凝土表面人工精平：经过滑模滑行成型后的混凝土表面，采用人工进行抹面、精平，达到光洁效果。完成整个仰拱衬砌滑模施工过程。人工收面为两次，在浇筑过程中，使用木抹子和铁末子先进行一次收面，第二次收面时间为混凝土初凝前20分钟进行，达到光洁效果。
        通过椒溪河隧洞仰拱滑模施工技术研究，对于“先拱墙后仰拱”的仰拱滑模施工，相比于传统仰拱台车，减小了施工成本的投入，加快了施工进度，提高了混凝土表观质量。
        3.结束语
        椒溪河隧洞仰拱滑模施工技术的研究实现隧洞仰拱采用滑模施工工艺，达到质量可靠、施工高效、易于操作、成本较低，为同类工程施工具有参考价值。
        参考文献：
        [1]糜棱岩断层带引水隧洞关键施工技术研究[D]. 王金玉.西南交通大学 2017