李睿
中国铁建投资集团有限公司
摘 要：以合铜高速西塔隧道仰拱施工为背景，探讨黄土隧道边基选用支架弧形模板实用性，以及对仰拱线型质量控制方法和施工技术。利用现有资源对仰拱矮边墙弧形模板进行自行设计，有效提高了仰拱及衬砌结构的整体性，降低了工作量、简便了施工、提高了仰拱混凝土的外观质量。
关键词：矮边墙；弧形模板；质量控制
0引言
仰拱是隧道衬砌支护体系重要的组成部分，仰拱的支护性能与隧道衬砌整体支护体系有着密切关系。仰拱结构包括仰拱和仰拱填充2部分，仰拱是隧道底部设置的与上部衬砌闭合成环、能够约束围岩变形、增加围岩稳定性的反拱形结构。隧道仰拱病害诸如仰拱鼓起开裂、衬砌结构破坏、路面翻浆冒水等，进而影响运营安全和隧道的稳定。边基作为仰拱和隧道边墙的连接部位，对其线型和质量控制是目前施工技术的难点，也是当前如何提高仰拱施工效率，实现仰拱与仰拱填充的分层施工、有效控制质量一项技术研究课题[1]。为此仰拱边基弧形模板和施工技术是保证仰拱施工质量的前提。
1.工程概况
西塔隧道是合阳至铜川高速公路的重点控制性工程，隧道设计为双线分离式隧道，左线起讫桩号ZK136+650-ZK138+990，全长2340m，右线起讫桩号K136+775-K139+055，全长2280m，均属于长隧道。西塔隧道属残塬沟壑地貌，地形起伏不大，海拔高程在1058～1210.5m， 隧道探孔表明未发现明显地下水脉，最大埋深155m,最小圆曲线半径1300m,最大圆曲线半径3200m，左右线洞内路面均为-1.6%下坡， V级围岩主要为离石黄土，其中洞口段S-Va级为浅埋段，IV围岩主要为砂岩地层，局部有泥质夹层。
2.弧形模板在黄土隧道中的应用
2.1边基支架弧形模板设计
边基支架弧形模板由支架系统、丝杆调节系统、弧形钢模等组成。其特点是，弧形模板采用可调节丝杆与纵向支架连接，纵向支架由配重大梁和起吊架组成，通过可调节丝杆定位弧形模板，弧形模板采用6×2.5m钢模板，单模宽度1米，厚度4mm，丝杆纵向间距2米，在模板弧形纵向设置每个0.64米设置横梁。其中大梁和丝杆的选用计算如下：
2.1.1大梁选取
梁上的荷载为：q=FL=26.4×0.8=21.12KN/m
F-混凝土的侧压力
L-横梁之间的最大水平距离
横梁实际需要的荷载为21.12KN/m×1.2=25.34KN/m
通过对工字钢的承重荷载对比分析，最终选定采用I40a工字钢作为支架主体材料。
2.1.2丝杆选取
丝杆承受的压力为
P=F.A=26.4×0.25×1.96×0.64=8.28kN
式中 P—模板顶杆承受的压力（kN）；
F—混凝土的侧压力（N/m2），计算为26.4kN/m2；
A—模板顶杆分担的受荷面积（m2），其值为A=a×b；
a—模板顶杆的横向间距（m）；
b—模板顶杆的纵向间距（m）。
丝杆承受的拉应力为
σ=P/S=8.28×103/3.14×7×10-4=3.8MPa<[σ]=130MPa
式中S—拉杆的截面积,πd2/4m2。
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2.2边基支架弧形模板施工线型控制
2.2.1边基支架弧形模工作原理
通过可调节丝杆与大梁连接作为边基弧形模板的支架，模板间通过螺栓连接拼装成一个整体，并在弧形模板纵向设置纵梁增加模板的刚度，在浇筑过程中由模板自重和支架系统来抵抗上浮力。仰拱中部弧形半径大，无需设置模板控制线型，混凝土自仰拱中部向两侧浇筑，通过设计低塌落度混凝土和浇筑速度控制仰拱弧形，浇筑至模板下缘后，混凝土从边基顶部入仓浇筑，仰拱混凝土强度达到要求后，通过缩短丝杆长度，采用大梁上手拉葫芦提升模板来达到拆模的目的，仰拱填充浇筑完成后，利用大梁吊装架吊装至下一组仰拱处。
2.2.2施工工艺
隧底开挖及清理→仰拱栈桥吊装→工字钢安装→仰拱喷射砼→砼养护→防排水施工→绑扎仰拱衬砌钢筋→支架模板吊装→安装止水带→浇筑仰拱砼→砼养护→立仰拱填充模板→仰拱填充混凝土施工→砼养护
2.2.3仰拱边基支架弧形模板施工工艺
(1)仰拱初支混凝土施工完成后，先测量放样，确定仰拱端头位置、边基内侧边线位置及边基混凝土顶面标高，安装仰拱端头模板及止水带并加固。
(2)安装边基土工布及防水板，纵环向排水管安装。
(3)根据测量放样点位，通过支架弧形模板大梁起吊架吊装至设计位置。
(4)吊装至设计位置后，开始通过手拉葫芦降低模板至边基处，将丝杠安装至弧形模板上，通过调节丝杠长度进行精确定位。
(5)安装边基纵向止水带，再次进行测量复核弧形模板位置，准确无误后进入下道施工程序。
(6)报检合格后进行仰拱混凝土浇筑，浇筑至边基位置时暂停约0.5h后再浇筑边基混凝土。
(7)待混凝土强度满足要求后，缩短丝杆长度，拆除丝杆与模板连接，利用手拉葫芦提升模板，使弧形模板与混凝土面分离，确保模板最低点位置在仰拱填充面以上。
(8)安装仰拱填充模板，浇筑仰拱填充层混凝土，仰拱填充采用整体式一次性浇筑完成，仰拱填充层收光抹平。
(9)填充混凝土强度满足设计要求后，拆除仰拱填充端模，吊装边基支架弧形模板至下一循环。
3质量控制技术
3.1边基弧形模板质量控制
仰拱边基弧形模板必须具有足够的强度和刚度，进场后必须经检查验收且验收合格后方可使用[3]。进场材料应具有出厂合格证或材质报告，并经试验室检验合格后方可使用。仰拱施工前应编制专项作业指导书、技术交底，并对现场作业人员进行培训考核，考核合格后方可上岗。所有操作人员必须严格按技术交底内容执行，要求特种作业人员必须持证上岗。严格执行规范、标准，按设计要求进行控制施工，把施工质量放在首位，精心管理、精心施工，确保施工质量。合理配备施工机械，做好机械设备的定期保养，使机械设备处于良好的工作状态。建立质量保证体系，使施工过程中的每一道工序，每一个部位都处于受控状态。
3.2仰拱质量控制
仰拱施作采取防干扰临时栈桥做为通道，以保证掌子面正常施工。Ⅴ级及以上围岩仰拱每循环开挖长度不得大于3m，不得分幅施作；仰拱与掌子面的距离：Ⅳ级围岩不得超过50m，Ⅴ级围岩不得超过40m；仰拱及填充施工方法如下:
1)仰拱底部设有初期支护地段首先施作初期支护，然后施作仰拱及填充。仰拱砼及填充砼施工时砼采用洞外集中拌合，砼运输车运送砼至浇筑地点，插入式振动棒振捣；模板为钢模板。填充采用定型加长模板，分左右幅施工。
2)对要施工地段仰拱的基底先进行清理，然后立模进行混凝土浇筑。仰拱浇筑由中心向两侧对称施工，利用自制滑槽下料，混凝土采用插入式振捣器，保证混凝土施工质量。
3)浇筑仰拱及隧道填充混凝土时，采用运输车将混凝土运至仰拱平台，向中间及两侧倾倒，或直接用混凝土输送泵送至仰拱模板内。采用人工摊铺混凝土，插入式振动棒振捣。仰拱混凝土入模采用自制溜槽，分层均匀下料，插入式振动棒振捣，表面采用滚杠及铝合金刮尺整平，木抹收面，确保表面平整、粗糙，横坡、纵坡与设计一致。
4)混凝土浇筑完毕后，进行自然养护或洒水养护，达到可以通行运输车辆的强度，然后拖移平台进入下一个仰拱施工。
4边基线型质量控制效果
通过边基支架弧形模板的应用，仰拱边基混凝土质量密实度得到提高，线型顺畅，取得了良好效果，显著提升仰拱施工质量的设计初衷。
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5结语
支架弧形模板技术简单，可进行现场制作，材料因地制宜。施工方便、灵活机动、有利于现场施工组织安排，支架弧形模板配合简易仰拱栈桥可进行仰拱衬砌多作业面平行施工。
当前隧道仰拱与仰拱填充实现分开浇筑，这对仰拱施工又提出了更高的技术要求。从工程应用实施效果表明，边基支架弧形模板的应用，有效提高了仰拱及衬砌结构的整体性，降低了工作量、简便了施工、提高了仰拱混凝土的外观质量，表明边基支架弧形模板可在同类工程中推广应用。
参考文献：
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施工中的应用[J].中国建筑金属结构，2013（15）：117-118.
[3]赵广平.新型组合弧形钢模板在高速铁路隧道仰拱整幅施工中的应用[J].隧道建设，2010（12）：15-18.
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[6]靳跃进.铁路隧道仰拱施工控制[J].山西建筑,2009,(6):340-341..
作者简介：李睿，男，1995年1月，甘肃陇南，单位：中国铁建投资集团有限公司，助理工程师，本科，研究方向：黄土隧道施工。