移动模架在隧道仰拱施工中的应用

【摘 要】铁建设[2010）120号文规定IV、V围岩封闭位置距掌子面不得大于35米,二次衬砌距掌子面IV不得大于90米,V围岩不得大于70米.在隧道施工中,使用常规的模板,由于缺少理想的施工技术和配套设备,仰拱施工的进度和质量往往难以满足要求铁建设[2010]120号文的要求,成为制约隧道快速施工的控制性工序,而仰拱移动模架的应用,为提高施工进度、降低工程成本、加强安全施工提供了保障.

【关 键 词 】移动模架；仰拱；安全步距

1.工程概况

新建沪昆铁路客运专线贵州段CKGZTJ-5标十七局管段正线起讫里程为DK593+466.41～DK623+941,全长30.474km,隧道数量多,分布密集,12.5座隧道共计20.588km,占全线总长67.56%,其中全线重点控制性工程茅坪山隧道被列为Ⅱ级风险隧道.

我标段负责的隧道,不良地质主要有浅埋偏压、岩溶、断层、瓦斯、突泥突水、塌方冒顶、岩爆等高风险源.尤其是茅坪山隧道Ⅲ级围岩占50.6%,Ⅳ级围岩占33.8%,Ⅴ级围岩占15.6%,不良地质为岩溶及岩溶水、断层破碎带、页岩风化剥落及软质岩、软弱夹层等；麻拉寨隧道是瓦斯隧道,Ⅲ级围岩占37%,Ⅳ级围岩占34%,Ⅴ级围岩占29%,不良地质为岩溶及岩溶水、煤层瓦斯、顺层偏压、断层破碎带以及软质岩与软弱夹层等,同时这两座隧道为沪昆客专贵州段整体工期控制性工点,合理的工序衔接尤为重要.

2.仰拱移动模架的组成及功能

2.1仰拱移动模架的组成

仰拱移动模架由5大系统：端头梁、栈桥系统、中心水沟模板、行走系统、仰拱模板.

2.2各系统的功能

2.2.1端头梁

端头梁是根据仰拱和填充混凝土的结构尺寸设计的,梁底为弧形,与仰拱中埋式止水带弧度一致,便于固定中埋式止水带,端头梁上缘与填充混凝土顶面标高一致,可控制填充混凝土浇筑标高.在端头设立仰拱模架靠柱,定位仰拱模架.为了适应隧底地势的变换,共设置8根可自由伸缩的支柱,进行高低调整.

端头梁由主梁、横梁、竖肋、横肋、支架、三角支架组成,主梁、横梁、竖肋、横肋均采用20b型钢,梁间连接及加固采用12槽钢.

其作用是将模板系统、栈桥系统及走形系统连为一个整体,起到仰拱端头侧模加固及水沟、栈桥在端头梁上行走的作用.

2.2.2栈桥系统

一副栈桥由2片分离式型钢梁组成,为了保证仰拱混凝土施工时交通畅通,本隧道共设置2副栈桥,每片栈桥全长19米,宽1.2米,由双层结构组成,下层主梁采用5根36C工字钢组成,上层采用5根20B工字钢组成,结构为圆弧性,主梁与圆弧肋之间支撑连接采用14mm厚Q235b钢板,间距1米.

2.2.3中心水沟模板

中心模板用于浇筑仰拱填充时的水沟模板,全长10米,高1.2米,竖肋采用18a工字钢,间距1米,端头采用18b槽钢,面板、底板采用6mm Q235钢板.

2.2.4行走系统

行走系统设置在端头梁主梁上,用于栈桥的移动,行走系统主要由轮轴压板和卡板组成.仰拱横梁一端固定在已施工的仰拱面上,移动时只需滑轮在仰拱面上滑动就可以,另一端由起吊设备连接在端头梁上,起吊端头梁移动就可以.

2.2.5仰拱模板

仰拱模板中部弧行半径大,坡度比较平缓,可不设模板,仰拱矮边墙模板由两块曲面模板和桁架组成.从仰拱与二衬边墙设计施工缝处向下设置2.7米弧形曲面模板,模板的设计分为左右两幅,每幅三块钢模,每块长2米,模板之间通过销定连接固定,每幅都分别配有钢性骨架,用于固定模板.

曲面模板和桁架用绞耳连接,可以向内侧转动,面板采用6mm厚Q235b钢板,主肋采用10号槽钢,间距25cm,肋间用10mm厚的Q235b钢板设置加肋板,间距1米,背部支撑采用端头桁架结构.

3.施工工艺

3.1整体仰拱模架施工工艺流程

隧底开挖及清理——测量放样——架立钢拱架——仰拱喷射混凝土——混凝土养护—— 纵向盲管安装、防水板铺上、纵向止水带安装——绑扎衬砌钢筋——移动模架就位、立挡头模板、安装环向止水带——浇筑仰拱混凝土——混凝土养护,仰拱模板前移就位——中心水沟模板就位——仰拱填充混凝土施工——混凝土施工.

3.2整体仰拱移动模架的单个施工循环施工顺序示意图

⑴一、二作业区段开挖到隧道标高,进行仰拱喷射混凝土作业；

⑵一作业区段进行仰拱钢筋绑扎和防水设施施工,施工完成后将整体式仰拱移动模架移动一、二作业区段,对仰拱模板进行加固,然后浇筑第一作业区段仰拱混凝土；在进行第一作业区段混凝土浇筑同时,可以进行第二作业区段仰拱钢筋绑扎及防排水安装和第三作业区段的开挖、隧底清理.

⑶第一作业区段仰拱施工完成后,将仰拱模板前移到第二作业区段.在第一区段安装水沟模板,浇筑仰拱填充混凝土,第三作业段进行喷射混凝土施工.

⑷栈桥前移到下一个区段,浇筑第二作业区段仰拱混凝土,同时进行第三作业区段钢筋绑扎和防排水施工.

⑸在第二作业区段仰拱施工完成后,将仰拱模板前移至第三作业区段.在第二作业区段安装水沟模板,浇筑仰拱填充混凝土.

4.仰拱移动模架的施工关键控制点

4.1仰拱移动模架的移动与加固要点

仰拱曲面模板、栈桥是通过端头梁和行走系统连成一个整体,因整体结构较重,移动时需要采用装载机配合.当栈桥前移,在端头梁上行走时,端头梁的支腿必须落在已经成型的初喷混凝土面上,支腿高度可以适当调节,确保端头梁能承受栈桥的重量.当曲面模板和端头梁通过走行系统在栈桥上前移时,栈桥垫块必须落在已施工的仰拱填充或未开挖的岩面上,栈桥落地前要提前进行测量,对栈桥垫块的落地点方位和高程进行放样,以保证仰拱曲面模板能顺利的移动和准确的定位. 仰拱模板是由两块曲面模板通过绞耳连接,可以通过背部绞车及支撑向内侧转动,方便模板拆除和移动.在仰拱浇筑前要注意通过背部支撑对两块曲面模板进行加固,防止曲面模板在浇筑混凝土时产生变形.在仰拱曲面模板定位后,要通过端头梁调节系统将栈桥和仰拱曲面模板分离,防止因栈桥上行走重型机械造成仰拱曲面模板变形和移位.

4.2混凝土浇筑和振捣要点

仰拱混凝土浇筑顺序为先浇筑中部无模板处混凝土,再浇筑两侧曲面模板混凝土,浇筑曲面模板混凝土时要注意控制混凝土的塌落度,防止混凝土在曲面模板底面翻浆.为了防止曲面位置振捣不密实,在曲面模板上安装附着式振捣器,插入式振捣棒由上部插入,振捣完成后,开启附着式振捣器.混凝土浇筑要连续进行,分层浇筑,混凝土分层厚度（振捣密实）不大于30公分,最大摊铺厚度不易大于60公分,应在第一层混凝土初凝前进行二层混凝土浇筑,防止形成施工缝.

5.仰拱移动模架施工优点

5.1施工过程控制方面

5.1.1完成一个仰拱循环采用三个施工作业段的施工方法,大大缩短了仰拱施工每循环作业时间,保障仰拱、二衬安全步距不超标；

5.1.2仰拱模板设计为固定部分和活动部分,采用绞耳连接,拆模方便,大大提高了施工效率；

5.1.3曲面模板采用整体钢模,且通过端头梁桁架连接加固,坚固耐用,能保证仰拱线性顺直；

5.1.4仰拱混凝土浇筑一次完成,减少施工缝,外美内实.

5.2经济指标方面

5.2.1循环时间减少

从上表数据可以看出,使用仰拱移动模架施工后,在第一作业区段可以节省18个小时,而在第二、第三作业区段及以后的循环施工中可以节省50个小时,大大的提高了仰拱施工速度.

按照一个仰拱工班10个工人计算,每人每小时工资15元,那么一个循环可以节省：

10×15×50等于7500元.

5.2.2施工成本降低

使用传统施工工艺施工时,每6米需要300Kg以上的钢筋来加固和支撑模板,而使用整体移动模架施工时,无需钢筋加固和支撑.

按照6米一个循环,按1吨钢筋5000元计算,那么每个循环可以节省的钢筋费用：

0.3×5000×1等于1500元.

5.3工程进度及质量方面

5.3.1工程进度

使用传统的仰拱施工工艺进行仰拱施工,施工一个循环需要71个小时,而隧道掘进按IV级围岩计算,每天掘进四个循环,4.0米,71个小时可以掘进11.8米,在71个小时内,仰拱只能施工6米,这种情况下,仰拱安全步距将不能满足[2010]120号文的要求,严重滞后施工进度；而利用整体移动模架施工后,每天仰拱、填充就可以施工一个循环（6米）,同样按照IV级围岩计算,每天掘进四个循环,4.0米,仰拱施工进度完成可以满足隧道掘进的要求,也可以满足[2010]120号文关于安全步距的施工要求.

5.3.2工程质量

传统模板施工,存在模板接缝多 ,错台易超限,线条不顺直,弧线段难以满足设计要求等缺陷；而整体移动模架采用端头梁固定,模板大、刚度好,有效的避免了上述问题,同时,施工后的混凝土也达到了内实外美的效果.

6.结论

仰拱使用整体移动模架配套设备施工后,经过现场检验,有着施工速度快、作业面整洁、结构美观等良好效果；不仅保证了工期的要求,也为企业节省了施工成本.同时,也解决了仰拱施工进度无法与掌子面掘进同步的问题,加快了施工进度.