四分隔豎井井壁二襯與中隔板同步施工技術(shù)

唐文喜

(中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 401121)

1 工程概況

山西省太原至佳縣高速公路西凌井特長(zhǎng)隧道位于山西省陽(yáng)曲縣內(nèi)，隧道左線全長(zhǎng)6 545 m，右線全長(zhǎng)6 565 m。隧道中部設(shè)置一通風(fēng)豎井對(duì)左右線隧道進(jìn)行送排風(fēng)，豎井井深249 m，豎井?dāng)嗝鏋閳A形，井筒凈空直徑10.7 m，最大開(kāi)挖直徑12.4 m。交叉的30 cm厚C25鋼筋混凝土中隔板把井筒分為四個(gè)不等面積的送風(fēng)道和排風(fēng)道，以便將送排風(fēng)風(fēng)流隔離，并與主洞底部的聯(lián)絡(luò)風(fēng)道相連接。

2 結(jié)構(gòu)混凝土施工方案

由于該種不對(duì)稱四分隔結(jié)構(gòu)形式為國(guó)內(nèi)第一次應(yīng)用，二襯與中隔板同步施工在國(guó)內(nèi)尚無(wú)前例可參照，施工難度大，技術(shù)含量高，我們?cè)谡{(diào)研國(guó)內(nèi)已有豎井襯砌施工方案的基礎(chǔ)上，對(duì)4種施工方案進(jìn)行比選，具體如下:

1)滑模法施工方案(A方案):即掘進(jìn)全部完成后，下放鋼筋于井下連接鋼筋籠，在井下將井壁二襯和中隔板模板拼裝成整體，利用從井口泵送混凝土入模，后用滑升設(shè)備同步滑升模板進(jìn)行下一循環(huán)襯砌。其弊端在于:a.本豎井中隔板分隔的四個(gè)部分面積不同，所承載的模板重量也不相同，容易造成滑模在施工過(guò)程中傾斜偏位，很難調(diào)整;b.滑模法要求的設(shè)備多而精確，要求的操作人員技術(shù)熟練程度高，對(duì)液壓系統(tǒng)的使用專業(yè)性極強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)不易操作。通過(guò)分析，滑模法不適合本豎井結(jié)構(gòu)襯砌施工。

2)整體模板、井口整體提升施工方案(B方案):即掘進(jìn)全部完成后，下放鋼筋于井下連接鋼筋籠，在井底操作盤將井壁二襯和中隔板模板拼裝成整體模板，每個(gè)分部模板設(shè)計(jì)為整體伸縮模板，施工完混凝土后可自動(dòng)脫模，然后同步提升中部、底部吊盤，利用從井口泵送混凝土入模，每次從井口整體提升模板進(jìn)行下一循環(huán)襯砌。由于整體提升重量包括整體模板、中部穩(wěn)定盤、底部操作盤、施工人員以及施工的物料等重量，重量達(dá)60 t，我們?cè)谘芯糠治鲞^(guò)程中發(fā)現(xiàn)整體提升重量太大，如單獨(dú)依靠井架提升達(dá)不到要求，其原因有兩個(gè):a.井架結(jié)構(gòu)通過(guò)檢算不能滿足提升重量要求;b.井架提升靠的是卷?yè)P(yáng)機(jī)，制動(dòng)不安全，而且不能精確到位。如考慮加強(qiáng)鎖口盤處鋼結(jié)構(gòu)后換用千斤頂整體提升，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的千斤頂行程有限，行程稍大的不僅價(jià)格高昂，而且千斤頂提升后退張難度大，極不安全。因此認(rèn)為本方案經(jīng)濟(jì)上投入較大，安全性差。

3)四個(gè)分部模板獨(dú)立整體提升(C方案):即在B方案的基礎(chǔ)上，為減小提升壓力將四部分模板整體提升改為每個(gè)分部整體提升，通過(guò)分析其弊端:a.很難找出分部整體模板提升的中心吊點(diǎn)，在提升時(shí)易傾斜;b.卷?yè)P(yáng)機(jī)提升的精確度差，不能保證每個(gè)分部模板精確提升到同一高度。

4)分塊組合模板、分塊獨(dú)立提升模板施工方案(D方案):即C方案比選的基礎(chǔ)上，為減少提升壓力，保證提升的精確度，充分利用現(xiàn)有機(jī)具設(shè)備，減少投入，我們將整體模板改為分塊組合模板，將自井口整體提升優(yōu)化為通過(guò)中部穩(wěn)定盤下的倒鏈分塊獨(dú)立提升，模板系統(tǒng)與提升系統(tǒng)均為獨(dú)立系統(tǒng)，增加了施工安全性、可操作性。

通過(guò)上述方案論證比選，最后選定D方案，即:掘進(jìn)全部完成后，通過(guò)設(shè)置獨(dú)立提升系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、操作吊盤、人員材料運(yùn)輸、混凝土輸送管路、測(cè)量系統(tǒng)，采取在中部穩(wěn)定盤下設(shè)倒鏈對(duì)應(yīng)每塊模板，在井下底部操作盤分塊組裝模板，將豎井井壁二襯與中隔板模板安裝連通一體，通過(guò)從井口同步提升中部穩(wěn)定盤、底部操作盤，利用泵送由下至上分段同步整體澆筑井壁二襯和中隔板混凝土，通過(guò)中部穩(wěn)定盤下的倒鏈分塊翻升模板，進(jìn)行下一節(jié)段襯砌。

3 方案實(shí)施

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 不對(duì)稱四分隔結(jié)構(gòu)井壁二襯與中隔板同步施工工藝圖

3.2 具體操作

3.2.1 各操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝

1)井口提升系統(tǒng)布設(shè)。井壁二襯及中隔板混凝土施工時(shí)仍采用原開(kāi)挖時(shí)提升系統(tǒng)。井口井架利用開(kāi)挖時(shí)已有的井架，根據(jù)施工中井架承受的最不利荷載，以及開(kāi)挖、提升、出碴、襯砌等各工序作業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸要求，我們通過(guò)建模受力計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)形式，井架由鋼管和工字鋼組成，通過(guò)法蘭盤用高強(qiáng)螺栓連接，井架設(shè)計(jì)高度22 m，設(shè)有四個(gè)承重樁，天輪平臺(tái)尺寸為8 m×8 m，井架承重力大于40 t。采用鋼筋混凝土地錨對(duì)其錨固。根據(jù)受力計(jì)算選配鋼絲繩和起吊滑輪規(guī)格型號(hào)。

2)井內(nèi)吊盤布設(shè)。為保護(hù)井下作業(yè)人員、機(jī)具的安全以及操作需要，襯砌作業(yè)時(shí)豎井設(shè)置三道吊盤，具體如下:

a.井口仍然采用開(kāi)挖時(shí)布設(shè)的鎖口安全盤，鎖口安全盤為直徑14 m的兩半圓形，鎖口盤盤面鋪板采用δ3花紋鋼板，盤底采用角鋼三維桁架加固，在受力點(diǎn)采用40工字鋼連接，安全盤承重在10 t左右，設(shè)有滑動(dòng)板，一側(cè)為自動(dòng)翻蓋裝置升降孔，主要是人員上下使用，一側(cè)方孔為鋼筋、模板等材料升降孔，平時(shí)鎖口安全盤封閉，防止物體從井口掉入，開(kāi)啟時(shí)通過(guò)電動(dòng)滑輪實(shí)現(xiàn)。

b.井下設(shè)有中部穩(wěn)定盤，中部穩(wěn)定盤盤面與鎖口盤相同，盤面上留的升降孔與鎖口盤豎向呈一條直線，其與鎖口安全盤同樣設(shè)有提升口，供物料、人員上下使用。襯砌作業(yè)時(shí)對(duì)開(kāi)挖時(shí)中部穩(wěn)定盤改進(jìn)加固后作為主要提升裝置。根據(jù)提升的重量和吊點(diǎn)的位置對(duì)中部穩(wěn)定盤上下兩個(gè)面進(jìn)行如下加固處理:一是中部穩(wěn)定盤底部結(jié)構(gòu)加固作為提升模板與工字鋼支撐使用，主要采用16號(hào)槽鋼作為加強(qiáng)肋與倒鏈連接，根據(jù)模板的長(zhǎng)度設(shè)定吊點(diǎn)位置，吊點(diǎn)間距1.8 m。加強(qiáng)肋的位置考慮了工字鋼支撐影響的空間和提升操作空間。二是中部穩(wěn)定盤頂部結(jié)構(gòu)加固作為提升底部工作盤及中部穩(wěn)定盤自身的提升吊點(diǎn)使用，主要骨架為井字梁、交叉梁、圓形鋼梁。井字梁的四個(gè)交叉點(diǎn)為中部穩(wěn)定盤的主吊點(diǎn)，交叉梁交角處為安全輔繩吊點(diǎn)。

c.井底設(shè)操作盤作為操作平臺(tái)。根據(jù)各部分風(fēng)道的結(jié)構(gòu)斷面加工底部操作盤，與中部穩(wěn)定盤采用Φ25 mm精軋螺紋鋼半剛性連接，各底部操作盤距離中部穩(wěn)定盤6 m，與中部穩(wěn)定盤同步提升。中部穩(wěn)定盤和四個(gè)底部操作盤分別與井筒初期支護(hù)和井筒混凝土及中隔板采用直徑為32 mm頂絲固定，增加操作空間的定位與穩(wěn)定性，對(duì)防止滑落也有輔助作用。

襯砌時(shí)仍然采用掘進(jìn)作業(yè)時(shí)用的4個(gè)5 t的卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩系著中部穩(wěn)定盤四個(gè)主吊點(diǎn)，1臺(tái)10 t的卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩系著中部穩(wěn)定盤中間吊點(diǎn)作為安全輔繩。利用從井口同步開(kāi)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)中部穩(wěn)定盤提升到所需位置。

3)模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

a.模板采用高度為1.5 m，長(zhǎng)度為2 m左右(根據(jù)曲板或平板的總長(zhǎng)劃分)，模板上下側(cè)均采用角鋼底座，使用螺栓連接，并在井筒初期支護(hù)上打入膨脹螺絲拉住模板，穩(wěn)定模板的空間位置。

b.施工中為增大各分隔內(nèi)操作空間，便于操作人員活動(dòng)，模板支撐原采用18工字鋼在各分隔內(nèi)形成閉合體進(jìn)行支撐模板。每澆筑段模板外設(shè)2層工字鋼支撐，最底下一層鋼支撐中心距模板底30 cm，最上一層鋼支撐中心距模板頂40 cm。

c.為加快襯砌進(jìn)度，投入2套模板進(jìn)行周轉(zhuǎn)，實(shí)行翻模作業(yè)方式。

4)混凝土輸送管路布設(shè)。井壁二襯與中隔板為同標(biāo)號(hào)鋼筋混凝土，其經(jīng)過(guò)泵管垂直下落濃度大，對(duì)溜灰管的沖出振動(dòng)、磨損非常大，確?；炷凛斔凸苈返姆€(wěn)定安全使用是一大難點(diǎn)。我們采用了如下結(jié)構(gòu)組成的混凝土運(yùn)輸管路:

a.伸縮管:在混凝土澆筑過(guò)程中，為避免泵管拆卸頻繁，采用伸縮管。伸縮管的直徑一般為125 mm，長(zhǎng)為5 m～6 m，上端用法盤和漏斗聯(lián)結(jié)，法蘭盤下用特設(shè)在支架座上的管卡卡住，下端插入泵管內(nèi)。

b.泵管:在井壁設(shè)兩道泵管，一是為了方便對(duì)稱澆筑，二是防止有一道泵管堵塞，做到不間歇澆筑。

c.緩沖器:緩沖器用法蘭盤聯(lián)結(jié)在溜灰管的下部，借以減緩混凝土的流速，其下端和活節(jié)管相聯(lián)，采用雙叉式緩沖器。

d.活節(jié)管:為了將混凝土送到模板內(nèi)的任何地點(diǎn)而采用的一種可以自由擺動(dòng)的柔性管。一般由15個(gè)～25個(gè)錐形短管組成，總長(zhǎng)度為8 m～20 m，錐形短管的長(zhǎng)度為36 cm～66 cm，宜用厚度不小于2 mm的薄鋼板制成，掛鉤的圓鋼直徑不小于12 mm。

5)測(cè)量定位系統(tǒng)布設(shè)。襯砌作業(yè)測(cè)量定位采用JZB-1型激光指向儀，利用固定架將激光指向儀低于鎖口安全盤1 m固定。同時(shí)，選用φ1.2 mm的鋼絲線，在鎖口安全盤上設(shè)置放線小絞車和托輪及卡線板下放鋼絲繩配重錘作為校正使用。鋼絲繩重錘線設(shè)置四個(gè)，分別位于中隔板與井壁二襯相交處。

3.2.2 結(jié)構(gòu)混凝土同步澆筑施工

1)測(cè)量定位。鋼筋安裝前先測(cè)量定位，利用激光指向儀定位豎井中心，同時(shí)利用鎖口安全盤上設(shè)置的放線小絞車和托輪及卡線板下鋼絲繩重錘以十字定位方式進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)與中心不符及時(shí)調(diào)整。然后在工作平臺(tái)上用鋼卷尺測(cè)量井壁、中隔板各部尺寸，并做出標(biāo)記拉線固定。

2)井內(nèi)鋼筋安裝。鋼筋在井外鋼筋加工棚按圖紙、按標(biāo)準(zhǔn)彎制，將鋼筋通過(guò)上下物料升降孔下放到底部操作盤，將電焊機(jī)吊于中部穩(wěn)定盤上或底部操作盤上，對(duì)井內(nèi)豎直鋼筋焊接連接并保持一定豎直度。其他鋼筋采用人工綁扎連接。

3)模板至井底安裝。將分塊模板通過(guò)物料孔下放到井底操作平臺(tái)，澆筑第一節(jié)段時(shí)，操作人員在井底底板安裝模板，第二節(jié)段時(shí)通過(guò)放在底部操作盤上的活動(dòng)臺(tái)架操作安裝模板，從第三節(jié)段起，澆筑完第N節(jié)段時(shí)，將中部穩(wěn)定盤面下的倒鏈吊鉤與第N－1節(jié)段分塊模板連接，每塊模板均與一個(gè)倒鏈對(duì)應(yīng)相連，通過(guò)中部穩(wěn)定盤下的倒鏈獨(dú)立提升分塊模板，模板底邊與下層模板的頂邊相連，用螺栓連接，模板頂部與井壁膨脹螺栓相連固定，把井壁二襯模板與中隔板模板連通為一體結(jié)構(gòu)。

每澆筑段模板全部提升完成后，在分隔內(nèi)采用18工字鋼形成閉合體對(duì)模板支撐，18工字鋼支撐共設(shè)2層。中隔板模板除工字鋼支撐外，兩層模板之間用對(duì)拉絲桿連接固定。

4)混凝土輸送管路連接。先把輸送泵管、緩沖器、活節(jié)管安裝連接，混凝土由混凝土罐車運(yùn)至井口處，由車載輸送泵施工混凝土，混凝土輸送路線連接如下:攪拌站→車載泵→輸送泵管→緩沖器→活節(jié)管。

5)第一、二節(jié)段混凝土澆筑。操作人員在井底底板上先完成第一節(jié)段澆筑，等混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%時(shí)，操作人員通過(guò)底部操作盤上活動(dòng)臺(tái)架完成第二節(jié)段澆筑，使2套模板全部投入使用。

6)同步提升中、底部吊盤。模板安裝好后，開(kāi)始同時(shí)提升中部穩(wěn)定盤和四個(gè)底部操作盤，提升高度1.5 m，使底部操作盤至下層模板底部，提升后，在活動(dòng)臺(tái)架和模板間搭設(shè)木板操作平臺(tái)，便于人員澆筑混凝土操作。

7)第三節(jié)段及以后節(jié)混凝土澆筑。在正式澆筑前，試驗(yàn)人員對(duì)豎向長(zhǎng)距離混凝土輸送進(jìn)行了多次試驗(yàn)檢測(cè)，在活節(jié)管出料口對(duì)坍落度、泌水率指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，分析混凝土離散性變化規(guī)律，優(yōu)化調(diào)整混凝土拌制工藝參數(shù)，保證澆筑混凝土的質(zhì)量，最后混凝土坍落度選用12 cm～16 cm。

井壁兩側(cè)各設(shè)一道泵管，澆筑時(shí)通過(guò)混凝土輸送系統(tǒng)至澆筑面，在往井壁二襯與中隔板模板內(nèi)對(duì)稱分層澆筑混凝土?xí)r，先沿井壁澆筑，混凝土同時(shí)向中隔板模內(nèi)流動(dòng)，后向中隔板模內(nèi)補(bǔ)充澆筑，要隨時(shí)觀測(cè)混凝土離散情況，采用振搗棒將其搗實(shí)，灑水養(yǎng)生。

8)拆模并提升。從第三節(jié)段起，每當(dāng)澆筑完成的N節(jié)段混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后，將N－1節(jié)段井壁二襯模板與中隔板模板拆除，通過(guò)中部穩(wěn)定盤下的倒鏈將分塊模板提升到N+1節(jié)段位置，模板與井壁膨脹螺栓相連固定后，松開(kāi)倒鏈。

9)下一節(jié)段循環(huán)作業(yè)。從井口同步提升中部穩(wěn)定盤、底部操作盤。利用底部操作盤進(jìn)行模板安裝，分段模板之間采用插銷式連接固定。在上層模板底部作半圓孔，在混凝土中預(yù)埋φ50 mm PVC管與模板半圓孔相接，翻模的同時(shí)可插入 φ48 mm鋼管對(duì)模板形成支撐作用。定位校正后，根據(jù)澆筑面位置及時(shí)拆卸中間泵管，使活節(jié)管底部至澆筑作業(yè)需要位置，轉(zhuǎn)入下一節(jié)段循環(huán)作業(yè)。

4 實(shí)施效果

1)西凌井隧道通風(fēng)豎井于2010年5月初開(kāi)始混凝土同步澆筑，2010年7月底襯砌完工，月均襯砌90 m，比業(yè)主要求工期提前2個(gè)月，為2010年12月全線按期開(kāi)通奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有力促進(jìn)了山西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。2)不對(duì)稱四分隔結(jié)構(gòu)豎井井壁二襯與中隔板采用同步施工與分兩次施工相比，由于簡(jiǎn)化施工工序可節(jié)省3 700元/m，有效減少井內(nèi)相互干擾，而且增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量和防水性能。3)通過(guò)本工程開(kāi)發(fā)的該項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，獲得國(guó)家發(fā)明專利(ZL201010234363.3)。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］劉寶許，高崇霖，王 巍，等.特長(zhǎng)公路隧道超大直徑深豎井機(jī)械化施工技術(shù)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2008(5):17-19.