特大斷面隧道組合鋼模襯砌施工技術(shù)

宋濤

摘 要：隧道挖掘工作工程巨大，主要的障礙在于地質(zhì)條件復(fù)雜、地勢(shì)險(xiǎn)峻等等，這就給挖掘工作增加了一定的難度。然而該工程的順利完成，關(guān)系著國民經(jīng)濟(jì)以及民生，更關(guān)系著施工人員的安全。因此，選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)是隧道工程的必要措施。本研究的以貴安新區(qū)的特大斷面隧道項(xiàng)目為背景，采取了相應(yīng)的措施，在確保安全性的條件下，將隧道的小斷面變成大斷面，進(jìn)行施工。這一技術(shù)的使用以及發(fā)展，加快了隧道開挖工程的進(jìn)度，提高了施工安全，對(duì)于其他地區(qū)的隧道挖掘工程具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：斷面;隧道;組合鋼模;襯砌技術(shù)

引言

隧道工程存在種種困難，僅僅依靠圍巖自身的承載能力，會(huì)給施工帶來十分大的危險(xiǎn)，并且存在著安全隱患。所以在施工過程中，常常選擇適合的支護(hù)結(jié)構(gòu)作為輔助。鋼筋混凝土是隧道襯砌工作中常用的材料，全液壓的鋼模臺(tái)車在提高鋼筋混凝土質(zhì)量的同時(shí)，也節(jié)約了施工的成本。目前許多研究者都圍繞支護(hù)結(jié)構(gòu)，做了相應(yīng)的研究，比如張志高選擇增加支護(hù)，羅勇等人選擇腳手架將其應(yīng)用在這一技術(shù)上，但眾多研究較少涉及到當(dāng)現(xiàn)有臺(tái)車在小斷面變成大斷面段的時(shí)候變截面施工程度，以及怎樣在保證施工進(jìn)度不變的情況下，做好施工安全。故本文通過實(shí)踐證明，在利用現(xiàn)有臺(tái)車在小斷面變成大斷面段的變截面基礎(chǔ)上采用組合鋼模襯砌技術(shù)是隧道工程的重大創(chuàng)新。參數(shù)是該技術(shù)的基礎(chǔ)，參數(shù)的確定需要通過朗肯土壓力理論才能計(jì)算出不同埋深隧道圍巖的垂直壓力以及水平壓力，然后再利用數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出組合鋼模襯砌的結(jié)構(gòu)參數(shù)。而通過實(shí)踐的結(jié)果也證明了該技術(shù)的可信性，隧道圍巖兩幫位移以及拱頂沉降位移的結(jié)果顯示，在控制范圍內(nèi)，隧道圍巖在這一技術(shù)的控制下，變形量沒有對(duì)圍巖的產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。

1.理論基礎(chǔ)

1.1朗肯土壓力理論

該理論是1857年朗肯提出，他主張用計(jì)算土體以阻擋土墻上的主動(dòng)以及被動(dòng)土的壓力。該理論建立在“以光滑的墻體將水平面以及豎直面都作為主應(yīng)力作用面” 的基礎(chǔ)上，這使得極限平衡狀態(tài)發(fā)生在土體的內(nèi)的各點(diǎn)上。具體來講是，土體主動(dòng)，主應(yīng)力變?yōu)樗矫?主體被動(dòng)，豎直面就成為了最大主應(yīng)力。因此，結(jié)合具體的工程以及相關(guān)的理論，隧道圍巖的垂直于水平壓力可以被計(jì)算出來，從而確定結(jié)構(gòu)參數(shù)。

主要的參數(shù)如下：鋼模全長(zhǎng)12 m，鋼支撐外弧按設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓縮小2.5 cm，鋼模板尺寸（長(zhǎng) × 寬 × 厚）為1.5 m × 0.3 m × 0.05 m，鋼支撐與臺(tái)車之間用型鋼拱架焊接牢固。

1.2隧道圍巖壓力

圍巖壓力指引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖力以及圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用。隧道群在施工的過程中，壓力會(huì)不斷疊加在相鄰的隧道之中，從而導(dǎo)致壓力的集中系數(shù)逐漸增大，這就會(huì)影響到圍巖的穩(wěn)定性，因此，隧道圍巖的壓力是不可避免的問題，施工人員需要做的工作是如何把影響降到最低。

2.組合鋼模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的方法

在全液鋼模臺(tái)車中，襯砌的段洞身設(shè)計(jì)以及多節(jié)弧形鋼拱架都屬于重要部分，在施工的過程中起了重要作用。開始施工之前，需要進(jìn)行綁扎隧道和擴(kuò)大段襯砌鋼筋兩部分的工作。

為保證支撐的牢固性，移動(dòng)臺(tái)車并按照砌內(nèi)的輪廓進(jìn)行定位，只有把前期的工程做好才有利于后續(xù)工作的進(jìn)行。架立施工的工作通過把上部支撐與模板臺(tái)車相結(jié)合，促進(jìn)兩者連接的牢固性，鋼支撐設(shè)置了連接筋連接，在確認(rèn)其牢固性之后，將小鋼模設(shè)置在鋼支撐背面上，鏈接兩者，增加其連接牢固習(xí)性。如下圖所示。

同時(shí)增加一般襯砌段臺(tái)架的高度以及寬度，可以起到降低風(fēng)險(xiǎn)、提高安全性的作用。

2.1將襯砌內(nèi)鋼模支撐架立起來

在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，測(cè)量人員會(huì)對(duì)襯砌內(nèi)模鋼支撐進(jìn)行放樣處理，按照從邊墻到拱頂?shù)捻樞?，安裝好每一榀鋼支撐，同時(shí)也將防水工作做好。由于隧道的斷面面積大，多節(jié)弧形型鋼拱架的建立需要按照“架立一層、固定一節(jié)”的原則進(jìn)行分層的安裝以及固定，以此來實(shí)現(xiàn)施工安全的目的。

2.2固定臺(tái)車

在開始進(jìn)行臺(tái)車的固定工作之前，臺(tái)車的定位是十分重要的。具體的過程是架立并且固定好襯砌內(nèi)鋼模的支撐，使防水臺(tái)架可以向前移動(dòng)。同時(shí)在定位之前，還需要檢查和清理好臺(tái)車上的一切障礙物，做好模板工作的脫模機(jī)涂抹工作。為了保證其牢固度，在臺(tái)車的就位工作上按進(jìn)尺移動(dòng)開展工作，而臺(tái)車的定位工作主要按照襯砌設(shè)計(jì)中的輪廓進(jìn)行。

2.3連接鋼支撐作業(yè)

臺(tái)車定位完畢之后就可以進(jìn)行鋼支撐的焊接工作了，保證鋼支撐的縱向在間距0.75m范圍內(nèi)不變。同時(shí)，由于8節(jié)1.5m的鋼模板組成了臺(tái)車鋼模板，所以連接鋼支撐的位置正好落在了單節(jié)模板與模板縫之間，從而達(dá)到阻止模板變形的有效目的，使其受力均勻。

2.4安裝鋼模板

脫模劑在安裝模板之前就會(huì)涂抹完畢，在襯砌內(nèi)模鋼支撐的鋼模板安裝完畢之后，需要建造一個(gè)保護(hù)層來實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用，保護(hù)層的建造材料是混凝土。在將保護(hù)層與鋼支撐綁扎完畢之后，一旦達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)進(jìn)入到模板安裝以及施工縫的防水工作上。為了順利安裝模板，在準(zhǔn)備的過程中就要提前預(yù)留澆筑的窗口，把持窗口與臺(tái)車所開的窗口實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)分布。

2.5澆筑混凝土

C35混凝土是常用的鋼筋混凝土，其主要的澆筑防水是分層式的左右交替對(duì)澆?；炷烈r砌是影響工期的關(guān)鍵工作，其工程量大，而外界氣候條件惡劣，雨季、冬期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，給施工造成了很多困難，故要進(jìn)行合理的資源安排和施工工作面布置。

在澆筑的過程中，使用平鋪的方式，對(duì)混凝土進(jìn)行平倉振搗，保證澆筑的混凝土厚度不超過500mm，對(duì)于已澆筑好的混凝土也需要保證它的平衡度以及平整性，以免加大后期的工作量。混凝土的工作會(huì)一直持續(xù)到其脫模，工作人員在完成模板表面清掃以及脫模劑的涂刷后，才算是混凝土工作的完成，該工作完成好之后，就會(huì)進(jìn)入隧道施工循環(huán)中，直到整個(gè)施工結(jié)束。

事實(shí)表明，采用組合鋼模澆筑二襯混凝土，使施工周期時(shí)間變短、施工的進(jìn)度加快、施工的效率也得到了大大的提高。

3.隧道襯砌變形監(jiān)測(cè)

3.1隧道襯砌變形測(cè)點(diǎn)布置圖

在隧道襯砌變截面施工工作開展之后，襯砌厚度發(fā)生改變，圍巖壓力及兩層支護(hù)間壓力發(fā)生不均勻變化。因此，相關(guān)的測(cè)量人員通過埋設(shè)壓力盒的方式來監(jiān)測(cè)襯砌內(nèi)力的變化的信息，及時(shí)通過變化的信息來進(jìn)行指導(dǎo)加工。主要的壓力盒監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況如下圖所示。

3.2隧道襯砌內(nèi)力變形量規(guī)律

一般來說，在監(jiān)測(cè)的過程中，監(jiān)測(cè)結(jié)果是隧道設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)是否合理的重要依據(jù)，結(jié)果可以反映其有效性以及安全性、經(jīng)過兩個(gè)多月的監(jiān)測(cè)，襯砌結(jié)構(gòu)的受力基本穩(wěn)定。在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后得出監(jiān)測(cè)結(jié)果如下圖。

通過對(duì)壓力曲線的分析可以得知圍巖中拱頂處的壓力最大，為 0.31 MPa，仰拱處最小為 0.12 MPa，其他為 0.19 MPa。

4.總結(jié)

總之，根據(jù)上述的探討，在隧道面臨特大斷面的情況下，需要使用輔助手段—支護(hù)結(jié)構(gòu)保證施工的安全。采用該技術(shù)具有重要意義，不僅加快了隧道施工工程的進(jìn)度，而且還提高了施工的安全性。種種結(jié)果都表明，這是一種十分有效、適用廣泛、值得在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣的施工技術(shù)。

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