陡峭邊坡橋隧相連明洞施工技術(shù)研究*

張康寧

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

1 工程概況

新建張吉懷鐵路巖屋隧道為單洞雙線隧道，設(shè)計(jì)速度為350km/h。隧道起訖里程樁號為DK23+180～DK23+945，全長765m，其中進(jìn)口明暗分界線里程為DK23+193.37，明洞長13.37m。隧道進(jìn)口位于山體半山腰，自然坡度為55～60°。本洞口與老才中橋橋隧相連，老才中橋終臺里程為DK23+185.37，橋臺進(jìn)洞長度為5.37m。橋臺與隧道仰拱間設(shè)置2m長封堵墻，內(nèi)置排水管，用于將隧道內(nèi)兩側(cè)邊溝水引至橋臺兩側(cè)排水溝排出洞外。橋臺頂帽縱向長度為2.1m。洞口DK23+180～DK23+187.37段隧底設(shè)置樁基承臺，仰拱在承臺上設(shè)置，臺身結(jié)構(gòu)在仰拱上設(shè)置，承臺、仰拱及臺身通過預(yù)埋鋼筋連接成整體。

2 施工重難點(diǎn)

考慮到洞口的施工現(xiàn)狀：洞口邊坡陡峭，一方面橋臺翼緣板的承載能力大小，在澆筑過程中是否會產(chǎn)生破壞，需要嚴(yán)密計(jì)算；另一方面即使橋臺翼緣板承載能力足夠，橋臺小里程側(cè)仍舊懸空無法使二襯臺車推進(jìn)至明洞范圍。橋臺進(jìn)洞段的施工順序是，先施工橋臺臺頂以下部分，再施工明洞段襯砌，最后施工橋臺翼緣板。施工的重難點(diǎn)：一是采取何種措施為二襯臺車提供作業(yè)平臺；二是在澆筑混凝土過程中如何保證二襯臺車的穩(wěn)定和施工安全。

3 軌道平臺方案

3.1 方案描述

結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，洞口邊坡地形陡峭時(shí)，橋臺段襯砌施工可以采用回填法和支架法為二襯臺車提供作業(yè)平臺。支架結(jié)構(gòu)為鋼管支撐柱，工字鋼縱橫梁結(jié)構(gòu)。采用φ630mm鋼管做立柱，代替預(yù)制塊碼砌墻體，高度為3.46m；雙拼I40型鋼作為縱梁設(shè)置在鋼管柱頂部；縱梁上放置I20枕塊，間距50cm，作為鋼軌支撐，具體如圖1所示。

3.2 支架設(shè)計(jì)

圖1 洞口鋼管柱支架法橫斷面示意圖

在橋臺范圍內(nèi)明洞長度為5.37m，由于二襯臺車行走輪縱向上超出面板長度約為40cm，故臺車軌道須適當(dāng)延長。于是，將鋼管柱支撐作業(yè)平臺有效的縱向長度確定為6.20m，縱向中心間距確定為1.80m，共設(shè)置4根，自仰拱封堵墻邊緣開始設(shè)置第1根，向小里程依次設(shè)置第2根至第4根。為保證鋼管柱的穩(wěn)定性，將支架基礎(chǔ)通過預(yù)埋鋼板設(shè)置在下部混凝土中。鋼管柱與邊墻上的預(yù)埋鋼板通過[20槽鋼焊接在一起形成整體，槽鋼長度為2.40m，與水平面夾角為30°，與鋼管柱連接位置距上端50cm處。鋼管柱縱向之間設(shè)置剪刀撐，使所有鋼管柱形成整體，單根斜撐長度為1.55m，與水平面夾角為45°，水平撐距柱頂高度為50～60cm。

3.3 支架驗(yàn)算

（1）荷載取值。臺車自重115t，長度為12.1m，折合10t/延米，即100kN/m；鋼筋混凝土平均容重為2.6t/m3，即26kN/m3；施工人員行走及施工材料機(jī)具堆放荷載取2.5kPa；傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載取2kPa，振搗混凝土?xí)r的荷載取2kPa。以上載荷，恒載取1.2的分項(xiàng)系數(shù)，活載取1.4的分項(xiàng)系數(shù)。

（2）鋼管材料性能及截面特性。Q235鋼彈性模量 E=2.1×1011Pa，剪切模量 G=0.81×105MPa，密度ρ=7850kg/m3；舊 Q235 鋼軸向容許應(yīng)力 [σ]=140MPa，彎曲容許應(yīng)力 [σw]=145MPa，剪切容許應(yīng)力 [στ]=85MPa。

（3）Φ630mm×8mm鋼管強(qiáng)度計(jì)算。對整個(gè)支架，采用Midas Civil建立整體模型，對支架整體結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行分析：Φ630mm×8mm鋼管最大彎應(yīng)力σ=72.3MPa＜舊 Q235 鋼拉壓容許應(yīng)力 [σw]=145MPa，滿足要求。

（4）Φ630mm×8mm穩(wěn)定性計(jì)算。對作為壓桿的Φ630mm×8mm鋼管進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，采用折減系數(shù)法：

其中：穩(wěn)定折減系數(shù)取φ=0.842，則Φ630mm×8mm鋼管最大彎應(yīng)力σ=72.3MPa＜φ[σ]=0.842×140MPa=117.88MPa，滿足要求。

4 施工工序及控制要點(diǎn)

4.1 明洞結(jié)構(gòu)施工工序

橋臺段明洞施工順序：橋梁樁基→承臺及明洞仰拱→橋臺臺身→明洞邊墻→橋臺兩側(cè)溝底混凝土→鋼管柱支架→臺車定位及加固模板→澆筑明洞混凝土→拆模→混凝土養(yǎng)護(hù)。

4.2 承臺及明洞仰拱

承臺與仰拱設(shè)計(jì)共同受力，層間設(shè)置接茬筋。施工時(shí)，將仰拱與承臺一次澆筑成型。

承臺及仰拱鋼筋一次綁扎成型，由于鋼筋重量較大，宜采用槽鋼或I14型鋼焊接形成骨架承擔(dān)鋼筋重量，避免鋼筋籠垮塌。仰拱邊墻鋼筋外露長度長短交錯(cuò)布置，錯(cuò)開間距滿足56d（d為環(huán)向主筋直徑）。在承臺及仰拱內(nèi)部設(shè)置兩層S形冷卻管，層間距為1.3m，上下兩層距離上下兩個(gè)表面間距為1.0m。冷卻管采用外徑48mm、壁厚3.5mm的鋼管，每層冷卻管有一個(gè)進(jìn)水口，兩個(gè)出水口。冷卻管安裝完畢，應(yīng)做密水檢查，保證注水時(shí)管道暢通。施工中，用水泵抽水，保證冷卻管進(jìn)水口有足夠的壓力，進(jìn)水口管的水溫相差在5～10℃，承臺從澆注起至澆注完砼后，半月內(nèi)不間斷注水。水溝兩側(cè)弧形段部分采用竹膠板+鋼管的形式加固。承臺及仰拱外模均采用鋼模板澆筑。

施工注意事項(xiàng)：（1）澆筑混凝土過程中，要加強(qiáng)混凝土振搗，尤其是下部鋼筋布置密集，須將振搗棒伸入底部進(jìn)行振搗。必要時(shí)，在綁扎鋼筋時(shí)適當(dāng)調(diào)整鋼筋間距，提前預(yù)留振搗孔。（2）嚴(yán)密監(jiān)測冷卻管的水溫，發(fā)現(xiàn)異常，立即采取應(yīng)急措施，確保承臺混凝土內(nèi)外溫差不超過20℃。所用水不宜立即循環(huán)使用，需控制水溫。（3）指派專人盯控混凝土養(yǎng)護(hù)工作?；炷翝仓瓿珊?，立即開始進(jìn)行混凝土灑水養(yǎng)護(hù)；拆模后，表面覆蓋土工布灑水濕潤養(yǎng)護(hù)。

4.3 明洞邊墻

由于橋臺段明洞與正洞段內(nèi)輪廓弧度不一致，導(dǎo)致橋臺段明洞下部邊墻只能采用簡易小鋼模施工。小鋼模長度為1.5m，寬度為0.3m。外模采用平面鋼模，長度為1.5m，寬度為1.0m。兩側(cè)邊墻鋼筋均一次綁扎到位，減少鋼筋接頭數(shù)量。預(yù)留鋼筋相鄰兩根長短交錯(cuò)布置，錯(cuò)開間距滿足56d（d為環(huán)向主筋直徑）。鋼架綁扎完成后，要根據(jù)設(shè)計(jì)位置，安裝預(yù)埋鋼板，鋼板背后的連接鋼筋要與二襯主筋焊接牢固?；炷量梢愿鶕?jù)施工情況分為3～4次澆筑完成。澆筑混凝土過程中，密切關(guān)注模板的加固情況，避免跑模。

4.4 鋼管柱支架

鋼管柱表面連接鋼板在鋼管柱安裝前焊接在鋼管柱上，采用吊車將鋼管柱安裝在預(yù)埋鋼板上。安裝過程中，自內(nèi)向外依次安裝每根立柱，將鋼管焊接在基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板上。所有柱子安裝后，經(jīng)調(diào)整無偏差后，用[20槽鋼焊接在連接鋼板上，將柱子之間及柱子與邊墻混凝土連接成整體，共同受力，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。洞口最外側(cè)的鋼管柱縱向上位于仰拱之外，每個(gè)柱子下方設(shè)置1.0m（長）×1.0m（寬）×0.5m（厚）的正方形混凝土基礎(chǔ)?；A(chǔ)置于堅(jiān)實(shí)的基巖之上，鋼管柱的長度根據(jù)現(xiàn)場基礎(chǔ)的深度，適當(dāng)加高，使所有鋼管柱頂處于同一平面內(nèi)。雙拼I40型鋼縱梁設(shè)置在鋼管柱頂部，其上放置I20型鋼枕木，間距為50cm，枕木與縱梁之間進(jìn)行點(diǎn)焊，使枕木更穩(wěn)定。施工注意事項(xiàng)：①所有構(gòu)件之間的焊縫必須飽滿，焊縫長度、寬度及厚度符合要求。②鋼管柱安裝垂直度須滿足要求。

4.5 臺車加固

將二襯臺車移動到鋼管支架上，按照設(shè)計(jì)輪廓測量放樣定位臺車。緊固側(cè)模所有絲桿，并將下部支撐桿支撐在軌道上，使臺車自重及承擔(dān)的荷載通過支撐桿傳遞至軌道上。利用[20槽鋼將臺車縱梁連接到邊墻預(yù)埋鋼板上，替代二襯斜支撐。

4.6 混凝土澆筑

采用臺車配備的滑槽將混凝土分流至兩側(cè)邊墻，實(shí)現(xiàn)臺車整體受力平衡，避免產(chǎn)生偏壓使臺車移位。首先，在混凝土澆筑過程中，安排專人監(jiān)測臺車的變形情況和模板的漏漿情況，發(fā)現(xiàn)異常情況，立即停止施工，并對臺車及鋼管柱采取槽鋼連接、鋼管斜撐等加固措施。其次，嚴(yán)格控制混凝土的坍落度，不應(yīng)超過180mm。根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，在保證能夠泵送的前提下，盡量減小混凝土坍落度。

5 結(jié)論

文章對陡峭邊坡上橋臺進(jìn)洞段明洞施工技術(shù)進(jìn)行了研究，并且現(xiàn)場已安全順利實(shí)施?？偨Y(jié)得出以下控制要點(diǎn)：（1）鋼管支架的穩(wěn)定性高，且易于加固，一般情況下，優(yōu)先采用，避免采用土石回填施工。（2）混凝土澆筑過程中，要嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度，并且密切關(guān)注臺車變形情況。（3）承臺及仰拱整體施工時(shí)，要嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)外溫差，防止混凝土產(chǎn)生開裂。