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马蹄形隧洞底拱衬砌模板结构及施工工艺研究
作者:biyeessay    发布于:2019-01-14 09:45:59    文字:【】【】【
摘要:结合实际工程特点,通过对底拱不同的衬砌方法进行总结对比,提出一种创新性的底拱衬砌方法:半敞开式施工。该方法较好的解决了马蹄形隧洞施工过程中的重难问题,同时该方法施工工序简单,实际操作难度小,加快隧洞衬砌施工速度,具有传统方法不具有的特点,在保障了项目质量和施工进度的按时完成,为隧洞衬砌提供了一种新方法,新思路。
      摘要:结合实际工程特点,通过对底拱不同的衬砌方法进行总结对比,提出一种创新性的底拱衬砌方法:半敞开式施工。该方法较好的解决了马蹄形隧洞施工过程中的重难问题,同时该方法施工工序简单,实际操作难度小,加快隧洞衬砌施工速度,具有传统方法不具有的特点,在保障了项目质量和施工进度的按时完成,为隧洞衬砌提供了一种新方法,新思路。
      关键词:底拱衬砌;模板结构;马蹄形隧洞;半敞开式施工
      1 前言
      在水利、交通、矿产等各个行业经常出现开挖隧洞的情况。在水利行业,不论输水管道和水电硐室的开挖均会出现隧洞开挖的情况。目前许多学者对开挖隧洞进行了研究。李翠霞、吴世勇等通过数值模拟手段,验证不同开挖方法和支护措施下隧洞围岩的变形量,分析总结了不同方法的优缺点。汤加双等[3]为解决柳坪电站隧洞开挖时遇到的结构不稳定问题,在隧洞开挖时采用边顶拱跟进衬砌的方法保证了隧洞的稳定。毕新等[4]以蒲石河水库进出口隧洞为例,分析了隧洞衬砌过程中产生气泡的原因并提出了解决办法,在施工过程中一些技术手段的使用可有效防止衬砌过程中气泡的产生。宋威等[5]以锦屏二级水电站为例,研究仰拱滑模在隧洞衬砌中的应用。介绍了滑模的使用方法和技术要求,有效解决了隧洞衬砌过程的一些难题。李宽[6]使用有限元数值模拟的方法研究不同情况下衬砌结构的受力特征,结果表明衬砌厚度的增加可减小衬砌结构内部的应力。肖晶[7]提出一种整体模板的方案代替传统小模板用于上海越江隧洞衬砌的施工,结合现场情况提出施工的技术要求,为类似工程提供经验。
      本文以湖北省鄂北地区水资源配置工程为例研究底拱衬砌模板结构及施工工艺,以及马蹄形隧洞衬砌施工难点问题。
      2 工程背景
      该引水工程是起点为丹江口水库,为沿线居民、工业生产生活和耕地提供所需要的用水水源问题,是一项解决鄂北地区水资源匮乏的大型民生工程。
      工程引水线路整体上为北西~南东方向。一共通过7个区、县、市。引水线路总长260多公里。
      整个引水线路中,引水隧洞约为120公里,约为线路总长的45%。其中最长的一段为16.55km。该引水隧洞位于随县,引水隧洞进口底板高程117.94m,隧洞的出口底板高程为116.44m,高差1.5m。经计算隧洞纵向坡比为1:11000,设计输水量为20.2m3/s。经过综合考虑,该隧洞断面为马蹄形,净宽5.8m,开挖直径6.8m~7.4m。
引水隧洞上层覆盖岩层最厚处为65m,最薄处为20m,隧洞属于浅埋隧洞,围岩完整性较差,隧洞稳定性一般,需做好防护措施。该隧洞围岩分类如下:Ⅲ类围岩长5.16km, 占31.2%;Ⅳ类围岩长0.74km,占4.5%;Ⅴ类围岩长10.65km,占64.4%。
      3 底拱衬砌方案比选
      水工隧洞出于水力学、结构受力要求,一般采用四心圆马蹄形断面、全断面钢筋混凝土衬砌设计。由于该引水隧洞断面面积较小,围岩类型较差,施工难度较大,因此需要综合考虑断面衬砌方法。本工程采用优先浇筑底拱,再浇筑边拱的方式进行衬砌。通过以往工程经验底拱衬砌方法有以下几种:整体底拱模板、横向滑模、纵向滑模的施工工艺,但传统工艺具有一些混凝土浇筑中容易出现的通病问题,如:气泡、蜂窝、麻面等。
      3.1 全圆针梁模板
      该方法为同时浇筑整个隧洞断面,施工工序简便,完成后浇筑混凝土无纵向施工缝,但是该法不能进行快速施工较难保障工期,混凝土浇筑完成的质量较难以保障,同时引起隧洞内交通混乱。该方法适于工程地质条件相对较好,断面尺寸较小的短距离隧洞衬砌,难以满足该项目的施工工期和质量要求。
      3.2 底拱整体模板
      这种模板方法可以保障底拱一次浇筑成型,施工工艺简便易行,同时大面积浇筑必然易引起混凝土浇筑质量难以满足要求,,必须需要通过增加工序如:翻模抹面解决,增加了施工时间,同时该法需要人工的大量工作,施工速度较慢,适于工程地质条件相对较差,断面尺寸较小的短距离隧洞衬砌,不能满足本项目的施工工期和质量要求。
      3.3 横向滑模
      模板可沿隧洞横向移动,可以解决混凝土浇筑过程中质量较差的通病,施工工艺相对较为复杂,模板横向平整度较差。适于工程地质条件相对较差,断面尺寸较大的长距离隧洞衬砌。
      3.4 纵向滑模
      模板可沿隧洞纵向移动,可以解决混凝土浇筑过程中质量较差的通病,施工工艺较为复杂,需提前订制牛腿,模板易上浮,模板纵向平整度较差。于工程地质条件相对较差,断面尺寸较大的长距离隧洞衬砌。
      3.5 比选方案
      以工程实际特点及需要为基础要求,分析以上不同方案的优劣性,提出半敞开式底拱钢模板进行底拱衬砌。该方法具有如下特点:
      (1)采用半敞开式底拱钢模板,底拱一次的浇筑长度设计为12m,平均每次浇筑时间为10h,底拱混凝土浇筑速度可达360m/月。
      (2) 采用半敞开式底拱钢模板设计,使得隧洞基础清理、钢筋安装、混凝土浇筑衬砌等作业可以同期进行,在混凝土的浇筑过程中还可以同时完成振捣、抹面、压光等作业,节约了等待时间,有助于保证质量,加快进度。
      (3)机械化程度高。混凝土运输。泵送、振捣等军可借助机械来完成,降低了人工在该工程中的比重,提高了施工速度。
      (4)由于钢模板具有极高的精确度可以有效保障浇筑混凝土尺寸的精确性。
      (5)半敞开式底拱钢模板设计,弧形段模板单块面积小、重量轻,便于安装、拆卸,方便布料、平仓、振捣。该方法能时刻察觉混凝土表面浇筑石出现的缺陷,可以做到及时处理,对于混凝土浇筑过程中出现的一些通病问题可以做到有效、及时解决。
      4 半敞开式施工工艺
      整套模板装置包括支撑系统、模板两大部分。
      4.1. 支撑系统
      支撑系统主要包括横向和纵向支撑;横向支撑为定制可伸缩钢管,排距1.5m,采用螺栓和丝扣连接,并支撑于小边墙模板下角点,以防止浇筑小边墙混凝土时模板横向收缩变形;纵向支撑主要采用2根Ф48的钢管固定在两头堵头板,中间采用木楔填塞加固,防止弧形覆模上浮。
      4.2模板
      半敞开式模板由小边墙模板和弧形覆模成,小边墙单侧模板纵向长度1.5m,高0.379m,弧形覆模单侧模板环向长1.2m,总长均为12m,模板通过螺栓连接;堵头端模采用12块定型分离式小钢模组合而成,小钢模采用螺栓连接,方便止水带安装。
      5 结论
      (1)通过分析总结了不同衬砌方法在隧洞衬砌中的优缺点及其适用范围,结合本工程的实际特点提出了一种新型的施工工艺,完美解决了隧洞衬砌过程在的通病问题。
      (2)马蹄形底拱衬砌施工面临的气泡、蜂窝、麻面等质量问题是行业内普遍存在的技术难题,通过精心组织、科学管理,不断比选弧形底拱衬砌施工方案,在施工难度大、工期紧、质量要求高、投资有限的条件下,开创性运用半敞开式浇筑工艺,发挥出其快速、高效、安全的施工优势和综合效益。
      参考文献
      [1] 李翠霞,张晓琳,张海波.暗挖隧道开挖支护施工的数值模拟研究[J].西部探矿工程,2006(S1):307-309+312.
      [2] 吴世勇,任旭华,陈祥荣,张继勋.锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计[J].岩石力学与工程学报,2005(20):179-184.
      [3] 汤加双,王陶,郑武健,周荣.圆形引水隧洞边顶拱衬砌施工技术[J].水利水电施工,2008(S1):84-87
      [4] 毕新,石忠宝.全断面钢模台车衬砌底拱气泡及水纹防治[J].吉林水利,2012(10):47-49+53.
      [5] 宋威. 仰拱滑模在引水隧洞底拱混凝土衬砌施工中的应用[A]. 贵州省岩石力学与工程学会.贵州省岩石力学与工程学会2014年学术年会论文集[C].贵州省岩石力学与工程学会:,2014:5.
      [6] 李宽. 齐热哈塔尔水电站深埋引水隧洞衬砌结构有限元分析[D].河北工程大学,2014.
      [7] 肖晶.明挖法隧道敞开段整体式侧墙钢模施工工艺研究[J].江西建材,2017(21):156+158.
 
 
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