多种特殊衬砌类型下模板台架的设计与使用

任晓琴

(中铁十二局集团第二工程有限公司,太原 030032)

当前铁路隧道通常会在隧道内设计有绝缘锚段和非绝缘锚段衬砌,类型多以下锚和隔离开关段出现,长度大多为 3～5 m。这给隧道衬砌施工提出了很多新的问题,如何能够突破传统施工方法的瓶颈,寻找新的简便的解决办法,需要在隧道施工过程中摸索和探讨,在老东山隧道施工中通过采用多变式模板台架,成功地解决了这一问题并取得了很好的施工效果,有一定的推广价值。

1 工程概况

老东山隧道为单洞双线隧道,按 160 m/km客货共线设计,并预留 200 m/km客货共线条件。隧道全长 7 578 m,衬砌类型共有 14个、12种衬砌断面;其中锚段和隔离开关段衬砌共有 4种类型、10种断面。

2 模板台架技术要求

(1)台车龙门架应设计略呈“八字形”,节点处应做加强处理。整个台车要有足够的强度、刚度;确保使用过程中不发生变形。

(2)台架走行轨道采用 43kg/m钢轨,轨距 7.3 m。

(3)枕木底在内轨顶面下 57 cm,枕木高按 20 cm、钢轨高 14 cm考虑,其他尺寸应按照确保使用方便而设计。

(4)简易台车的结构尺寸必须要同时满足整个隧道所有衬砌断面模拱的纵向和横向支撑要求,同时在每组二衬施工完毕后通过调整横向尺寸满足已完普通段二衬的净空通过问题。

(5)该台车应加工为以外力拖动行走机构带动台车行走,利用螺旋千斤顶调整模板到位和收模的隧道混凝土成型机械设备。

3 模板台架设计方案

根据老东山隧道的围岩地质情况和衬砌类型的种类等特点,普通段衬砌采用加工大断面衬砌台车完成;特殊段落衬砌采用模板台架完成。由于绝缘锚段的关系,下锚段之间的一般锚段衬砌长度无法调整,经过分析,模板台架的设计种类原则上有:Ⅴ级围岩抗震设防下锚段、Ⅴ级围岩抗震设防一般锚段、Ⅴ级围岩抗震设防隔离开关段、Ⅴ级围岩下锚段、Ⅴ级围岩一般锚段、Ⅴ级围岩隔离开关段、Ⅳ级围岩下锚段、Ⅳ级围岩一般锚段、Ⅳ级围岩隔离开关段、Ⅲ级围岩下锚段 10种;模板按照可伸缩调试长度和宽度进行综合设计(同时可实现 3、4、5 m不同长度段的二衬施工);为了减少成本开支,经过综合分析对比决定,以下锚段净空断面加工一套基础模拱,同时要考虑 2种加宽(70、50 cm),通过在基础模拱上增加相应的加宽块来解决隔离开关段和一般锚段的二衬施工。由此可以实现加工 1套模拱解决全隧 112m不同加宽值的下锚段、一般锚段和隔离开关段二衬施工的问题。模板设计形式如图1。

4 模板台架主要结构设计

台车由拱架总成、托架总成、平移机构、门架总成、从动行走机构、侧向支承千斤顶、托架支承千斤顶、门架支承千斤顶等组成。

图1 模板形式(单位:mm)

(1)拱架总成:本台车为曲边墙结构,拱架由上拱架、下拱架组成。各榀拱架通过连接梁及托架总成连成整体,拱架外拼装 3010型小模板,纵向由 4、5、6节分别组成 3、4、5m衬砌厚度,模板之间由螺栓连接。

(2)托架总成:托架总成要承受浇筑时上部混凝土及模板的自重,它上承模板、下部通过支承千斤顶传力于门架。立柱采用 I16型钢,横梁采用 I22b型钢,纵梁采用 2块钢板焊接而成的工字形梁。

(3)平移机构:本台车平移机构前后各 1套,它支撑在门架边横梁上。平移小车上的竖向螺旋千斤顶与托架纵梁相连,通过千斤顶的收缩来调整模板的竖向定位及脱模,其调整行程为 200 mm;而水平方向上的千斤顶用来调整模板的衬砌中心于隧道中心是否对中,左右可调行程为 100 mm。

(4)门架总成:门架是整个台车的主要承重构件,它由横梁、立柱及纵梁通过螺栓连接而成,各横梁及立柱间通过连接梁及斜拉杆连接。台车的主要结构件由钢板焊接制造而成,整个门架保证有足够的强度、刚度和稳定性。

(5)行走机构:行走机构为 4套从动走轮组构成,它们连接在门架纵梁上。台车行走由外力拖动,行走轮直径为 300 mm;

(6)侧向螺栓千斤顶:安装在门架上的螺栓千斤顶用来支承、调节模板位置及模板脱模,承受灌注混凝土时产生的压力。螺栓直径为 60 mm,其调整行程为200mm。

(7)托架支承千斤顶:它主要为改善浇筑混凝土时托架纵梁的受力条件,保证托架的可靠和稳定。螺杆直径为 80 mm,其调整行程为 200 mm。

(8)门架支承千斤顶:它连接在门架纵梁下面,台车工作时,它顶在轨道面上,承重台车和混凝土的质量,改善门架纵梁的受力条件,保证台车工作时门架的稳定。螺栓直径为 80 mm,其调整行程为 100mm。

5 二衬施工方案

特殊段落(Ⅲ级、Ⅳ级或Ⅴ级围岩下锚段、隔离开关段、一般锚段)二次衬砌的施工应包含两部分的内容,即两端封堵墙的施工和锚段或隔离开关段本身的二次衬砌施工。

5.1 两端封堵墙的施工

根据设计文件,封堵墙作为正洞与特殊段衬砌之间的过渡部分,为直接变化断面,不存在渐变的过程,这样,封堵墙可利用正洞衬砌台车端头进行加固、支撑、进而灌注混凝土。具体施工步骤如下。

(1)准确计算出特殊段二次衬砌端头到封堵墙之间的距离(以老东山隧道进口 DK947+630～DK947+633一般锚段为例),衬砌封堵墙端头里程为 DK947+630;在衬砌台车到达前,要及时调整正洞二衬混凝土的灌注长度,确保衬砌台车在与该位置相接的最后一板衬砌混凝土对位时,端头里程控制在 DK947+630。

(2)衬砌台车在该里程正常对位,置经纬仪于DK947+630拨法线方向,在初期支护上定出一系列法线方向点,作为挡头板方向的控制点,也就控制了封堵墙的方向。

(3)自下而上安装挡头板。挡头板采用5cm厚木板,外加横撑,横撑外以斜撑顶紧,保证不跑模。

本方法总结为一句话,也就是用渐变的大挡头板作为封堵墙的外模板进行加固施工。

5.2 特殊段二次衬砌混凝土的施工

特殊段二次衬砌施工是在封堵墙已施作以后的基础上进行的。根据以往的经验,该类衬砌应采用小模板进行混凝土灌注施工,小模板尺寸采用 100 cm×30 cm、120 cm×30 cm和 150 cm×30 cm三种配套使用。具体施工方法如下。

(1)特殊段初期支护施工完毕之后,及时进行仰拱及填充施工,施工方法同正洞施工。

(2)安装透水管并铺挂防水层、完成钢筋安装,一次安装长度为 3、4 m或 5 m。

(3)按照设计图纸进行测量放样,定出隧道中线和模拱边线点并测出高程,根据模拱加工技术交底书对测量放样成果进行计算并进行交底,确定模拱实际安装位置和尺寸。

(4)调整对位模板台架,将台架中轴线与隧中重合;模拱的安装间距为 1.0、1.2 m或 1.5 m不等,模拱之间采用 φ22 mm螺纹钢连接筋焊接加固;同时对模拱与简易台车进行连接加固,确保整体受力。

(5)模拱与简易台车之间采用型钢或方木支撑于模拱内沿,另一端支撑于简易台车外沿;为防止滑移,采用在简易台车两侧端头之间焊接通长型钢,这样另一侧支撑于该型钢上即可。

(6)支撑加固结束之后,安装小模板,小模板安装采用全断面安装,预留进浆口也就是提前取出一块钢模。进浆口预留(进浆口层可采取木板进行调节)同衬砌台车窗口位置、数量基本一致,待混凝土灌注到该位置时,再行安装,四周用卡扣再次卡住。封顶时采用拱顶某块小模板上焊接进浆管,灌注混凝土,焊接方式同衬砌台车拱顶灌注孔。

(7)待混凝土强度达到设计强度的 70%之后,拆模,前行衬砌台车重新进行下一板混凝土的施工。

5.3 施工注意事项

(1)每个工作循环完成后,检查各连接螺栓是否松动,钢销是否可靠,发现问题及时处理。

(2)每次立模时,要切实安装好所有撑地螺旋千斤顶,否则,灌注过程中会造成模板变形或跑模。

(3)灌注时,左右边模应对称灌注,保证台车受力平衡,两侧混凝土面高差不得大于 500 mm。

(4)灌注顶模过程中,要随时观察混凝土是否注满,注满后要及时停止灌注,否则会造成模板的变形。

(5)灌注时,如实际衬砌厚度超过设计许可厚度时,要对门架结构及有关支撑进行必要的加强。

(6)灌注时,混凝土升高速度不得超过 1.2m/h。

6 使用多变式衬砌模板台架与传统衬砌方法施工的比较

简易台车配合模拱及小模板施工特殊段衬砌的方案在施工时简便易操作,能很好地控制外观质量,解决传统衬砌方法导致的二衬外观质量差、偏差大等问题,同时能缩短单板混凝土施工的时间,近而能节约劳动力,降低施工成本。简易台车是门架式,其下净空能满足施工车辆正常通行,所以,特殊段衬砌施工时不影响其他车辆及工序施工,较之传统方案又能节约一大部分成本。另外,简易台车操作时较脚手架安全。由此可见,既提高了混凝土施工质量,确保了施工安全,又加快了二衬施工速度,取得了良好的施工效果和显著的经济效益。

施工效果比较见表1,经济效益见表2。

表1 施工效果

表2 经济效益

7 结语

通过统计汇总老东山隧道各种衬砌断面形式和相关尺寸并统一进行综合的分析和考虑,创造性地提出采用多变式模板台架解决多种衬砌类型下的二衬混凝土施工难题;模板台架的应用大大提高了隧道特殊段落二衬的施工速度和外观质量,节约了施工成本;有效规避了传统做法中耗费大量人力物力、功效不高、外观质量差等问题;模板台架设计和使用的思路可以延伸到更多的地下工程中使用,值得推广。

[1] 铁建设[2005]160号,客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准[S].

[2] DBJ04—253—2007,建筑工程施工安全管理标准[S].

[3] TZ214—2005,客运专线铁路隧道工程施工技术指南[S].

[4] 铁道部第二工程局.铁路工程施工技术手册[M].北京:中国铁道出版社,1999.

[5] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.