CN101251014A - 隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土方法和仰拱栈桥装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土方法为：对隧道仰拱基础进行隔段整幅开挖、浇筑混凝土施工作业；开挖时在所开挖仰拱槽的上方安装过轨梁构成仰拱栈桥，即将过轨梁两端安装在所开挖仰拱槽相邻的仰拱槽段土渣或已完成的仰拱基础混凝土上，依次隔段进行仰拱槽段土渣开挖，并对已开挖完毕的仰拱槽依次进行混凝土浇筑及养护作业；将已养护完成的仰拱槽上方的仰拱栈桥拆移至前方待开挖的仰拱槽段或依次移至后方架设在两段已养护完成的仰拱槽基础混凝土之间，在它们之间待开挖的仰拱槽段上方重新构成仰拱栈桥，依次进行对应段仰拱槽段进行开挖、浇筑仰拱槽混凝土基础作业，实现过轨梁栈桥的循环使用，实现隧道仰拱基础的连续开挖、混凝土浇注施工。

Description

隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土方法和仰拱栈桥装置

技术领域

本发明属于隧道和地下工程的仰拱混凝土整体施工方法，主要提出了一种隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土方法和仰拱栈桥装置。

背景技术

铁路隧道轨面以下部位、其它隧道(如公路隧道)路面以下部位俗称为仰拱，隧道施工时，隧道仰拱上部的开挖、支护必须先行施工一段距离后，才有空间安排仰拱的施工，这样就存在着前方施工和后方仰拱施工的干扰问题，为了解决隧道仰拱施工与前方开挖作业面的干扰，保证运输道路通畅，以往仰拱施工大多采用半幅施工方式，即一侧通行车辆另一侧进行仰拱的开挖，仰拱是隧道的薄弱部位，这一方式不可避免地使隧道仰拱存在着纵向施工缝，破坏了仰拱结构的整体性，对于铁路客运专线，衬砌结构的底部要承受高速带来的附加动载荷，隧底的刚度及均匀性要求高，即客运专线隧道仰拱施工中不应存在着纵向施工缝，仰拱应整幅施工，同时要求极为严格的是要待仰拱混凝土强度达100％后才能承载，即是说要待混凝土强度终凝后，其上才能作为运输通道。这样一来，在仰拱开挖直至仰拱混凝土浇筑、仰护完成这一时间内，仰拱施工段就不能通行隧道前方的开挖、支护施工机械及运输车辆等，隧道前方的施工也就就无法继续进行，为了破解这一难题，隧道仰拱施工主要采取了仰拱栈桥施工技术，通过多设置仰拱栈桥，长时间架设以满足仰拱混凝土龄期及保证前方仰拱连续施工的目的，保证仰拱混凝土的施工质量，从根本上消除隧底质量隐患，并解决仰拱施工与开挖运输作业面的干扰，保证运输道路通畅。

隧道仰拱施工移动栈桥是一种两端有引桥的简单简支梁，根据栈桥前移方法目前一般采用步进式栈桥方式，步进方式的移动仰拱栈桥基本结构见图1。

栈桥外形尺寸：主桥长14M，加引桥总长30M，桥面总宽3M，总重约27t。通过车辆最大总重40t，主桥采用Q235钢材，最大荷载时应力为60MPa，为许用应力130MPa的46％，总安全系数为3.8。栈桥液压系统采用中压系统，使用压力12MPa。

步进行程1500mm，行程循环时间2分钟，步进10M约需20分钟。

采用步进式仰拱栈桥施工隧道仰拱混凝土的方法为：先用扒渣机对仰拱前方进行清渣，清出前支腿支撑(部件10)的位置后，进行仰拱栈桥就位，栈桥移动时，先由前后支腿支撑(部件2、10)，通过主桥(部件3)上的纵移油缸

(部件9)使主桥前移1.5m，然后由主桥支撑，通过前支腿油缸(部件10)回收前支腿，再通过纵移油缸使前支腿前移1.5m，以此循环，直至整个栈桥前移一个循环。

仰拱栈桥就位后，继续清理栈桥下剩余的渣土，完成后进行隧道仰拱初期支护施工，帮扎仰拱钢筋，进行仰拱衬砌混凝土灌注并进行养护，仰拱施工工艺流程为：

仰拱土方爆破→清渣→移动仰拱栈桥就位→仰拱剩渣清除→仰拱初期支护施工→仰拱钢筋绑扎→仰拱衬砌砼灌注→仰拱填充砼灌注→砼养护→进入下一循环。

采用步进式仰拱栈桥进行仰拱混凝土施工，一次仰拱混凝土灌注循环长度达到10M。采用此种方式，有效减小了仰拱施工和开挖面的施工干扰，栈桥的刚度强度满足最大满载总重的冲击以及紧急制动的冲击要求，栈桥支腿的接地结构应能适应地面的不平整或各向斜度，栈桥移动操作简便，其缺点是栈桥结构重量大，所占空间大，步进速度慢，步进行程1500mm，行程循环时间2分钟，步进10M约需20分钟。同时栈桥前移需要清渣，不能保证运输的连续畅通。

一次仰拱混凝土灌注循环长度10M，每循环时间需6天，则仰拱月进度约为50M，如要求进度较高时，需要增加多组栈桥，造价高。

发明内容

本发明的目的即是提出一种隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土方法和仰拱栈桥装置，以满足仰拱混凝土龄期及保证前方仰拱连续施工的要求，保证仰拱混凝土的施工质量，从根本上消除隧底质量隐患，并解决仰拱施工与开挖运输作业面的干扰，保证运输道路通畅。

本发明所提出的方法为：对隧道仰拱基础进行隔段整幅开挖、浇筑混凝土施工作业；开挖时在所开挖仰拱槽的上方安装过轨梁构成仰拱栈桥，即将过轨梁两端安装在所开挖仰拱槽相邻的仰拱槽段土渣或已完成的仰拱基础混凝土上，依次隔段进行仰拱槽段土渣开挖，并对已开挖完毕的仰拱槽依次进行混凝土浇筑及养护作业；将已养护完成的仰拱槽上方的仰拱栈桥拆移至前方待开挖的仰拱槽段或依次移至后方架设在两段已养护完成的仰拱槽基础混凝土之间，在它们之间待开挖的仰拱槽段上方重新构成仰拱栈桥，依次进行对应段仰拱槽段进行开挖、浇筑仰拱槽混凝土基础作业，实现过轨梁栈桥的循环使用，实现隧道仰拱基础的连续开挖、混凝土浇注施工。

本发明所述过轨梁的构成为：每片过轨梁由6根I25工字钢并排焊接构成，工字钢间距20cm，每两根工字钢中间用I16工字钢焊接联接成一个整体，梁板上面满铺8mm厚钢板，下面采用15cm宽×8mm厚钢板带将6根I25工字钢焊接联成整体结构，钢板带间距为30cm，每片过轨梁长9m，宽度1.12m，由两片过轨梁架设在所需开挖仰拱槽段的上方构成仰拱栈桥，两片过轨梁架中心距离2.15m，所构成仰拱栈桥的外缘宽度3.27m，内缘宽度1.03m。

本发明所提出的隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土方法通过采用在仰拱上方架设多幅简便的过轨梁在所需开挖的仰拱槽段上方构成仰拱栈桥，对隧道抑拱基础进行纵向隔段，横向整幅开挖，浇注混凝土施工作业，满足了仰拱混凝土龄期及保证了前方隧道作业面连续施工的需要，保证了仰拱混凝土的施工质量，从根本上消除隧底质量隐患，并解决仰拱施工与开挖运输作业面的干扰，保证了运输道路通畅。

附图说明

图1为现有步进式仰拱栈桥基本结构示意图。

图2为本发明过轨梁的结构示意图。

图3～图6为一段仰拱槽段开挖、混凝土浇筑施工步骤示意图。

图7～图12为本发明施工方法的步骤示意图。

图中，1、后引桥，2、后支腿及滑移结构，3、主桥，4、前支腿及滑移结构，5、前引桥，6、初期支护，7、仰拱衬砌，8、仰拱填充，9、纵移油缸，10、前支腿油缸，11、前引桥油缸，12、运输车，13、渣土，14、I25工字钢，15、I16工字钢，16、8mm厚钢板，17、15cm宽×8mm厚钢板带，20、洞渣，21、挖掘机，22、过轨梁，23、在开挖的仰拱土渣，24、未开挖的仰拱土渣，25、运渣车，26、仰拱初支，27、混凝土罐车，28、正灌注的仰拱混凝土，29、已完成的仰拱混凝土基础，30-1～31-4、1#～4#仰拱栈桥，31-1～31-9、1#～9#仰拱槽，32-1、1#仰拱基础混凝土浇筑，32-3、3#仰拱基础混凝土浇筑，32-5、5#仰拱基础混凝土浇筑，32-7、7#仰拱基础混凝土浇筑，32-9、9#仰拱基础混凝土浇筑，33-1、1#仰拱基础混凝土养护，33-3、3#仰拱基础混凝土养护，33-5、5#仰拱基础混凝土养护，33-7、7#仰拱基础混凝土养护，34、1#仰拱基础混凝土养护完成。

具体实施方式

结合附图给出的实施例对本发明施工方法和仰拱栈桥装置加以说明：

如图2所示，每两片过轨梁组成一幅简易的仰拱栈桥供上方的车辆通行，每片过轨梁长9米，宽度1.12m，中心距离2.15m，由两片过轨梁组成的仰拱栈桥的外缘宽度3.27m，内缘宽度1.03m。

每片过轨梁由6根I25工字钢14焊接而成，工字钢间距20cm，设6组I16工字钢15中间连接，间距1.7m，每两根I25工字钢中间用I16工字钢焊接联接成一个整体，梁板上面满铺8mm厚钢板16，下面采用15cm宽×8mm厚钢板带17将6根I25工字钢焊接联成一个整体，钢板带间距为30cm。

采用以上设计的仰拱栈桥结构进行仰拱施工，一次仰拱混凝土灌注循环达到6～7m，栈桥可以通行40t重量的车辆，其栈桥结构简单牢固，制作方便，造价低，操作工艺简单，现场安装灵活，并可配备相应数量的仰拱栈桥使仰拱具有足够的养护时间，可确保仰拱及填充混凝土的施工质量，具有广阔的推广应用前景。

如图3-图6所示，其给出一段仰拱槽开挖、浇注混凝土施工的示意；如图3所示，仰拱栈桥就位；在仰拱栈桥就位处，先用洞碴20垫平至设计标高(高出仰拱基础混凝土15cm，然后装载机21用钢丝绳将单片梁22吊起向前移动至就位置，安放平稳，再用同样的方法吊起另一片过轨梁，与先前的过轨梁高度一致，平行安放，两过轨梁端头对齐，中心间距2.15m，由此组成一幅仰拱栈桥，然后用挖掘机由栈桥上行走进行压实。

如图4所示，仰拱开挖；仰拱栈桥就位后，仰拱槽段土方23采用挖掘机开挖，局部采用松动爆破，每次开挖3m，装载机21或反铲装碴，大型自卸汽车25运输。

如图5所示，仰拱初支护；仰拱槽段开挖完毕后进行初支型钢拱架和喷射砼成环支护，仰拱型钢与上部初支型钢拱架采用螺栓连接，使拱架封闭成环，纵向采用φ22钢筋牢固焊接，钢筋环向间距1.0m。

如图6所示，清底、立模及混凝土施工；初支钢拱架成环支护后，即进行仰拱砼双层钢筋制安，清除隧底虚碴、杂物和积水，准备仰拱衬砌砼灌注。端头采用钢模板支模，要求立模尺寸必须按测量组放线及技术交底进行。模板加固牢固，防止跑模，各支撑应避免来回车辆碰撞。各竖向、纵向模板缝应成一条直线，模板表面应平整。模板表面污物应清理干净，并满涂脱模剂。

仰拱砼施工应严格按砼施工规范进行，计量准确。砼由拌合站生产，砼运输车27运输至仰拱工作面，通过砼缩槽送至仰拱模板内，边浇灌边捣固密实。

混凝土养护及栈桥移动；混凝土28浇注完毕后，进行洒水养护，达到行车强度后，移动仰拱栈桥进入下一节仰拱施工。上述开挖及初支护、混凝土施工养护的具体施工工艺与现有隧道仰拱基础施工方法相同。

下面以某隧道仰拱施工为例对本发明采用多幅过轨梁栈桥进行仰拱施工的方法加以具体说明：

某单线隧道掌子面开挖平均月进尺120m，要求仰拱混凝土整幅施工。

采用9m长过轨梁栈桥进行仰拱施工，每循环施工6～7m，仰拱施工作业循环时间为2d，测定混凝土的养护时间为4d能达到行车要求，亦就是说，一幅仰拱自土石方开挖至仰拱混凝土达到行车要求需要6d时间。在这期间，仰拱槽段上方栈桥不得拆除，需继续保护通行状态。由此可得出一幅仰拱栈桥一个月施工能力约为6*5＝30m。

掌子面开挖平均月进尺120m，要仰拱施工与掌子面开挖进度相匹配，需4幅仰拱栈桥才能满足仰拱施工进度及满足仰拱混凝土龄期要求。具体安排如下：

如图7所示，第一循环仰拱施工：第1d在1#仰拱槽31-1上方用过轨梁架设1号栈桥30-1，进行1#仰拱槽土体的开挖；

如图8所示，第2d 1#仰拱槽土体开挖完成，进行初期支护后灌注1#仰拱槽的仰拱混凝土32-1，同时在3#仰拱槽31-3上方用过轨梁架设2号栈桥30-2，进行3#仰拱槽土体的开挖；

如图9所示，第3d，1#仰拱槽的仰拱混凝土灌注完成后开始养护33-1，而3#仰拱槽土体开挖完成，进行初期支护后可以灌注3#仰拱槽的仰拱混凝土32-3，同时在5#仰拱槽31-5上方用过轨梁架设3号栈桥30-3，进行5#仰拱槽土体的开挖；

如图10所示，第4d 1#仰拱槽的仰拱混凝土灌注继续养护，3#仰拱槽的仰拱混凝土也开始进行养护33-3，而5#仰拱槽土体开挖也已完成，进行初期支护后可以灌注5#仰拱槽的仰拱混凝土32-5，同时在7#仰拱槽31-7上方用过轨梁架设4号栈桥30-4，进行7#仰拱槽土体的开挖；

第5～6d，1#、3#、5#、7#仰拱混凝土继续进行养护，在此期间，所有4个仰拱槽段上方的仰拱栈桥均保持通行状态，即第一循环(1～6d)期间所有仰拱槽上方栈桥不拆除。

如图11所示，第二循环仰拱施工，第7d时，即可移动原架设于1#仰拱槽上方的栈桥30-1至9#仰拱槽31-9上方，开始9#仰拱槽施工，其时1#仰拱基础混凝土34已达强度要求，车辆可通行，如图12所示，第8d时，移动原架设于3#仰拱槽上方的栈桥30-2至2#仰拱槽31-2上方，开始2#仰拱槽施工，以此类推依次完成其它仰拱槽段的施工。多幅仰拱施工时栈桥布置见图7～图12。如果要求进度加快，可以再增加过轨栈桥进行平行作业。

Claims (2)

1、一种隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土方法，其特征是：对隧道仰拱基础进行隔段整幅开挖、浇筑混凝土施工作业；开挖时在所开挖仰拱槽的上方安装过轨梁构成仰拱栈桥，即将过轨梁两端安装在所开挖仰拱槽相邻的仰拱槽段土渣或已完成的仰拱基础混凝土上，依次隔段进行仰拱槽段土渣开挖，并对已开挖完毕的仰拱槽依次进行混凝土浇筑及养护作业；将已养护完成的仰拱槽上方的仰拱栈桥拆移至前方待开挖的仰拱槽段或依次移至后方架设在两段已养护完成的仰拱槽基础混凝土之间，在它们之间待开挖的仰拱槽段上方重新构成仰拱栈桥，依次进行对应段仰拱槽段进行开挖、浇筑仰拱槽混凝土基础作业，实现过轨梁栈桥的循环使用，实现隧道仰拱基础的连续开挖、混凝土浇注施工。

2、一种隧道仰拱基础隔段整幅开挖、浇筑混凝土施工中的仰拱栈桥装置，其特征是：每幅仰拱栈桥由两片过轨梁架设在所需开挖仰拱槽段的上方构成，每片过轨梁由6根I25工字钢并排焊接构成，工字钢间距20cm，每两根工字钢中间用I16工字钢焊接联接成一个整体，梁板上面满铺8mm厚钢板，下面采用15cm宽×8mm厚钢板带将6根I25工字钢焊接联成整体结构，钢板带间距为30cm，每片过轨梁长9m，宽度1.12m，两片过轨梁架中心距离2.15m，所构成仰拱栈桥的外缘宽度3.27m，内缘宽度1.03m。

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