CN104329101B - 准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，包括变曲率的弧形面板、变曲率的弧形加劲肋、上缘加劲肋、下缘加劲肋，水平加劲肋和垂直加劲肋，该弧形面板为固定在弧形加劲肋上，该弧形加劲肋的上端和下端分别与上缘加劲肋、下缘加劲肋焊接固定，水平加劲肋的一端与上缘加劲肋焊接固定，另一端与垂直加劲肋焊接固定；垂直加劲肋的下端与下缘加劲肋焊接固定。本装置发明的思路清晰，施工中操作简便；本发明形成的装置安装和拆卸方便，安全可靠，经济实用，可以重复使用，最后回收残值率大于95%；可以准确控制该小半径变曲率段的曲率和仰拱厚度，并且可以实现快速化、标准化、规范化、集约化施工，便于组织流水作业。
Description
技术领域
本发明涉及隧道仰拱施工技术领域，尤其是一种准确控制隧道边墙、仰拱间小半径连接段曲率和厚度的装置。
背景技术
公路隧道最显著的结构特点是闭合扁圆环状结构，这种结构体在地下岩土中受力优势非常显著，但由于各种复杂的原因，致使隧道边墙与仰拱端头间衔接部位很大范围内高频率出现很多问题，如严重下沉、严重收敛，该部位出现裂缝，甚至隧道仰拱（道面）出现严重的隆起（包括局部凹陷）现象，严重威胁隧道安全和全寿命使用。
造成这种现象的原因除去地质原因，最主要的就是施工原因了。传统施工中对该部位重视程度不够，施工比较随意，没有认真将该衔接部位当关键部位去处理，常出现的问题有：
（1）将小半径曲线底托边墙墙脚随意改作墙脚与拱脚搭接、插接、斜接，纯粹没有按设计小半径曲率施做，改变受力结构，造成应力集中；没有形成设计结构要求的该部位圆弧连接和隧道横断面整体成环的要求。
（2）小半径曲率部位没有可靠控制措施，仅依据拱架控制，拱架安装高低不一致时，造成整个小半径曲率段受力变化。
（3）衔接部位的不按要求连接、焊接，造成拱脚衔接上下不对正，翘曲、少螺栓、螺栓不紧固等现象。
（4）混凝土在浇筑过程中存在流动性，由于混凝土振捣，加上自重，在小半径曲线段大范围形成向下、向外的蠕移，严重影响混凝土成型、凝结和强度提高，影响仰拱本身质量。
（5）小半径曲线段大范围仰拱厚度不均，影响仰拱本身，进而影响上层填充层。
（6）传统施工中，仰拱开挖后施工周期长，施工进度慢。
（7）且传统施工中边墙拱脚长时间悬空，存在安全隐患多。
（8）传统施工方法全靠人工完成，且工作强度大，生产效率低，作业质量难于保证，不利于标准化、规范化、集约化组织施工。基于以上非常直接的影响，对隧道受力和隧道工程质量造成严重影响。
《公路隧道施工技术规范》（JTJ/F60-2009）与《公路隧道施工技术细则》（JTJ/TF60-2009）只规定了仰拱及底板“厚度不小于设计”、“钢筋保护层厚度大于等于50mm”和“顶面高程允许偏差±15mm”等允许偏差的检查方面的规定，但对如何施做，更有效控制该处曲率及坡型，保证标准规范的厚度，和拱架安装的配合后保证拱架对正成环等问题并未提及。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，结构巧妙，操作简便。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，包括变曲率的弧形面板、变曲率的弧形加劲肋、上缘加劲肋、下缘加劲肋，水平加劲肋和垂直加劲肋，该弧形面板为固定在弧形加劲肋上，该弧形加劲肋的上端和下端分别与上缘加劲肋、下缘加劲肋焊接固定，水平加劲肋的一端与上缘加劲肋焊接固定，另一端与垂直加劲肋焊接固定；垂直加劲肋的下端与下缘加劲肋焊接固定。
进一步地，该弧形面板由上端的半径为100cm的弧形面板和下端的半径为1500cm的弧形面板过渡构成。
进一步地，该水平加劲肋设有若干个，且平行设置；该垂直加劲肋设有若干个，且平行设置。
进一步地，相邻的所述水平加劲肋和垂直加劲肋的连接处用角钢焊接。
进一步地，该弧形面板上设有振捣预留孔和对应的旋转盖板。
进一步地，还包括插设在地面上的定位筋，该下缘加劲肋抵靠住该定位筋。
进一步地，还包括锚固筋拉钩和钢丝绳，该锚固筋拉钩设有两个，分别固定在水平加劲肋的两侧地面上，该钢丝绳紧固地跨过水平加劲肋上端，两端分别与两个所述锚固筋拉钩固定连接。
进一步地，该钢丝绳上设有花篮螺丝。
进一步地，该弧形加劲肋上设有连接螺栓穿设的连接孔。
进一步地，在上缘加劲肋上设有限制钢丝绳位置的卡槽。
采用准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，对墙脚和拱脚小半径衔接部位进行施工控制，与仰拱传统的该部位施工相比较，具有以下优点：
1、本装置发明的思路清晰，制作简单；本发明形成的装置安装和拆卸方便，安全可靠，经济实用，可以重复使用，最后回收残值率大于95%。
2、规范了拱脚底托墙脚的构造形式，忠实的体现小半径曲率存在的圆接，保证隧道闭合扁圆环状结构的完整和合理过渡，从根本上解决了该部位的应力集中问题，避免了作为结构可能出现的严重下沉、严重收敛和出现裂缝的现象。有效解决了仰拱施工不规范，与二次衬砌成环效果差等问题。
3、有效防止了混凝土由于振捣、自重造成的流动性，杜绝了混凝土蠕移，有效保证了混凝土成型和密实，该部位质量保证措施有效。
4、施工中，可以准确控制小半径连接段的曲率和该处仰拱厚度，且方法正确，控制措施可靠，控制手段易于实现，控制效果明显。采用该装置，突破了该部位无统一规范标准的现状，保证该部位脱模后曲面线型平顺，平整度良好。
5、该装置的安装，同时提高了仰拱模板安装精度和拱架安装精度，便于仰拱模板和拱架的检查验收。对于拱架的检查起到了标尺的间接作用，如拱架安装过高，本装置无法合理安装，只有降低拱架；如拱架安装过地，则间隙过大，只有该间隙和保护层调节一致时，拱架的检查才是最符合规范要求的；这时，拱架的受力也最符合隧道闭合扁圆环状结构的受力理念。
6、同时可以避免拱脚衔接时上下不对正，翘曲、少螺栓、螺栓不紧固等现象。
7、避免了小半径曲线段大范围仰拱厚度不均，直接影响仰拱本身质量，进而影响上层填充层。
8、避免了统施工中仰拱开挖后施工周期长，施工进度慢；边墙拱脚长时间悬空，存在安全隐患多。
9、避免了传统施工方法全靠人工完成，工作强度大，生产效率低，作业质量难于保证的劣势，使用该装置后，便于标准化、规范化、集约化组织施工，便于组织流水作业。
附图说明
图1为待施做的拱墙墙脚及仰拱段横断面图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图1中B处的局部放大图；
图4为本发明装置的结构示意图；
图5为图4的纵向立面图；
图6为本发明装置的立体示意图；
图7为本发明分节连整的纵向立面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图4所示的一种准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，包括变曲率的弧形面板1、变曲率弧形加劲肋4、上缘加劲肋5、下缘加劲肋6、水平加劲肋7和垂直加劲肋8，变曲率弧形加劲肋4的上端和下端分别与上缘加劲肋5、下缘加劲肋6焊接固定，水平加劲肋7的一端与上缘加劲肋5焊接固定，另一端与垂直加劲肋8焊接固定；垂直加劲肋8的下端与下缘加劲肋6焊接固定。
其中该弧形面板与待施做的边墙与仰拱间小半径变曲率段相匹配，该待施做的拱墙墙脚及仰拱段横断面图和结构大样图，如图1、图2和图3所示。
为了实现快速、标准化施工，仰拱施工时结合结构、安全要求，全断面一次施工的最佳长度确定为3.0m。因此，该装置由纵向长度为1.5m两节通过螺栓连接而形成整体装置。根据可靠论证，如仰拱一次施工长度可增长时，只需增加1.5m的该装置通过连接螺栓19而形成整体装置。
弧形面板由两端不同半径的弧形面板弧形过度连接构成，由半径R从上边缘100cm过渡到下边缘1500cm，即图中所示的小半径的弧形面板1和大半径弧形面板20连接构成，如图4所示。
本装置制作方法
1）该装置纵向长度为1.5m；弧形面板采用厚度6mm的钢板；加劲肋为∠40×40×4的角钢。
2）每节装置长度即为面板的下料长度1.5m；根据仰拱上表面轮廓圆弧半径、弧线长度，确定面板下料宽度。
该部位曲率变化，半径R从上边缘100cm过渡到下边缘1500cm，则形成与曲率变化一致的弧长155cm，即下料宽度。将该面板采用冷弯机械加工制作成准确曲率变化的弧面板时，同时产生了水平宽2为105cm和垂直高3为73cm的构造尺寸。
3）将长155cm的∠40×40×4角钢采用冷弯机械加工制作成同曲率变化的弧形加劲肋4，按纵线间距50cm焊接在加工后的面板内侧，在面板上边缘和下边缘焊接长150cm的∠40×40×4角钢上缘加劲肋5和下缘加劲肋6，形成弧形面板的整体加劲骨架，如图5所示。
4）为了限制加劲曲面板变形、错位，准确定位和固定该装置，根据结构要求，焊接∠40×40×4角钢的水平加劲肋7（105cm）和垂直加劲肋8（高73cm），并将三道空间加劲肋用∠40×40×4角钢紧焊接。则该装置水平顶面和隧道断面水平线一致，竖面和垂线一致，该装置同时成为控制横向、纵向的基准面，如图4所示。
5）在使用中最后需要用到振捣棒，其作用半径按25cm计算，在面板上按纵向25+50+50避开加劲肋预留两排直径10cm的振捣预留孔9，用以振捣棒插入。该口设直径15cm的旋转盖板10，盖板设置旋转轴和把手，可随时旋转封口。
将上述相同结构的装置，相邻之间通过穿设弧形加劲肋4上通孔的连接螺栓19固定，和普通模板安装方法一致，如图7所示。
本发明装置安装固定方法
(1)在该装置纵向曲率最大处仰拱底面打设或焊接四根定位钢筋11，用于限制该装置向中线方向位移，通过在拱架适当部位焊接的四个Π形钢筋将该装置托起，则该装置横向和竖向完成定位。
(2)将花篮螺丝15挂在两头带丝扣的钢丝绳18上，两头分别和仰拱上的锚固筋拉钩16、拱脚上的锚固筋拉钩17挂接，并通过卡槽12，拧紧花篮螺丝15固定该装置，限制该装置左右位移，同时防止倾覆和该装置上浮。注意卡槽12、锚固筋拉钩16和17在同一横断面上，有利于受力和固定，完成定位和固定的该装置施工人员可以踩踏。
准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的施工工艺过程：
1、拱脚、仰拱开挖成型后，测量放样，根据测量情况，再次检查开挖情况，以便合理、准确安装拱架和该装置。
2、根据测量放样，按设计安装拱架或钢筋网等，根据结构尺寸，在开挖后的仰拱底面打设或在拱架上焊接四根定位钢筋11，在仰拱底面和拱脚上固定锚固筋拉钩。
3、在拱架适当部位焊接的8个Π形钢筋，安装该整体装置（长3m的两节），将该装置托起。
安装前，对该装置外表面抛光、涂刷脱模剂。检查拱架安装间距、高程、边墙墙脚与拱脚对应及连接情况，该装置安装可以明显检核拱架的安装质量。
安装时，准确检核8个Π形钢筋，装置下边缘加劲肋6卡在四根定位钢筋11上，装置横向水平，竖向垂直，通过四道花篮螺丝、两头带丝扣的钢丝绳和锚固筋拉钩固定该装置。此时，可以通过该装置顶面准确检核平面位置和高程，自检合格后请监理工程师检查验收。
逐节安装该装置，并通过连接螺栓19连成整体装置，注意节与节之间接缝平整、严密。将该装置与仰拱外侧堵头合理连接，这样的该整体装置安装后结构稳固，位置准确，线形平顺。
除过第一循环施工端头平齐外，以后循环的该装置一端固定在已成型的仰拱上，且伸入上一循仰拱10cm，因此每个循环实际施工的仰拱长度是2.9m。（论证长度可以增长时，可安装4节6.0m，每次施工5.9m）。
4、浇筑过程中，从仰拱底部开始，大致对称向两侧浇筑，按要求振捣密实，当浇筑至该装置部位时，混泥土从拱墙处注入，并通过预留孔完成混泥土振捣，至预留孔高度时即可旋转封口，逐层往上浇筑，直至完成。这样既能保证混泥土的密实，也可以完全避免流动性造成的混泥土蠕移。
5、混凝土达到拆模强度后，松开花篮螺丝，取下钢丝绳，轻轻敲击、撬动，则该装置顺利脱模。并抽移至下一待施工位置，准备继续重复作业。
实施案例
2012-2014年度，在甘肃路桥建设集团有限责任公司中标承建的十堰至天水高速公路甘肃段徽县（大石碑）至天水公路ST11合同段小川隧道、成州隧道等多座隧道工程边墙仰拱小半径连接段衔接部位施工过程中，采用该发明装置保证了隧道边墙仰拱小半径连接段衔接部位小半径曲率、厚度和施工质量满足要求，受力结构满足要求，同时间接使得模板安装、拱架安装和衔接接头连接也满足了受力要求和规范要求，该装置的使用，便于标准化、规范化、集约化组织施工，便于组织流水作业，节约了人工，提高了生产效率，促进了进度，提高了工程质量。同时，该装置的使用是对重点部位、薄弱环节开展精细化施工的一次突破性巡礼。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：包括变曲率的弧形面板、变曲率的弧形加劲肋、上缘加劲肋、下缘加劲肋，水平加劲肋和垂直加劲肋，该弧形面板为固定在弧形加劲肋上，该弧形加劲肋的上端和下端分别与上缘加劲肋、下缘加劲肋焊接固定，水平加劲肋的一端与上缘加劲肋焊接固定，另一端与垂直加劲肋焊接固定；垂直加劲肋的下端与下缘加劲肋焊接固定。
2.如权利要求1所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：该弧形面板由上端的半径为100cm的弧形面板和下端的半径为1500cm的弧形面板过渡构成。
3.如权利要求1所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：该水平加劲肋设有若干个，且平行设置；该垂直加劲肋设有若干个，且平行设置。
4.如权利要求3所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：相邻的所述水平加劲肋和垂直加劲肋的连接处用角钢焊接。
5.如权利要求1所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：该弧形面板上设有振捣预留孔和对应的旋转盖板。
6.如权利要求4所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：还包括插设在地面上的定位筋，该下缘加劲肋抵靠住该定位筋。
7.如权利要求1所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：还包括锚固筋拉钩和钢丝绳，该锚固筋拉钩设有两个，分别固定在水平加劲肋的两侧地面上，该钢丝绳紧固地跨过水平加劲肋上端，两端分别与两个所述锚固筋拉钩固定连接。
8.如权利要求7所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：该钢丝绳上设有花篮螺丝。
9.如权利要求1所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：该弧形加劲肋上设有连接螺栓穿设的连接孔。
10.如权利要求7所述准确控制隧道边墙与仰拱间小半径变曲率段曲率和厚度的装置，其特征在于：在上缘加劲肋上设有限制钢丝绳位置的卡槽。
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| CN104329101A (zh) | 2015-02-04 |
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