CN105804117B - 山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构及其施工方法，属于山区公路隧道盖挖法施工领域，其中的土拱胎模板拉杆结构主要包括设置在土拱胎上由钢模板、木模板、钢模板系杆、系杆套管和槽钢垫板所构成的套拱模板，及设置在钢模板和木模板底部的两对上、下拉杆，在木模板与钢模板之间浇筑形成套拱混凝土，然后再浇筑二次衬砌混凝土，这种山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构具有构造简单、使用方便、安全可靠、费用低廉、施工材料重复利用等优点，结合相应的施工方法能有利于减少盖挖法施工隧道边坡开挖的工程数量，节约弃土场，还具有节能减排的效果，经济效益和社会效益显著。

Description

山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种山区公路隧道盖挖法施工领域，具体是指山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构及其施工方法。

背景技术

公路隧道盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。山区公路隧道需穿越谷地和山岭底下，谷地由于覆盖层较浅，地质条件变化较大，故谷地隧道施工难度一般比山岭底下隧道要大。工程中常遇到的谷地覆盖层较薄，隧道部分高度为地质较差的土层，以下为地质稍好的风化岩层，常采用土拱胎模板套拱支护逆挖法施工，如公开的中国专利号为201110451019.4 的“盖挖逆作法土胎模的施工方法”，它提出的土胎模即土拱胎施工方法是用预留拱度方法解决土拱胎变形沉降的问题，但不能解决土拱胎和套拱钢模板整体稳定，如在开挖的边坡两侧用钢构件支撑土拱胎的套拱模板，边坡土体变形不易控制，土拱胎和套拱钢模板整体稳定也难以保证，存在安全隐患；而公开的中国专利号为201420739014.0的“山岭隧道桩拱盖挖法综合支护结构”，它是采用两排相互平行的钻孔桩措施，则费用更为高昂，而且也很难重复利用施工材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、使用方便、安全可靠、费用低廉、施工材料重复利用的山区公路隧盖挖法土拱胎模板拉杆结构及其施工方法。

本发明的技术问题通过以下技术方案实现：

一种山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，包括由地面向下开挖并修整成拱形的土拱胎和两侧的坡面，在土拱胎和坡面之间预留操作空间，所述的土拱胎外表面预留沉降量并铺设中粗砂垫层，土拱胎的两侧拱脚处均预设有套拱基础，土拱胎的外表面设有多条按照土拱胎形状铺设在中粗砂垫层上的木模板和设置在木模板外层的钢模板，该木模板和钢模板均由套拱基础顶部包裹至土拱胎的拱顶；所述的木模板底设有多根沿土拱胎外表面形状作一定间距设置的槽钢垫板，每根槽钢垫板的凹槽部均嵌入中粗砂垫层内，每根槽钢垫板上间距设置多个呈梅花形布置的钻孔；所述的钢模板底部与套拱基础顶部固定连接，钢模板顶部预留混凝土浇筑孔；所述的钢模板外表面穿入多根钢模板系杆，每根钢模板系杆再依次穿过木模板而从槽钢垫板的钻孔穿出，该钢模板系杆的两端分别固定在钢模板和槽钢垫板上，在钢模板与木模板之间的钢模板系杆外设有系杆套管，该系杆套管与钢模板、木模板的接缝处密封，所述的钢模板、木模板、钢模板系杆、系杆套管和槽钢垫板构成套拱模板，在木模板与钢模板之间浇筑形成套拱混凝土；所述的钢模板和木模板底部设有两对上拉杆和下拉杆，每对上拉杆依次穿过其中一侧的钢模板、木模板和土拱胎孔道而从另一侧的木模板和钢模板穿出，在钢模板与木模板之间的上拉杆外设有拉杆套管，该拉杆套管与钢模板、木模板的接缝处密封；每对下拉杆依次穿过其中一侧的钢模板、木模板和土拱胎孔道而从另一侧的木模板和钢模板穿出，在钢模板与木模板之间的下拉杆外设有拉杆套管，该拉杆套管与钢模板、木模板的接缝处密封；所述的钢模板外表面设有连接紧固上拉杆或下拉杆的契形垫板、拉杆螺栓。

所述的木模板为具有一定强度的条形木板，长度方向沿土拱胎环状布置，相邻木模板之间相互嵌挤，不漏水漏浆，多条木模板铺设完成后的外形与套拱混凝土底面形状相同，木模板沿隧道轴线的每单元长度S=10～12m，从套拱基础顶部包裹至土拱胎的拱顶；所述的槽钢垫板每单元长度S=10～12m，长度方向沿隧道轴线布置，每单元10～20根，10～20号规格的槽钢，每条木模板的长度和槽钢垫板的间距长度相同，即每条木模板的环向接头在槽钢顶部宽度的中心；所述的钢模板系杆直径为18～25mm圆钢筋，系杆螺栓紧固钢模板和槽钢垫板，钢模板系杆长度=套拱混凝土厚度+钢模板厚度+木模板厚度+槽钢垫板厚度+2╳螺栓固定长度，每根槽钢垫板使用钢模板系杆和系杆套管5～7根，该系杆套管为PVC套管，内径与钢模板系杆直径相同，长度与套拱混凝土厚度相同，壁厚2～3mm，具有一定的刚度，在系杆螺栓紧固下不挠曲，与钢模板底面和木模板顶面用胶带或胶泥密封不漏水漏浆。

所述的钢模板按照套拱混凝土的上顶面外形预留3～5cm的预拱度设置，为钢制模板，外围焊接工字钢或槽钢加强围檩，该钢模板沿隧道轴线的单元长度为S=10～12m，钢模板的底面与木模板的顶面之间形成套拱混凝土的高度，从套拱基础顶部包裹至土拱胎的拱顶，钢模板底部与套拱基础的预埋钢件用螺栓紧固或电焊焊接固定。

所述的上拉杆和下拉杆均为预应力螺纹钢筋制成相同结构的拉杆，直径25～32mm；所述的上拉杆依次从钢模板上的上排上拉杆预留孔、拉杆套管、木模板预留孔和钻机钻出的土拱胎孔道至另一侧的木模板预留孔、拉杆套管和钢模板上的下排上拉杆预留孔穿出；所述的下拉杆依次从钢模板上的上排下拉杆预留孔、拉杆套管、木模板预留孔和钻机钻出的土拱胎孔道至另一侧的木模板预留孔、拉杆套管和钢模板上的下排下拉杆预留孔穿出；所述的拉杆套管为PVC管，内径与上、下拉杆直径相同，壁厚2～3mm；所述的契形垫板上设有大于拉杆直径1～2mm的孔道，契形垫板外表面与拉杆垂直，以便张拉拉杆和锚固拉杆准确受力；所述的拉杆套管与钢模板、木模板紧贴，在浇筑套拱混凝土时不漏浆，套拱混凝土凝固后，拆除上、下拉杆时，拉杆从拉杆套管中容易抽出；所述钢模板上的预留孔、土拱胎孔道和木模板预留孔的每节钢模板中间位置垂直方向和水平方向各设两排预留孔，为上排上拉杆孔、上排下拉杆孔和下排上拉杆孔、下排下拉杆孔，每排的上、下拉杆孔水平间距为，垂直间距为，两排预留孔的平均高度与套拱基础顶面高度差为的取值视土拱胎的土性而定，土质较好的取小值，土质较差的取大值；所述的上拉杆和下拉杆由多节预应力螺纹钢筋用连接器连接而成，每节的长度由边坡与土拱胎之间的操作空间而定，长度为2～5m，上拉杆或下拉杆在契形垫板、拉杆螺栓外预留千斤顶张拉长度。

所述的拉杆在垂直方向和水平方向均作斜向布置，拉杆垂直方向与水平面之间的夹角为、水平方向与隧道纵向轴线成夹角。

所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构的计算模型为：每对上、下拉杆的平均高度即两排预留孔平均高度与套拱基础顶面高度差为，并与钢模板连接处节点B、C作为拉杆和钢模板圆轴线的等效计算矢高，B、C为钢模板拱轴线的等效拱脚，由于土拱胎与隧道拱轴线为三圆组合拱，钢模板为薄板壳体，为叠在土拱胎上带拉杆的弹性地基壳，精确的计算需用三维有限元进行计算，在编制初步方案阶段时，为了加快计算进度提高工作效率，不失安全性，将钢模板和每对上、下拉杆简化作为带拉杆二铰圆弧拱计算，每对上、下拉杆的平均高度作为等效拉杆，即等效拉杆轴线位置，在套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下的套拱基础垂直反力、水平反力和每对上、下拉杆等效拉力由下式计算：

公式一、

公式二、

公式一、公式二中

——分别为钢模板B、C拱脚在套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下的垂直反力，由于结构和荷载对称，；

——分别为钢模板B、C拱脚在套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下的水平反力，即每对上、下拉杆的等效拉力，由于结构和荷载对称，；

——分别为套拱混凝土和套拱模板的荷载强度，；

——每对上、下拉杆的范围为沿隧道轴线的一个计算单元长度，；

——钢模板的圆轴线半径，；

——钢模板的圆轴线矢高，；

——钢模板的圆轴线等效矢高，即每对拉杆的平均高度与钢模板连接处节点C，作为拉杆和钢模板圆轴线的等效计算矢高，，于是等效计算矢高为

为钢模板圆轴线半弧的等效圆心角，；为上拉杆与下拉杆于钢模板圆轴线处的垂直距离；为同一排中上拉杆与下拉杆中心的垂直间距，取值视土拱胎的土性而定，为下排下拉杆中心至套拱基础顶面的距离，由下拉杆的倾斜情况和施工便利确定；单位均为计，为钢模板圆轴线半弧的圆心角，；

——钢模板圆轴线等效跨径，，即每对上、下拉杆的平均高度与钢模板连接处节点BC之间的距离，，

——套拱基础与钢模板连接处拱脚的跨径，；

——等效矢跨比，即钢模板圆轴线等效矢高与钢模板圆轴线等效跨径的比，；

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板轴向变形影响的修正系数，

式中的系数为

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板材料的弹性模量，；

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板截面惯性矩，；

——每对上、下拉杆的范围为沿隧道轴线的一个计算单元长度的钢模板截面积，；

——每对上、下拉杆材料的等效弹性模量，；

——每对上、下拉杆的等效截面积，；

为了方便计算，表1列出了各矢跨比的套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下钢模板拱脚水平反力系数，各档矢跨比中间数值用内插法计算；

表1 套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下钢模板拱脚水平反力系数表

表1中

——系数，

——在套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下，沿隧道轴线的一个计算单元长度每根拉杆分担的拉力，；

——拉杆与隧道纵向轴线之间的水平夹角，；

——每对拉杆之间的水平距离, ；

——每对上、下拉杆与隧道水平面的夹角,

；

——拉杆的截面积，；

——预应力螺纹钢筋拉杆控制应力，；

在套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下，套拱基础与地基之间摩阻力承担了部分水平力，作为安全储备未计算在内。

所述的套拱混凝土为盖挖法施工的主要承载结构，根据隧道结构规模、施工条件和地质环境设钢筋或不设钢筋，并浇筑在木模板和钢模板之间的空间内。

所述的土拱胎为从地面开始开挖至地质稍好的风化岩层时，预留套拱混凝土施工范围内的土体，并作为钢模板的拱架；机械开挖至套拱混凝土所需的钢模板形状附近时，预留一定的原状土，再用人工开挖修整，以免扰动原状土体而降低土体的承载能力；视土拱胎土体的特性，土拱胎顶面预留2～3cm沉降高度,并铺设中粗砂垫层1～2cm；所述的边坡为从地面开始开挖至一定深度后为地质稍好的风化岩层时，除保留作为土拱胎用的土体外，其余开挖成保证自身稳定的坡面，该坡面与土拱胎之间留有操作空间。

所述的套拱基础为钢模板的底部支撑，为水泥混凝土结构，其中预埋一定数量和间距的钢质预埋件，作安装钢模板底部使用；所述套拱基础的地基垂直承载力满足盖挖法套拱混凝土和套拱模板的荷载要求。

一种山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤一、拟定山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构方案：

①根据盖挖法施工地段的地质钻探资料和设计图纸，拟定需开挖的边坡和土拱胎轮廓线，计算土拱胎预留沉降量；

②初拟木模板、槽钢垫板、钢模板尺寸和拉杆材料型号、直径、布置数量及形式；

③按照公式一计算套拱基础的承载力，按照公式二试算拉杆材料型号、直径、布置数量及形式，直至满足要求；

④与其他套拱混凝土施工方案分析比较，再进行下步计算；

⑤用三维有限元软件计算复核土拱胎、钢模板和拉杆受力情况，直至满足要求；

步骤二、制作木模板、槽钢垫板、钢模板和拉杆所需配件以及开展施工准备工作：

①制作木模板、钢模板，钢模板拱顶处预留10～15cm直径混凝土浇筑孔2～3个，制作拉杆，每节拉杆长度符合施工方案要求，并检验合格；

②选择所需的施工机械，拉杆预留孔钻孔钻机采用带套筒的钻杆，每节钻杆和套筒的长度与施工方案相同，校验穿心千斤顶设备；

步骤三、开挖边坡和土拱胎：

①现场测量放样，埋设沉降和水平位移控制点；

②机械开挖边坡和土拱胎，并校核地质符合情况，如地质条件有较大变化，需调整施工方案；

③土拱胎机械开挖至设计形状预留10～30cm厚度，停止机械开挖，用人工开挖修整土拱胎，以免扰动原状土体，计算复核确定的土拱胎预留沉降高度；

步骤四、浇筑混凝土套拱基础：

①模板进场检查合格后，清理干净，均匀涂刷脱模剂，人工配合汽车吊进行拼装，并在接缝处填塞止浆带防止漏水泥浆；

②钢筋和钢模板预埋件安装，并检验质量合格；

③采用C30泵送混凝土，由搅拌站集中拌制，用混凝土输送车输送，通过汽车泵泵送导入模内，浇捣确保混凝土供应连续性，一次性浇捣成型，避免出现冷茬现象，浇捣采用分层法，每层厚度控制在30cm以内，且必须在下层初凝前完成上层浇筑；

步骤五、机械钻拉杆预留孔：

①在土拱胎上测量放样，准确定位拉杆预留孔位置；

②在拉杆高度的一侧安装钻机，一个拉杆预留孔钻孔完成后，先抽出钻杆，并及时穿入拉杆，每节拉杆相互之间用拉杆连接器连接牢固，再缓慢旋转拔出钻杆套筒，以免松动土体，逐个完成土拱胎钻孔和拉杆穿入直至完成；

③在土拱胎上铺中粗砂垫层1～2cm；

步骤六、安装槽钢垫板、木模板和钢模板的整个套拱模板：

①测量放样定位槽钢垫板位置准确；

②从两侧土拱胎拱脚开始安装槽钢垫板、木模板至拱顶，槽钢垫板和木模板预留孔中穿入钢模板系杆，并紧固与槽钢垫板连接的系杆螺栓，槽钢垫板凹槽部嵌入土拱胎的中粗砂垫层内，钢模板系杆上套入系杆套管，并复核检测木模板安装质量符合要求；

③从两侧土拱胎拱脚开始安装钢模板至拱顶，钢模板上的预留孔内穿进钢模板系杆，系杆套管与木模板、钢模板结合处用胶带或胶泥密封；拉杆外套入拉杆套管，拉杆套管与木模板、钢模板结合处用胶带或胶泥密封，并复核检测钢模板安装质量符合要求；

④紧固与钢模板连接的系杆螺栓；

⑤安装拉杆端部的契形垫板，初步旋紧每对上、下拉杆的拉杆螺栓；

步骤七、穿心千斤顶张拉拉杆：

①在拉杆高度高的一侧安装穿心千斤顶张拉拉杆；

②张拉程序：张拉应力从 0开始逐渐增大至预应力螺纹钢筋控制应力的 1.05倍，持荷5min,张拉应力退至0，再张拉至，旋紧锚固拉杆螺栓；

③逐个张拉并锚固拉杆螺栓直至完成；

④检查土拱胎和钢模板变位情况，需满足整体稳定要求，变形在容许范围之内；

步骤八、浇筑套拱混凝土：

①钢模板外安装若干个附着式振动器，确保套拱混凝土的振实效果；

②混凝土运输车运送混凝土到现场，泵车混凝土输送管接入钢模板拱顶处预留的混凝土浇筑孔内，用窜筒下料防止混凝土产生离析，以及保证模板受力均匀，不发生变形；

③确保浇筑混凝土供应的连续性，一次性浇捣成型，避免出现冷茬现象，浇捣采用分层法，每层厚度控制在30cm以内，且必须在下层初凝前完成上层浇筑；

④套拱混凝土浇筑完成后铺土工布洒水养护7天；

步骤九、拆除钢模板

①从拱顶开始逐个拆除钢模板系杆的系杆螺栓，并拆除相关的钢模板；

②逐个拆除拉杆螺栓，从高处抽出拉杆，拆除全部钢模板；

③拆除的钢模板、拉杆和配件集中放置，经维护保养后周转到下一个单元施工套拱混凝土使用；

④两个单元的套拱混凝土施工完成后，在两个单元的套拱混凝土之间的伸缩沉降缝内填充橡胶条；

步骤十、覆土填盖套拱混凝土

全部套拱混凝土施工完成后，覆土填盖套拱混凝土总高度的至少三分之二或满足设计要求，对称、分层压实；

步骤十一、土拱胎内、其他风化岩层开挖和二次衬砌混凝土施工的工程内容：

①从土拱胎顶部开始，分层逐级掏挖套拱混凝土内土拱胎土体，运送至场外；

②拆除钢模板系杆的系杆螺栓，卸下槽钢垫板，抽出钢模板系杆，拆除木模板；

③完成全部隧道需要开挖的其他风化岩层，不欠挖；

④测量放样架设二次衬砌混凝土衬砌台车模板，浇筑二次衬砌混凝土；

⑤施工完成隧道内路面及其他工程内容；

在全部施工程序中，土体和边坡水平位移和沉降检测到位，并及时反馈检测结果，如有异常及时调整施工方案，确保施工安全和工程质量。

与现有技术相比，本发明设计了一种山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，该结构主要包括设置在土拱胎上由钢模板、木模板、钢模板系杆、系杆套管和槽钢垫板所构成的套拱模板，及设置在钢模板和木模板底部的两对上、下拉杆，在木模板与钢模板之间浇筑形成套拱混凝土，然后再浇筑二次衬砌混凝土，这种山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构具有构造简单、使用方便、安全可靠、费用低廉、施工材料重复利用等优点，结合相应的施工方法能有利于减少盖挖法施工隧道边坡开挖的工程数量，节约弃土场，还具有节能减排的效果，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的结构立面示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的A处放大图。

图4为图1的I-I、II-II拉杆锚固剖面图。

图5为土拱胎套拱模板和拉杆的受力计算图式。

具体实施方式

下面将按上述附图对本发明实施例再作详细说明。

如图1~图5所示，1.套拱基础、2.边坡、3.土拱胎、4.木模板、5.钢模板、51.两排预留孔、52.拉杆套管、53.钢模板系杆、54.槽钢垫板、55.系杆螺栓、56.系杆套管、61.上拉杆、62.下拉杆、63.契形垫板、64.拉杆螺栓、7.套拱混凝土、8.二次衬砌混凝土、9.地面、10.等效拉杆轴线、11.伸缩沉降缝、12.沉降量。

山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构及其施工方法，属于山区公路隧道盖挖法施工领域，主要是由地基、边坡2、土拱胎3、套拱基础1、套拱混凝土7和二次衬砌混凝土8等构造而成，还包括由钢模板5、木模板4、钢模板系杆53、系杆套管56和槽钢垫板54等构成的套拱模板，即模板体系，以及两组结构的拉杆，即上拉杆61和下拉杆62。

所述的地基为公路隧道穿越谷地时，地面9以下为地质较差的覆盖土层，继而为地质稍好的风化岩层，地基垂直承载力满足盖挖法套拱混凝土和模板体系荷载的要求。

所述的边坡2为从地面9开始开挖至一定深度后为地质稍好的风化岩层时，除保留作为土拱胎3用的土体外，其余开挖成保证自身稳定的坡面，坡面与土拱胎3之间留有一定施工操作空间。

所述的土拱胎3为从地面开始开挖至地质稍好的风化岩层时，预留供套拱混凝土7施工的套拱模板范围内的土体，以作为钢模板5的拱架；机械开挖至套拱混凝土所需的钢模板5形状附近时，预留一定的原状土，再用人工开挖修整，以免扰动原状土体而降低土体的承载能力，视土拱胎3土体的特性，顶面通常预留2～3cm沉降高度,铺中粗砂垫层1～2cm。

所述的木模板4为条形木板，长度方向沿土拱胎3环状布置，多条木模板按照土拱胎3的顶面形状依次间距铺设在土拱胎的中粗砂垫层上，木模板4底沿土拱胎外表面形状每隔一定高度铺设多根槽钢垫板54，每根槽钢垫板的凹槽部均嵌入中粗砂垫层内，多根槽钢垫板54上每隔一定距离钻孔形成梅花形布孔，从钢模板5外表面穿入钢模板系杆53，钢模板5与木模板4之间的钢模板系杆53外套PVC材料制成的系杆套管56，系杆套管与钢模板5、木模板4接缝处不漏水漏浆，钢模板系杆53两端用系杆螺栓55分别固定在钢模板5、槽钢垫板54外表面，即形成可浇筑套拱混凝土7的套拱模板、即模板体系；木模板4是具有一定强度的，相邻木模板4之间相互嵌挤密封，不漏水漏浆，铺设完成后的外形与套拱混凝土7底面相同，木模板4沿隧道轴线的每单元长度S=10～12m，从套拱基础1顶部、即土拱胎3的拱脚包裹至拱顶；槽钢垫板54的每单元长度10～12m，长度方向沿隧道轴线布置，每单元10～20根，采用10～20号规格的槽钢；每档木模板4的长度与槽钢垫板54的间距长度相同；钢模板系杆53采用直径为18～25mm的圆钢筋，系杆螺栓55紧固钢模板5和槽钢垫板54，钢模板系杆53长度=套拱混凝土厚度+钢模板厚度+木模板厚度+槽钢垫板厚度+2╳螺栓固定长度，每根槽钢垫板54使用钢模板系杆53和系杆套管5～7根；系杆套管56的内径与钢模板系杆53直径相同，长度与套拱混凝土7厚度相同，壁厚2～3mm，具有一定的刚度，在系杆螺栓55紧固下不挠曲，与钢模板5底面和木模板4顶面用胶带或胶泥密封不漏水漏浆，起到固定套拱混凝土7设计空间和拆除钢模板系杆时，钢模板系杆53不粘套拱混凝土而顺利抽出。

所述的钢模板5按照套拱混凝土7的上顶面外形预留3～5cm的预拱度设置，为钢制模板，外围焊接工字钢或槽钢加强围檩，与木模板相同都是沿隧道轴线每单元长度为S=10～12m，钢模板5的底面与木模板4的顶面之间形成套拱混凝土7的高度，从套拱基础1顶部即土拱胎3的拱脚包裹至拱顶形成拱形的套拱混凝土7外模板，钢模板5底部与套拱基础1内的预埋钢件用螺栓紧固或电焊焊接；钢模板5顶部预留数个一定尺寸的混凝土浇筑孔，待混凝土浇筑完成后封闭。

所述的套拱混凝土7为盖挖法施工的主要承载结构，根据隧道结构规模、施工条件和地质环境可以设钢筋或不设钢筋；套拱混凝土7浇筑在钢模板5与木模板4之间，下底面不能侵入后期施工的二次衬砌混凝土8界限内；每单元套拱混凝土7长度为S=10～12m，每单元之间留1～2cm伸缩沉降缝11，伸缩沉降缝内嵌入橡胶条或其他柔性填充物，起到让每单元的套拱混凝土7沉降伸缩而不漏水；钢模板系杆53和拉杆拆除后的预留孔，在后期施工二次衬砌混凝土8时，浆液从预留孔内冒出，既起到封闭预留孔不漏水的作用，还能使浇筑二次衬砌混凝土8有通气孔道，提高二次衬砌混凝土的密实度和有利于二次衬砌混凝土与套拱混凝土紧贴。

所述的上、下拉杆均为预应力螺纹钢筋制成相同结构的拉杆，直径25～32mm，上拉杆61依次从钢模板5的外表面一侧穿过钢模板上的上排上拉杆预留孔、拉杆套管52、木模板预留孔和钻机钻出的土拱胎孔道至另一侧的木模板预留孔、拉杆套管52、钢模板5上的下排上拉杆孔穿出；下拉杆62依次从钢模板5的外表面一侧穿过钢模板5上的上排下拉杆预留孔、拉杆套管52、木模板预留孔和钻机钻出的土拱胎孔道至另一侧的木模板预留孔、拉杆套管52、钢模板5上的下排下拉杆预留孔穿出；拉杆套管52为PVC管，内径与拉杆直径相同，壁厚2～3mm；再将设有孔道的契形垫板63穿进拉杆，放置在钢模板5外表面，用拉杆螺栓64紧固拉杆；所述的契形垫板63上设有的孔道大于拉杆直径1～2mm, 契形垫板63外表面与拉杆垂直，以便张拉拉杆和锚固拉杆准确受力；所述的拉杆套管52与钢模板5上的预留孔和木模板预留孔紧贴，在浇筑套拱混凝土7时不漏浆，套拱混凝土凝固后，拆除拉杆时，拉杆从拉杆套管52中容易抽出；所述钢模板5上的预留孔、土拱胎孔道和木模板预留孔每节钢模板中间位置垂直方向和水平方向各设两排预留孔51，称为上排上拉杆孔、上排下拉杆孔和下排上拉杆孔、下排下拉杆孔，两孔水平间距为，垂直间距为，两排预留孔51平均高度与套拱基础顶面高度差为的取值视土拱胎3的土性而定，土质较好的取小值，土质较差的取大值；所述的上拉杆61和下拉杆62可由多节预应力螺纹钢筋用连接器连接而成，每节的长度由边坡2与土拱胎3之间的操作空间而定，一般每节长度为2～5m，上拉杆61或下拉杆62在契形垫板63和拉杆螺栓64外预留千斤顶张拉长度。

所述的两排预留孔51平均高度与套拱基础1顶面高度差为的取值由边坡2的土质、施工环境、施工设备和施工技术确定，由于土拱胎孔道由钻机钻孔而成，实施钻孔需要一定的操作空间，实际工程中预留土拱胎与边坡2的距离一般都较小，过大的距离将增加开挖边坡的工程数量，为了使钻机钻孔操作和放置拉杆时有合适的空间，钻机从上排预留孔钻孔至下排预留孔，每对上、下拉杆也从上排预留孔穿至下排预留孔，达到减少操作空间的目的。

所述的拉杆，除了垂直方向斜向布置外，在水平方向也斜向布置，拉杆垂直方向与水平面之间的夹角为、水平方向与隧道纵向轴线成夹角，也为了使钻机钻孔操作和放置拉杆时有合适的空间，减少开挖边坡2的工程数量；拉杆的数量由土拱胎3土质经计算确定，以加强土拱胎、钢模板、套拱混凝土浇筑时的稳定性。

山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构的计算模型为：每对上、下拉杆的平均高度即两排预留孔51平均高度与套拱基础1顶面高度差为，并与钢模板5连接处节点B、C作为拉杆和钢模板圆轴线的等效计算矢高，B、C为钢模板拱轴线的等效拱脚。由于土拱胎与隧道拱轴线为三圆组合拱，钢模板体系为薄板壳体，为叠在土拱胎上带拉杆的弹性地基壳，精确的计算需用三维有限元进行计算。在编制初步方案阶段时，为了加快计算进度提高工作效率，不失安全性，将钢模板和每对上、下拉杆简化作为带拉杆二铰圆弧拱计算，如图1所示，每对上、下拉杆的平均高度作为等效拉杆，即等效拉杆轴线10位置，在套拱混凝土7和套拱模板等荷载作用下的套拱基础垂直反力、水平反力和每对上、下拉杆等效拉力由下式计算：

公式一、

公式二、

公式一、公式二中

——分别为钢模板B、C拱脚在套拱混凝土7和套拱模板的荷载作用下的垂直反力，由于结构和荷载对称，；

——分别为钢模板B、C拱脚在套拱混凝土7和套拱模板的荷载作用下的水平反力，即每对上、下拉杆的等效拉力，由于结构和荷载对称，；

——分别为套拱混凝土7和套拱模板的荷载强度，；

——每对上、下拉杆的范围为沿隧道轴线的一个计算单元长度，；

——钢模板5的圆轴线半径，；

——钢模板5的圆轴线矢高，；

——钢模板5的圆轴线等效矢高，即每对拉杆的平均高度与钢模板连接处节点C，作为拉杆和钢模板圆轴线的等效计算矢高，，于是等效计算矢高为

为钢模板圆轴线半弧的等效圆心角，；为上拉杆61与下拉杆62于钢模板圆轴线处的垂直距离；为同一排中上拉杆61与下拉杆62中心的垂直间距，取值视土拱胎3的土性而定，为下排下拉杆中心至套拱基础1顶面的距离，由下拉杆62的倾斜情况和施工便利确定；单位均为计，为钢模板圆轴线半弧的圆心角，；

——钢模板圆轴线等效跨径，，即每对上、下拉杆的平均高度与钢模板连接处节点BC之间的距离，，

——套拱基础1与钢模板5连接处拱脚的跨径，；

——等效矢跨比，即钢模板圆轴线等效矢高与钢模板圆轴线等效跨径的比，；

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板轴向变形影响的修正系数，

式中的系数为

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板材料的弹性模量，；

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板截面惯性矩，；

——每对上、下拉杆的范围为沿隧道轴线的一个计算单元长度的钢模板截面积，；

——每对上、下拉杆材料的等效弹性模量，；

——每对上、下拉杆的等效截面积，；

为了方便计算，表1列出了各矢跨比的套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下钢模板拱脚水平反力系数，各档矢跨比中间数值用内插法计算；

表1 套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下钢模板拱脚水平反力系数表

表1中

——系数，

——在套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下，沿隧道轴线的一个计算单元长度每根拉杆分担的拉力，；

——拉杆与隧道纵向轴线之间的水平夹角，；

——每对拉杆之间的水平距离, ；

——每对上、下拉杆与隧道水平面的夹角,

；

——拉杆的截面积，；

——预应力螺纹钢筋拉杆控制应力，；

在套拱混凝土7和套拱模板的荷载作用下，套拱基础7与地基之间摩阻力承担了部分水平力，作为安全储备未计算在内。

另外，结合该山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构的施工方法主要包括如下步骤：

步骤一、拟定山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构方案：

①根据盖挖法施工地段的地质钻探资料和设计图纸，拟定需开挖的边坡和土拱胎轮廓线，计算土拱胎预留沉降量；

②初拟木模板4、槽钢垫板54、钢模板5尺寸和拉杆材料型号、直径、布置数量及形式；

③按照公式一计算套拱基础1的承载力，按照公式二试算拉杆材料型号、直径、布置数量及形式，直至满足要求；

④与其他套拱混凝土7施工方案分析比较安全、适用、经济、工期等指标，选择最佳方案，如本方案是最佳方案再进行下步计算；

⑤用三维有限元软件计算复核土拱胎3、钢模板5和拉杆受力情况，直至满足要求；

步骤二、制作木模板4、槽钢垫板54、钢模板5和拉杆所需配件以及开展施工准备工作：

①制作木模板4、钢模板，钢模板5拱顶处预留10～15cm直径混凝土浇筑孔2～3个，制作拉杆，每节拉杆长度符合施工方案要求，并检验合格；

②选择所需的施工机械，拉杆预留孔钻孔钻机采用带套筒的钻杆，每节钻杆和套筒的长度与施工方案相同，校验穿心千斤顶设备；

步骤三、开挖边坡和土拱胎：

①现场测量放样，埋设沉降和水平位移控制点；

②机械开挖边坡2和土拱胎3，并校核地质符合情况，如地质条件有较大变化，需调整施工方案；

③土拱胎机械开挖至设计形状预留10～30cm厚度，停止机械开挖，用人工开挖修整土拱胎，以免扰动原状土体，计算复核确定的土拱胎预留沉降高度；

步骤四、浇筑混凝土套拱基础：

①模板进场检查合格后，清理干净，均匀涂刷脱模剂，人工配合汽车吊进行拼装，并在接缝处填塞止浆带防止漏水泥浆；

②钢筋和钢模板预埋件安装，并检验质量合格；

③采用C30泵送混凝土，由搅拌站集中拌制，用混凝土输送车输送，通过汽车泵泵送导入模内，浇捣确保混凝土供应连续性，一次性浇捣成型，避免出现冷茬现象，浇捣采用分层法，每层厚度控制在30cm以内，且必须在下层初凝前完成上层浇筑；

步骤五、机械钻拉杆预留孔：

①在土拱胎上测量放样，准确定位拉杆预留孔位置；

②在拉杆高度的一侧安装钻机，一个拉杆预留孔钻孔完成后，先抽出钻杆，并及时穿入拉杆，每节拉杆相互之间用拉杆连接器连接牢固，再缓慢旋转拔出钻杆套筒，以免松动土体，逐个完成土拱胎钻孔和拉杆穿入直至完成；

③在土拱胎上铺中粗砂垫层1～2cm；

步骤六、安装槽钢垫板、木模板和钢模板的整个套拱模板：

①测量放样定位槽钢垫板位置准确；

②从两侧土拱胎3拱脚开始安装槽钢垫板54、木模板4至拱顶，槽钢垫板54和木模板预留孔中穿入钢模板系杆53，并紧固与槽钢垫板连接的系杆螺栓55，槽钢垫板54凹槽部嵌入土拱胎的中粗砂垫层内，钢模板系杆53上套入系杆套管56，并复核检测木模板4安装质量符合要求；

③从两侧土拱胎3拱脚开始安装钢模板5至拱顶，钢模板上的预留孔内穿进钢模板系杆53，系杆套管56与木模板4、钢模板5结合处用胶带或胶泥密封；拉杆外套入PVC拉杆套管52，PVC拉杆套管与木模板4、钢模板5结合处用胶带或胶泥密封，并复核检测钢模板5安装质量符合要求；

④紧固与钢模板连接的系杆螺栓55；

⑤安装拉杆端部的契形垫板63，初步旋紧每对上、下拉杆的拉杆螺栓64；

步骤七、穿心千斤顶张拉拉杆：

①在拉杆高度高的一侧安装穿心千斤顶张拉拉杆；

②张拉程序：张拉应力从 0开始逐渐增大至预应力螺纹钢筋控制应力的 1.05倍，持荷5min,张拉应力退至0，再张拉至，旋紧锚固拉杆螺栓；

③逐个张拉并锚固拉杆螺栓直至完成；

④检查土拱胎3和钢模板5变位情况，需满足整体稳定要求，变形在容许范围之内；

步骤八、浇筑套拱混凝土：

①钢模板外安装若干个附着式振动器，确保套拱混凝土的振实效果；

②混凝土运输车运送混凝土到现场，泵车混凝土输送管接入钢模板拱顶处预留的混凝土浇筑孔内，用窜筒下料防止混凝土产生离析，以及保证模板受力均匀，不发生变形；

③确保浇筑混凝土供应的连续性，一次性浇捣成型，避免出现冷茬现象，浇捣采用分层法，每层厚度控制在30cm以内，且必须在下层初凝前完成上层浇筑；

④套拱混凝土浇筑完成后铺土工布洒水养护7天；

步骤九、拆除钢模板

①从拱顶开始逐个拆除钢模板系杆53的系杆螺栓55，并拆除相关的钢模板5；

②逐个拆除拉杆螺栓64，从高处抽出拉杆，拆除全部钢模板5；

③拆除的钢模板5、拉杆和配件集中放置，经维护保养后周转到下一个单元施工套拱混凝土使用；

④两个单元的套拱混凝土7施工完成后，在两个单元的套拱混凝土7之间的伸缩沉降缝11内填充橡胶条；

步骤十、覆土填盖套拱混凝土

全部套拱混凝土施工完成后，覆土填盖套拱混凝土7总高度的至少三分之二或满足设计要求，对称、分层压实；

步骤十一、土拱胎3内、其他风化岩层开挖和二次衬砌混凝土8施工等其他工程内容：

①从土拱胎3顶部开始，分层逐级掏挖套拱混凝土7内土拱胎土体，运送至场外；

②拆除钢模板系杆53的系杆螺栓55，卸下槽钢垫板54，抽出钢模板系杆53，拆除木模板4；

③完成全部隧道需要开挖的其他风化岩层，不欠挖；

④测量放样架设二次衬砌混凝土衬砌台车模板，浇筑二次衬砌混凝土8；

⑤施工完成隧道内路面及其他工程内容；

在全部施工程序中，土体和边坡水平位移和沉降检测到位，并及时反馈检测结果，如有异常及时调整施工方案，确保施工安全和工程质量。

本发明所述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外还应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，包括由地面（9）向下开挖并修整成拱形的土拱胎（3）和两侧的坡面，在土拱胎（3）和坡面之间预留操作空间，其特征在于：

a、所述的土拱胎（3）外表面预留沉降量（12）并铺设中粗砂垫层，土拱胎（3）的两侧拱脚处均预设有套拱基础（1），土拱胎（3）的外表面设有多条按照土拱胎（3）形状铺设在中粗砂垫层上的木模板（4）和设置在木模板外层的钢模板（5），该木模板（4）和钢模板（5）均由套拱基础（1）顶部包裹至土拱胎（3）的拱顶；

b、所述的木模板（4）底设有多根沿土拱胎（3）外表面形状作间距设置的槽钢垫板（54），每根槽钢垫板的凹槽部均嵌入中粗砂垫层内，每根槽钢垫板（54）上间距设置多个呈梅花形布置的钻孔；所述的钢模板（5）底部与套拱基础（1）顶部固定连接，钢模板（5）顶部预留混凝土浇筑孔；所述的钢模板（5）外表面穿入多根钢模板系杆（53），每根钢模板系杆再依次穿过木模板（4）而从槽钢垫板（54）的钻孔穿出，该钢模板系杆（53）的两端分别固定在钢模板（5）和槽钢垫板（54）上，在钢模板（5）与木模板（4）之间的钢模板系杆（53）外设有系杆套管（56），该系杆套管与钢模板（5）、木模板（4）的接缝处密封，所述的钢模板（5）、木模板（4）、钢模板系杆（53）、系杆套管（56）和槽钢垫板（54）构成套拱模板，在木模板（4）与钢模板（5）之间浇筑形成套拱混凝土（7）；

c、所述的钢模板（5）和木模板（4）底部设有两对上拉杆（61）和下拉杆（62），每对上拉杆（61）依次穿过其中一侧的钢模板（5）、木模板（4）和土拱胎孔道而从另一侧的木模板（4）和钢模板（5）穿出，在钢模板（5）与木模板（4）之间的上拉杆（61）外设有拉杆套管（52），该拉杆套管与钢模板（5）、木模板（4）的接缝处密封；每对下拉杆（62）依次穿过其中一侧的钢模板（5）、木模板（4）和土拱胎孔道而从另一侧的木模板（4）和钢模板（5）穿出，在钢模板（5）与木模板（4）之间的下拉杆（62）外设有拉杆套管（52），该拉杆套管与钢模板（5）、木模板（4）的接缝处密封；所述的钢模板（5）外表面设有连接紧固上拉杆（61）或下拉杆（62）的契形垫板（63）、拉杆螺栓（64）。

2.根据权利要求1所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的木模板（4）为具有一定强度的条形木板，长度方向沿土拱胎（3）环状布置，相邻木模板（4）之间相互嵌挤，不漏水漏浆，多条木模板（4）铺设完成后的外形与套拱混凝土（7）底面形状相同，木模板（4）沿隧道轴线的每单元长度S=10～12m，从套拱基础（1）顶部包裹至土拱胎（3）的拱顶；所述的槽钢垫板（54）每单元长度S=10～12m，长度方向沿隧道轴线布置，每单元10～20根，10～20号规格的槽钢，每条木模板（4）的长度和槽钢垫板（54）的间距长度相同；所述的钢模板系杆（53）直径为18～25mm圆钢筋，系杆螺栓（55）紧固钢模板（5）和槽钢垫板（54），钢模板系杆（53）长度=套拱混凝土厚度+钢模板厚度+木模板厚度+槽钢垫板厚度+2╳螺栓固定长度，每根槽钢垫板（54）使用钢模板系杆（53）和系杆套管5～7根，该系杆套管（56）为PVC套管，内径与钢模板系杆（53）直径相同，长度与套拱混凝土（7）厚度相同，壁厚2～3mm，具有一定的刚度，在系杆螺栓（55）紧固下不挠曲，与钢模板（5）底面和木模板（4）顶面用胶带或胶泥密封不漏水漏浆。

3.根据权利要求1所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的钢模板（5）按照套拱混凝土（7）的上顶面外形预留3～5cm的预拱度设置，为钢制模板，外围焊接工字钢或槽钢加强围檩，该钢模板（5）沿隧道轴线的单元长度为S=10～12m，钢模板（5）的底面与木模板（4）的顶面之间形成套拱混凝土（7）的高度，从套拱基础（1）顶部包裹至土拱胎（3）的拱顶，钢模板（5）底部与套拱基础（1）的预埋钢件用螺栓紧固或电焊焊接固定。

4.根据权利要求1所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的上拉杆（61）和下拉杆（62）均为预应力螺纹钢筋制成相同结构的拉杆，直径25～32mm；所述的上拉杆（61）依次从钢模板（5）上的上排上拉杆预留孔、拉杆套管（52）、木模板预留孔和钻机钻出的土拱胎孔道至另一侧的木模板预留孔、拉杆套管（52）和钢模板（5）上的下排上拉杆预留孔穿出；所述的下拉杆（62）依次从钢模板（5）上的上排下拉杆预留孔、拉杆套管（52）、木模板预留孔和钻机钻出的土拱胎孔道至另一侧的木模板预留孔、拉杆套管（52）和钢模板（5）上的下排下拉杆预留孔穿出；所述的拉杆套管（52）为PVC管，内径与上、下拉杆直径相同，壁厚2～3mm；所述的契形垫板（63）上设有大于拉杆直径1～2mm的孔道， 契形垫板（63）外表面与拉杆垂直，以便张拉拉杆和锚固拉杆准确受力；所述的拉杆套管（52）与钢模板（5）、木模板（4）紧贴，在浇筑套拱混凝土（7）时不漏浆，套拱混凝土（7）凝固后，拆除上、下拉杆时，拉杆从拉杆套管（52）中容易抽出；所述钢模板（5）上的预留孔、土拱胎孔道和木模板预留孔的每节钢模板（5）中间位置垂直方向和水平方向各设两排预留孔（51），为上排上拉杆孔、上排下拉杆孔和下排上拉杆孔、下排下拉杆孔，每排的上、下拉杆孔水平间距为，垂直间距为，两排预留孔（51）的平均高度与套拱基础（1）顶面高度差为的取值视土拱胎（3）的土性而定，土质较好的取小值，土质较差的取大值；所述的上拉杆（61）和下拉杆（62）由多节预应力螺纹钢筋用连接器连接而成，每节的长度由边坡（2）与土拱胎（3）之间的操作空间而定，长度为2～5m，上拉杆（61）或下拉杆（62）在契形垫板（63）、拉杆螺栓（64）外预留千斤顶张拉长度。

5.根据权利要求4所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的拉杆在垂直方向和水平方向均作斜向布置，拉杆垂直方向与水平面之间的夹角为、水平方向与隧道纵向轴线成夹角。

6.根据权利要求4所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构的计算模型为：每对上、下拉杆的平均高度即两排预留孔（51）平均高度与套拱基础（1）顶面高度差为，并与钢模板（5）连接处节点B、C作为拉杆和钢模板圆轴线的等效计算矢高，B、C为钢模板拱轴线的等效拱脚，由于土拱胎（3）与隧道拱轴线为三圆组合拱，钢模板（5）为薄板壳体，为叠在土拱胎（3）上带拉杆的弹性地基壳，精确的计算需用三维有限元进行计算，在编制初步方案阶段时，为了加快计算进度提高工作效率，不失安全性，将钢模板（5）和每对上、下拉杆简化作为带拉杆二铰圆弧拱计算，每对上、下拉杆的平均高度作为等效拉杆，即等效拉杆轴线（10）位置，在套拱混凝土（7）和套拱模板的荷载作用下的套拱基础垂直反力、水平反力和每对上、下拉杆等效拉力由下式计算：

公式一、

公式二、

公式一、公式二中

——分别为钢模板B、C拱脚在套拱混凝土（7）和套拱模板的荷载作用下的垂直反力，由于结构和荷载对称，；

——分别为钢模板B、C拱脚在套拱混凝土（7）和套拱模板的荷载作用下的水平反力，即每对上、下拉杆的等效拉力，由于结构和荷载对称，；

——分别为套拱混凝土（7）和套拱模板的荷载强度，；

——每对上、下拉杆的范围为沿隧道轴线的一个计算单元长度，；

——钢模板（5）的圆轴线半径，；

——钢模板（5）的圆轴线矢高，；

——钢模板（5）的圆轴线等效矢高，即每对拉杆的平均高度与钢模板连接处节点C，作为拉杆和钢模板圆轴线的等效计算矢高，，于是等效计算矢高为

为钢模板圆轴线半弧的等效圆心角，；为上拉杆（61）与下拉杆（62）于钢模板圆轴线处的垂直距离；为同一排中上拉杆（61）与下拉杆（62）中心的垂直间距，取值视土拱胎（3）的土性而定，为下排下拉杆中心至套拱基础（1）顶面的距离，由下拉杆（62）的倾斜情况和施工便利确定；单位均为计，为钢模板圆轴线半弧的圆心角，；

——钢模板圆轴线等效跨径，，即每对上、下拉杆的平均高度与钢模板连接处节点BC之间的距离，，

——套拱基础（1）与钢模板（5）连接处拱脚的跨径，；

——等效矢跨比，即钢模板圆轴线等效矢高与钢模板圆轴线等效跨径的比，；

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板轴向变形影响的修正系数，

式中的系数为

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板材料的弹性模量，；

——每对上、下拉杆分担距离的钢模板截面惯性矩，；

——每对上、下拉杆的范围为沿隧道轴线的一个计算单元长度的钢模板截面积，；

——每对上、下拉杆材料的等效弹性模量，；

——每对上、下拉杆的等效截面积，；

为了方便计算，表1列出了各矢跨比的套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下钢模板拱脚水平反力系数，各档矢跨比中间数值用内插法计算；

表1 套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下钢模板拱脚水平反力系数表

表1中

——系数，

——在套拱混凝土和套拱模板的荷载作用下，沿隧道轴线的一个计算单元长度每根拉杆分担的拉力，；

——拉杆与隧道纵向轴线之间的水平夹角，；

——每对拉杆之间的水平距离, ；

——每对上、下拉杆与隧道水平面的夹角,

；

——拉杆的截面积，；

——预应力螺纹钢筋拉杆控制应力，；

在套拱混凝土（7）和套拱模板的荷载作用下，套拱基础（1）与地基之间摩阻力承担了部分水平力，作为安全储备未计算在内。

7.根据权利要求1所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的套拱混凝土（7）为盖挖法施工的主要承载结构，根据隧道结构规模、施工条件和地质环境设钢筋或不设钢筋，并浇筑在木模板（4）和钢模板（5）之间的空间内。

8.根据权利要求1所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的土拱胎（3）为从地面（9）开始开挖至地质稍好的风化岩层时，预留套拱混凝土（7）施工范围内的土体，并作为钢模板（5）的拱架；机械开挖至套拱混凝土（7）所需的钢模板（5）形状附近时，预留一定的原状土，再用人工开挖修整，以免扰动原状土体而降低土体的承载能力；视土拱胎（3）土体的特性，土拱胎顶面预留2～3cm沉降高度,并铺设中粗砂垫层1～2cm；边坡（2）为从地面（9）开始开挖至一定深度后为地质稍好的风化岩层时，除保留作为土拱胎（3）用的土体外，其余开挖成保证自身稳定的坡面，该坡面与土拱胎（3）之间留有操作空间。

9.根据权利要求1所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构，其特征在于所述的套拱基础（1）为钢模板（5）的底部支撑，为水泥混凝土结构，其中预埋一定数量和间距的钢质预埋件，作安装钢模板（5）底部使用；所述套拱基础（1）的地基垂直承载力满足盖挖法套拱混凝土（7）和套拱模板的荷载要求。

10.一种应用权利要求6所述的山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构的施工方法，其特征在于该施工方法包括如下步骤：

步骤一、拟定山区公路隧道盖挖法土拱胎模板拉杆结构方案：

①根据盖挖法施工地段的地质钻探资料和设计图纸，拟定需开挖的边坡（2）和土拱胎（3）轮廓线，计算土拱胎预留沉降量（12）；

②初拟木模板（4）、槽钢垫板（54）、钢模板（5）尺寸和拉杆材料型号、直径、布置数量及形式；

③按照公式一计算套拱基础的承载力，按照公式二试算拉杆材料型号、直径、布置数量及形式，直至满足要求；

④与其他套拱混凝土（7）施工方案分析比较，再进行下步计算；

⑤用三维有限元软件计算复核土拱胎（3）、钢模板（5）和拉杆受力情况，直至满足要求；

步骤二、制作木模板（4）、槽钢垫板（54）、钢模板（5）和拉杆所需配件以及开展施工准备工作：

①制作木模板（4）、钢模板（5），钢模板拱顶处预留10～15cm直径混凝土浇筑孔2～3个，制作拉杆，每节拉杆长度符合施工方案要求，并检验合格；

②选择所需的施工机械，拉杆预留孔钻孔钻机采用带套筒的钻杆，每节钻杆和套筒的长度与施工方案相同，校验穿心千斤顶设备；

步骤三、开挖边坡和土拱胎：

①现场测量放样，埋设沉降和水平位移控制点；

②机械开挖边坡（2）和土拱胎（3），并校核地质符合情况，如地质条件有较大变化，需调整施工方案；

③土拱胎机械开挖至设计形状预留10～30cm厚度，停止机械开挖，用人工开挖修整土拱胎（3），以免扰动原状土体，计算复核确定的土拱胎预留沉降高度；

步骤四、浇筑混凝土套拱基础：

①模板进场检查合格后，清理干净，均匀涂刷脱模剂，人工配合汽车吊进行拼装，并在接缝处填塞止浆带防止漏水泥浆；

②钢筋和钢模板预埋件安装，并检验质量合格；

③采用C30泵送混凝土，由搅拌站集中拌制，用混凝土输送车输送，通过汽车泵泵送导入模内，浇捣确保混凝土供应连续性，一次性浇捣成型，避免出现冷茬现象，浇捣采用分层法，每层厚度控制在30cm以内，且必须在下层初凝前完成上层浇筑；

步骤五、机械钻拉杆预留孔：

①在土拱胎（3）上测量放样，准确定位拉杆预留孔位置；

②在拉杆高度的一侧安装钻机，一个拉杆预留孔钻孔完成后，先抽出钻杆，并及时穿入拉杆，每节拉杆相互之间用拉杆连接器连接牢固，再缓慢旋转拔出钻杆套筒，以免松动土体，逐个完成土拱胎钻孔和拉杆穿入直至完成；

③在土拱胎（3）上铺中粗砂垫层1～2cm；

步骤六、安装槽钢垫板、木模板和钢模板的整个套拱模板：

①测量放样定位槽钢垫板（54）位置准确；

②从两侧土拱胎（3）拱脚开始安装槽钢垫板（54）、木模板（4）至拱顶，槽钢垫板（54）和木模板预留孔中穿入钢模板系杆（53），并紧固与槽钢垫板（54）连接的系杆螺栓（55），槽钢垫板（54）凹槽部嵌入土拱胎（3）的中粗砂垫层内，钢模板系杆（53）上套入系杆套管（56），并复核检测木模板（4）安装质量符合要求；

③从两侧土拱胎（3）拱脚开始安装钢模板（5）至拱顶，钢模板上的预留孔内穿进钢模板系杆（53），系杆套管与木模板（4）、钢模板（5）结合处用胶带或胶泥密封；拉杆外套入拉杆套管（52），拉杆套管与木模板（4）、钢模板（5）结合处用胶带或胶泥密封，并复核检测钢模板（5）安装质量符合要求；

④紧固与钢模板（5）连接的系杆螺栓（55）；

⑤安装拉杆端部的契形垫板（63），初步旋紧每对上、下拉杆的拉杆螺栓（64）；

步骤七、穿心千斤顶张拉拉杆：

①在拉杆高度高的一侧安装穿心千斤顶张拉拉杆；

②张拉程序：张拉应力从 0开始逐渐增大至预应力螺纹钢筋控制应力的 1.05倍，持荷5min,张拉应力退至0，再张拉至，旋紧锚固拉杆螺栓；

③逐个张拉并锚固拉杆螺栓直至完成；

④检查土拱胎（3）和钢模板（5）变位情况，需满足整体稳定要求，变形在容许范围之内；

步骤八、浇筑套拱混凝土：

①钢模板（5）外安装若干个附着式振动器，确保套拱混凝土的振实效果；

②混凝土运输车运送混凝土到现场，泵车混凝土输送管接入钢模板拱顶处预留的混凝土浇筑孔内，用窜筒下料防止混凝土产生离析，以及保证模板受力均匀，不发生变形；

③确保浇筑混凝土供应的连续性，一次性浇捣成型，避免出现冷茬现象，浇捣采用分层法，每层厚度控制在30cm以内，且必须在下层初凝前完成上层浇筑；

④套拱混凝土浇筑完成后铺土工布洒水养护7天；

步骤九、拆除钢模板

①从拱顶开始逐个拆除钢模板系杆（53）的系杆螺栓（55），并拆除相关的钢模板（5）；

②逐个拆除拉杆螺栓（64），从高处抽出拉杆，拆除全部钢模板（5）；

③拆除的钢模板（5）、拉杆和配件集中放置，经维护保养后周转到下一个单元施工套拱混凝土使用；

④两个单元的套拱混凝土（7）施工完成后，在两个单元的套拱混凝土（7）之间的伸缩沉降缝（11）内填充橡胶条；

步骤十、覆土填盖套拱混凝土

全部套拱混凝土（7）施工完成后，覆土填盖套拱混凝土（7）总高度的至少三分之二或满足设计要求，对称、分层压实；

步骤十一、土拱胎内、其他风化岩层开挖和二次衬砌混凝土施工的工程内容：

①从土拱胎（3）顶部开始，分层逐级掏挖套拱混凝土（7）内土拱胎土体，运送至场外；

②拆除钢模板系杆（53）的系杆螺栓（55），卸下槽钢垫板（54），抽出钢模板系杆（53），拆除木模板（4）；

③完成全部隧道需要开挖的其他风化岩层，不欠挖；

④测量放样架设二次衬砌混凝土衬砌台车模板，浇筑二次衬砌混凝土（8）；

⑤施工完成隧道内路面及其他工程内容；

在全部施工程序中，土体和边坡水平位移和沉降检测到位，并及时反馈检测结果，如有异常及时调整施工方案，确保施工安全和工程质量。