CN113090285A - 隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，包括步骤：一、二次衬砌钢筋骨架的绑扎及受力支撑；二、预制二次衬砌钢筋骨架定型构件；三、确定二次衬砌钢筋骨架定型构件的放样位置；四、定型钢筋的折弯；五、二次衬砌钢筋骨架定型构件与二次衬砌钢筋骨架的连接；六、二次衬砌钢筋保护层控制及受力转换。本发明通过在二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段设置二次衬砌钢筋骨架定型构件，有效约束了二次衬砌钢筋的侧部形变，进而克服了拱部钢筋段由于自重原因的下沉，有效解决了隧道二次衬砌钢筋施工保护层厚度控制的难题，使钢筋在其该在的位置，以确保二次衬砌钢筋混凝土的承载能力。

Description

隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法
技术领域
本发明属于隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换的更换技术领域，具体涉及一种隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法。
背景技术
复合衬砌是用锚喷作初期支护，模筑混凝土做二次衬砌的一种复合式衬砌结构形式。是以新奥法为基础进行设计和施工的一种支护结构，在国内外的地下工程中得到了普遍的应用。复合式衬砌中初期支护是主要受力结构，二次衬砌的作用将视围岩特性而异，在坚固地层中，二次衬砌仅作为安全储备；在软弱大变形围岩中，二次衬砌不再是一种单纯的安全储备，也是受力结构的一个重要组成部分。在隧道二次衬砌施工过程中，若对钢筋保护层控制不当，易造成钢筋保护层厚度过大或不足，严重影响二次衬砌作为结构的承载能力。特别是对于大断面隧道二次衬砌施工时，因钢筋自重导致的拱顶钢筋骨架下沉，保护厚度不足极易造成隧道拱部二次衬砌钢筋开裂、主筋外露与锈蚀等问题，大大缩减了隧道二次衬砌的使用年限。为保障软岩大变形隧道耐久性符合设计年限要求，确保隧道无质量安全隐患，需要对二次衬砌钢筋骨架厚度进行有效控制。
隧道二次衬砌钢筋混凝土施工与桥梁等其他混凝土施工差异较大，常规结构混凝土施工钢筋绑扎条件好，而隧道二次衬砌施工钢筋绑扎条件差，需先绑钢筋后支模，导致钢筋骨架受力支撑体系存在很大的差别，变形规律也不同。现有二次衬砌钢筋绑扎工序为：
①首先准确测量，用全站仪，每断面9个点，每组放三个断面；
②准确放样(断面凹凸、尺寸不同)，在钢筋平台上搭设固定钢筋的临时支撑，3个断面共27处，详见图1；
③绑定位钢筋，绑扎顺序为先外圈、后内圈；
④拉线加密其它钢筋，并按照要求完成剩余钢筋绑扎；
⑤钢筋内层挂设5cm厚砂浆块；
⑥二次衬砌钢筋绑扎完成形成整体钢筋骨架后，拆除安装于钢筋平台上的钢筋临时支撑，作业台车前移二次衬砌模板台车驶入。
现有技术存在的缺点和不足：
第一，二次衬砌钢筋绑扎初期钢筋自重荷载主要由临时支撑承担，随着二次衬砌钢筋骨架的逐渐形成，钢筋重力荷载将由临时支撑和钢筋骨架共同承担，二次衬砌钢筋骨架绑扎完成，拆除位于作业平台上的二次衬砌钢筋临时支撑后，钢筋自重荷载将全部由钢筋骨架承担。由于钢筋骨架刚度较小，必然会引起两侧拱墙沿隧道径向的位移，造成拱顶段钢筋下沉，如图2所示，钢筋骨架的变形，导致拱顶内侧保护层厚度超出规范要求的最小值，两侧拱墙位置内侧钢筋保护层过大的问题，未能达到设计目的，最终造成二次衬砌内部应力分布发生变化，表面裂纹严重。
第二，当隧道初支表面不平整时，拱墙两侧约束变小，变形加剧，会导致二次衬砌模板台车安装困难，严重时会导致钢筋骨架发生坍塌。
第三，因钢筋骨架缺少约束，在混凝土浇筑时会造成二次衬砌钢筋骨架位置进一步发生变化，部分隧道拱顶二次衬砌钢筋明显露筋。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，通过在二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段设置二次衬砌钢筋骨架定型构件，有效约束了二次衬砌钢筋的侧部形变，进而克服了拱部钢筋段由于自重原因的下沉，有效解决了隧道二次衬砌钢筋施工保护层厚度控制的难题，使钢筋在其该在的位置，以确保二次衬砌钢筋混凝土的承载能力，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、二次衬砌钢筋骨架的绑扎及受力支撑：利用钢筋绑扎平台作为支撑点，搭设临时支撑杆，并按照设计要求施工二次衬砌钢筋骨架，实现钢筋绑扎平台和临时支撑杆对二次衬砌钢筋骨架的受力支撑；
步骤二、预制二次衬砌钢筋骨架定型构件：在工厂内批量预制二次衬砌钢筋骨架定型构件；
所述二次衬砌钢筋骨架定型构件包括缓冲垫、与缓冲垫抵接的钢垫板和与钢垫板一体连接的定型钢筋；
步骤三、确定二次衬砌钢筋骨架定型构件的放样位置，过程如下：
步骤301、对二次衬砌钢筋骨架进行受力区域化分，二次衬砌钢筋骨架包括底部定型钢筋段、拱部钢筋段和两个侧部阔撑钢筋段；
步骤302、沿二次衬砌钢筋骨架长度方向在其侧部阔撑钢筋段区域设置多个二次衬砌钢筋骨架定型构件，确定二次衬砌钢筋骨架定型构件的放样位置；
步骤303、在确定的二次衬砌钢筋骨架定型构件的放样位置对应的初期支护表面上安装二次衬砌钢筋骨架定型构件的缓冲垫；
步骤四、定型钢筋的折弯：根据每个缓冲垫与二次衬砌钢筋骨架内层钢筋的距离，折弯对应位置处二次衬砌钢筋骨架定型构件的定型钢筋；
定型钢筋折弯后由定型钢筋支撑段和定型钢筋顶推段组成；
步骤五、二次衬砌钢筋骨架定型构件与二次衬砌钢筋骨架的连接：将钢垫板与对应位置处的缓冲垫抵接，将定型钢筋顶推段与二次衬砌钢筋骨架固定连接，实现二次衬砌钢筋骨架定型构件与二次衬砌钢筋骨架的连接；
步骤六、二次衬砌钢筋保护层控制及受力转换：二次衬砌钢筋骨架定型构件安装完成并进行逐点检查合格后，拆除临时支撑杆，二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段通过多个二次衬砌钢筋骨架定型构件顶推初期支护表面，完成二次衬砌钢筋骨架的受力转换，同时保持二次衬砌钢筋骨架原位不动，钢筋绑扎平台驶出，模板台车驶入，浇筑混凝土，实现二次衬砌钢筋保护层的厚度控制。
上述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述缓冲垫为橡胶缓冲垫。
上述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述橡胶缓冲垫与初期支护表面的防水层热熔连接或冷粘连接。
上述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述钢垫板和定型钢筋加工制作为一体。
上述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述定型钢筋支撑段和定型钢筋顶推段组成L形的折弯后的定型钢筋。
上述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：步骤四中，利用折弯机现场折弯定型钢筋。
上述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：步骤302中，多个二次衬砌钢筋骨架定型构件沿侧部阔撑钢筋段区域周向和长度方向设置，沿侧部阔撑钢筋段区域周向上相邻的两个二次衬砌钢筋骨架定型构件之间间距为2m～3m，沿侧部阔撑钢筋段区域长度方向上相邻的两个二次衬砌钢筋骨架定型构件之间间距为1.5m～2.5m。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段设置二次衬砌钢筋骨架定型构件，二次衬砌钢筋骨架的临时支撑杆拆除后，二次衬砌钢筋骨架受力体系转换后，二次衬砌钢筋骨架不变形，可以有效控制临时支撑杆拆除后二次衬砌钢筋骨架的变形量，保证模板台车的顺利安装，减小二次衬砌保护层厚度的偏差，便于推广使用。
2、本发明二次衬砌钢筋骨架的临时支撑杆拆除后，二次衬砌钢筋骨架在重力荷载作用下，两个侧部阔撑钢筋段位置钢筋沿隧道径向位移，二次衬砌钢筋骨架定型构件对其提供径向刚性约束，提高二次衬砌钢筋骨架的抗变形能力，保证二次衬砌钢筋混凝土浇筑过程中钢筋位置的准确性性，可靠稳定性，使用效果好。
3、本发明方法步骤简单，通过在二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段设置二次衬砌钢筋骨架定型构件，有效约束了二次衬砌钢筋的侧部形变，进而克服了拱部钢筋段由于自重原因的下沉，拱顶以及拱墙位置保护层厚度得到有效控制，减小二次衬砌钢筋混凝土因保护层问题导致的开裂、露筋风险，提高隧道二衬钢筋混凝土结构的耐久性，解决了软岩大变形隧道二次衬砌钢筋安装后的变形问题，提高了二衬钢筋混凝土结构保护层厚度控制的精度，保证二衬钢筋混凝土结构整体的施工质量，便于推广使用。
综上所述，本发明通过在二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段设置二次衬砌钢筋骨架定型构件，有效约束了二次衬砌钢筋的侧部形变，进而克服了拱部钢筋段由于自重原因的下沉，有效解决了隧道二次衬砌钢筋施工保护层厚度控制的难题，使钢筋在其该在的位置，以确保二次衬砌钢筋混凝土的承载能力，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有技术中二次衬砌钢筋绑扎的结构示意图。
图2为现有技术中钢筋骨架受力变形图。
图3为本发明二次衬砌钢筋保护层控制及受力转换的结构示意图。
图4为本发明二次衬砌钢筋骨架定型构件的结构示意图。
图5为本发明二次衬砌钢筋骨架定型构件折弯的一种示意图。
图6为本发明二次衬砌钢筋骨架定型构件折弯的另一种示意图。
图7为本发明的方法流程框图。
附图标记说明:
1—钢筋绑扎平台； 2—临时支撑杆； 3—初期支护；
4—二次衬砌钢筋骨架； 5—二次衬砌钢筋骨架定型构件；
5-1—缓冲垫； 5-2—钢垫板； 5-3—定型钢筋；
5-3-1—定型钢筋支撑段； 5-3-2—定型钢筋顶推段。
具体实施方式
如图3至图7所示，本发明的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，包括以下步骤：
步骤一、二次衬砌钢筋骨架的绑扎及受力支撑：利用钢筋绑扎平台1作为支撑点，搭设临时支撑杆2，并按照设计要求施工二次衬砌钢筋骨架4，实现钢筋绑扎平台1和临时支撑杆2对二次衬砌钢筋骨架4的受力支撑；
步骤二、预制二次衬砌钢筋骨架定型构件：在工厂内批量预制二次衬砌钢筋骨架定型构件5；
所述二次衬砌钢筋骨架定型构件5包括缓冲垫5-1、与缓冲垫5-1抵接的钢垫板5-2和与钢垫板5-2一体连接的定型钢筋5-3；
步骤三、确定二次衬砌钢筋骨架定型构件的放样位置，过程如下：
步骤301、对二次衬砌钢筋骨架4进行受力区域化分，二次衬砌钢筋骨架4包括底部定型钢筋段、拱部钢筋段和两个侧部阔撑钢筋段；
步骤302、沿二次衬砌钢筋骨架4长度方向在其侧部阔撑钢筋段区域设置多个二次衬砌钢筋骨架定型构件5，确定二次衬砌钢筋骨架定型构件5的放样位置；
步骤303、在确定的二次衬砌钢筋骨架定型构件5的放样位置对应的初期支护3表面上安装二次衬砌钢筋骨架定型构件5的缓冲垫5-1；
步骤四、定型钢筋的折弯：根据每个缓冲垫5-1与二次衬砌钢筋骨架4内层钢筋的距离，折弯对应位置处二次衬砌钢筋骨架定型构件5的定型钢筋5-3；
需要说明的是，隧道在施工过程中，隧道初支表面不平整是常有的现象，当隧道初支表面不平整时，拱墙两侧约束变小，变形加剧，会导致二次衬砌模板台车安装困难，严重时会导致钢筋骨架发生坍塌，根据每个缓冲垫5-1与二次衬砌钢筋骨架4内层钢筋的距离，折弯对应位置处二次衬砌钢筋骨架定型构件5的定型钢筋5-3，实现二次衬砌钢筋骨架4在原位定型，提高了二衬钢筋混凝土结构保护层厚度控制的精度，保证二衬钢筋混凝土结构整体的施工质量。
实际操作中，图5中定型钢筋支撑段5-3-1的长度大于图6中定型钢筋支撑段5-3-1的长度，当缓冲垫5-1与二次衬砌钢筋骨架4内层钢筋的距离较远时，定型钢筋5-3弯折后定型钢筋支撑段5-3-1的长度长，如图5所示；当缓冲垫5-1与二次衬砌钢筋骨架4内层钢筋的距离较近时，定型钢筋5-3弯折后定型钢筋支撑段5-3-1的长度短，如图6所示。
定型钢筋5-3折弯后由定型钢筋支撑段5-3-1和定型钢筋顶推段5-3-2组成；
步骤五、二次衬砌钢筋骨架定型构件与二次衬砌钢筋骨架的连接：将钢垫板5-2与对应位置处的缓冲垫5-1抵接，将定型钢筋顶推段5-3-2与二次衬砌钢筋骨架4固定连接，实现二次衬砌钢筋骨架定型构件5与二次衬砌钢筋骨架4的连接；
需要说明的是，施工过程中将定型钢筋顶推段5-3-2与二次衬砌钢筋骨架4焊接，实现二次衬砌钢筋骨架定型构件5与二次衬砌钢筋骨架4的连接。
步骤六、二次衬砌钢筋保护层控制及受力转换：二次衬砌钢筋骨架定型构件5安装完成并进行逐点检查合格后，拆除临时支撑杆2，二次衬砌钢筋骨架4的两个侧部阔撑钢筋段通过多个二次衬砌钢筋骨架定型构件5顶推初期支护3表面，完成二次衬砌钢筋骨架4的受力转换，同时保持二次衬砌钢筋骨架4原位不动，钢筋绑扎平台1驶出，模板台车驶入，浇筑混凝土，实现二次衬砌钢筋保护层的厚度控制。
需要说明的是，通过在二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段设置二次衬砌钢筋骨架定型构件，二次衬砌钢筋骨架的临时支撑杆拆除后，二次衬砌钢筋骨架受力体系转换后，二次衬砌钢筋骨架不变形，可以有效控制临时支撑杆拆除后二次衬砌钢筋骨架的变形量，保证模板台车的顺利安装，减小二次衬砌保护层厚度的偏差；二次衬砌钢筋骨架的临时支撑杆拆除后，二次衬砌钢筋骨架在重力荷载作用下，两个侧部阔撑钢筋段位置钢筋沿隧道径向位移，二次衬砌钢筋骨架定型构件对其提供径向刚性约束，提高二次衬砌钢筋骨架的抗变形能力，保证二次衬砌钢筋混凝土浇筑过程中钢筋位置的准确性性，可靠稳定性；通过在二次衬砌钢筋骨架的两个侧部阔撑钢筋段设置二次衬砌钢筋骨架定型构件，有效约束了二次衬砌钢筋的侧部形变，进而克服了拱部钢筋段由于自重原因的下沉，拱顶以及拱墙位置保护层厚度得到有效控制，减小二次衬砌钢筋混凝土因保护层问题导致的开裂、露筋风险，提高隧道二衬钢筋混凝土结构的耐久性，解决了软岩大变形隧道二次衬砌钢筋安装后的变形问题，提高了二衬钢筋混凝土结构保护层厚度控制的精度，保证二衬钢筋混凝土结构整体的施工质量。
本实施例中，所述缓冲垫5-1为橡胶缓冲垫。
本实施例中，所述橡胶缓冲垫与初期支护3表面的防水层热熔连接或冷粘连接。
需要说明的是，缓冲垫5-1为橡胶缓冲垫，避免缓冲垫对初期支护3表面的防水层的破坏。
本实施例中，所述钢垫板5-2和定型钢筋5-3加工制作为一体。
本实施例中，所述定型钢筋支撑段5-3-1和定型钢筋顶推段5-3-2组成L形的折弯后的定型钢筋5-3。
本实施例中，步骤四中，利用折弯机现场折弯定型钢筋5-3。
本实施例中，步骤302中，多个二次衬砌钢筋骨架定型构件5沿侧部阔撑钢筋段区域周向和长度方向设置，沿侧部阔撑钢筋段区域周向上相邻的两个二次衬砌钢筋骨架定型构件5之间间距为2m～3m，沿侧部阔撑钢筋段区域长度方向上相邻的两个二次衬砌钢筋骨架定型构件5之间间距为1.5m～2.5m。
本发明使用时，缓冲垫5-1，厚度20mm，与初期支护3表面的防水层面接触，起缓冲和应力扩散作用，防止二次衬砌钢筋骨架定型构件5对防水层造成破坏；钢垫块5-2，厚度20mm，直径约80mm，抵接于缓冲垫5-1，主要起应力扩散和提高钢筋骨架稳定性的作用；定型钢筋5-3，直径28mm，端部设置弯折部，是主要受力构件，起连接和支撑二次衬砌内外层钢筋骨架的作用；通过二次衬砌钢筋骨架定型构件5约束二次衬砌钢筋骨架拱墙的水平位移，减小临时支撑杆拆除后钢筋骨架的变形量，同时，提高骨架的抗干扰能力，保证混凝土浇筑过程中二衬钢筋位置正确，有效控制二次衬砌钢筋骨架厚度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、二次衬砌钢筋骨架的绑扎及受力支撑：利用钢筋绑扎平台(1)作为支撑点，搭设临时支撑杆(2)，并按照设计要求施工二次衬砌钢筋骨架(4)，实现钢筋绑扎平台(1)和临时支撑杆(2)对二次衬砌钢筋骨架(4)的受力支撑；
步骤二、预制二次衬砌钢筋骨架定型构件：在工厂内批量预制二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)；
所述二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)包括缓冲垫(5-1)、与缓冲垫(5-1)抵接的钢垫板(5-2)和与钢垫板(5-2)一体连接的定型钢筋(5-3)；
步骤三、确定二次衬砌钢筋骨架定型构件的放样位置，过程如下：
步骤301、对二次衬砌钢筋骨架(4)进行受力区域化分，二次衬砌钢筋骨架(4)包括底部定型钢筋段、拱部钢筋段和两个侧部阔撑钢筋段；
步骤302、沿二次衬砌钢筋骨架(4)长度方向在其侧部阔撑钢筋段区域设置多个二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)，确定二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)的放样位置；
步骤303、在确定的二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)的放样位置对应的初期支护(3)表面上安装二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)的缓冲垫(5-1)；
步骤四、定型钢筋的折弯：根据每个缓冲垫(5-1)与二次衬砌钢筋骨架(4)内层钢筋的距离，折弯对应位置处二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)的定型钢筋(5-3)；
定型钢筋(5-3)折弯后由定型钢筋支撑段(5-3-1)和定型钢筋顶推段(5-3-2)组成；
步骤五、二次衬砌钢筋骨架定型构件与二次衬砌钢筋骨架的连接：将钢垫板(5-2)与对应位置处的缓冲垫(5-1)抵接，将定型钢筋顶推段(5-3-2)与二次衬砌钢筋骨架(4)固定连接，实现二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)与二次衬砌钢筋骨架(4)的连接；
步骤六、二次衬砌钢筋保护层控制及受力转换：二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)安装完成并进行逐点检查合格后，拆除临时支撑杆(2)，二次衬砌钢筋骨架(4)的两个侧部阔撑钢筋段通过多个二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)顶推初期支护(3)表面，完成二次衬砌钢筋骨架(4)的受力转换，同时保持二次衬砌钢筋骨架(4)原位不动，钢筋绑扎平台(1)驶出，模板台车驶入，浇筑混凝土，实现二次衬砌钢筋保护层的厚度控制。
2.按照权利要求1所述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述缓冲垫(5-1)为橡胶缓冲垫。
3.按照权利要求2所述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述橡胶缓冲垫与初期支护(3)表面的防水层热熔连接或冷粘连接。
4.按照权利要求1所述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述钢垫板(5-2)和定型钢筋(5-3)加工制作为一体。
5.按照权利要求1所述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：所述定型钢筋支撑段(5-3-1)和定型钢筋顶推段(5-3-2)组成L形的折弯后的定型钢筋(5-3)。
6.按照权利要求1所述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：步骤四中，利用折弯机现场折弯定型钢筋(5-3)。
7.按照权利要求1所述的隧道二次衬砌钢筋保护层控制及受力体系转换施工方法，其特征在于：步骤302中，多个二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)沿侧部阔撑钢筋段区域周向和长度方向设置，沿侧部阔撑钢筋段区域周向上相邻的两个二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)之间间距为2m～3m，沿侧部阔撑钢筋段区域长度方向上相邻的两个二次衬砌钢筋骨架定型构件(5)之间间距为1.5m～2.5m。
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