新奥法在山尾旗隧道二衬施工中的应用模板.doc

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福 建 铁 建 集 团
1月15日
[摘要] 新奥法隧道施工在岩石被开挖后, 先建一个过渡性的、 不再被拆除的安全支撑结构——初期支护, 其主要功能为保证开挖后隧道的稳定性, 在经过一个相对较长的时间后, 再建造永久性的承重结构——二次衬砌。在二次衬砌之前必须对初期支护和围岩的稳定性进行判断, 据此确定二衬支护的时间; 二是隧道周边总收敛值判断, 在规定的容许值范围内, 不大于预留变形量, 保证隧道二次衬砌的设计厚度; 三是隧道洞内外控制测量必须在二衬前完成。当做二衬的条件满足后, 就能够着手二衬的准备工作: 1、 衬砌台车的拼装与尺寸的检查。2、 搅拌站的安装与调试, 请检测单位检测配料机、 搅拌机的工作性能。3、 混凝土泵的调试与运行。4、 检查混凝土输送车的工作状态。5、 初期支护表面的处理, 确保不刺破防水板, 安装透水盲管及铺设防水板。6、 矮边墙的施作。7、 台车的就位及模板的上油。8、 检查供水、 供电是否正常。9、 报检。准备工作结束, 一切正常后, 就可开始二衬, 在二衬过程中严格控制配合比、 水灰比、 塌落度、 泵送压力及混凝土的捣固效果, 注意机械的工作状态及协调各岗位人员的共同工作情况, 定时观测模板的变形情况, 检查拱部泵送混凝土的密实度。各作业工序的时间要紧凑, 以免出现工作缝; 浇注混凝土结束后, 及时清洗混凝土泵、 输送管、 搅拌站等设备, 以备下一循环使用。二衬拆模以后, 如发现混凝土面有欠美观处, 及时进行必要的装修。还应派专人对混凝土进行养生。
[关键词] 泵送压力 控制压力 配合比 水灰比坍落度、 捣固
山尾旗隧道为赣龙线19标段控制工程, 全长2414米, 其中2111.39米为直线段, 302.61米为曲线段, 采用新奥法施工, 计划工期为23个月。山尾旗隧道作为赣龙线19标段的重中之重, 在一定程度上体现福建铁建集团施工长大隧道的实力与能力, 是福建铁建集团能否创造铁路精品工程的一个有力论证, 是福建铁建人展现自我风采的大好时机, 因此, 我们提出了”内实外美、 质量第一”的口号, 如何让山尾旗隧道达到内实外美的要求呢? 做好隧道二次衬砌是个关键的一步, 因为二次衬砌既是隧道永久性的承重结构又是展现隧道美观的主要构筑物。怎么样才能做好二衬呢? 以下结合本人在山尾旗隧道进口施工二衬的一些经验与体会, 与大家一起学习探讨。
一、 在二次衬砌之前必须对初期支护和围岩的稳定性进行判断, 据此确定二衬支护的时间。
对山尾旗隧道初期支护和围岩的稳定性进行判断是根据实际测量出的收敛数据对数回归分析结果而得到的, 如下所示:
山尾旗隧道进口收敛试验数据回归分析表
测点编号:2号 埋设里程:DK264+420 埋设位置: 拱部 埋设日期: -12-20 第1页 共1页
T
1+T
Lg( 1+T)
Lg-1( 1+T)
u
Lg-2( 1+T)
u*Lg-1( 1+T)
Y
ε
ε2
1
2
0.30103
3.3219281
0
11.035206
0
-12.4474
12.447
154.94
2
3
0.4771213
2.0959033
1.2318
4.3928105
2.
0.652662
0.5791
0.3354
3
4
0.60206
1.660964
2.3206
2.7588016
3.
5.299987
-2.979
8.8767
4
5
0.69897
1.4306766
3.2566
2.0468354
4.
7.760609
-4.504
20.286
5
6
0.7781513
1.2850972
4.1605
1.6514748
5.
9.316124
-5.156
26.58
6
7
0.845098
1.1832947
5.0638
1.4001863
5.
10.40388
-5.34
28.517
7
8
0.90309
1.1073094
5.9461
1.226134
6.
11.21579
-5.27
27.77
8
9
0.9542425
1.0479516
6.8494
1.0982026
7.
11.85002
-5.001
25.006
9
10
1
1
7.6125
1
7.6125
12.36239
-4.75
22.561
10
11
1.0413927
0.9602526
8.1542
0.922085
7.
12.78709
-4.633
21.464

11
12
1.0791812
0.9266284
8.7129
0.8586402
8.
13.14636
-4.433
12
13
1.1139434
0.8977117
9.2493
0.8058863
8.
13.45534
-4.206
13
14
1.146128
0.8725029
9.7977
0.7612613
8.
13.72469
-3.927
14
15
1.1760913
0.8502742
10.3249
0.7229661
8.77899561
13.96221
-3.637
15
16
1.20412
0.830482
10.8749
0.6897004
9.03140896
14.17369
-3.299

17
18
1.2552725
0.7966398
11.8079
0.6346349
9.
14.53529
-2.727

19
20
1.30103
0.7686218
12.749
0.5907795
9.79915916
14.83466
-2.086

21
22
1.3424227
0.7449219
13.6787
0.5549086
10.18956264
15.0879
-1.409

23
24
1.3802112
0.7245268
14.6073
0.524939
10.58337996
15.30582
-0.699

25
26
1.4149733
0.7067271
15.5317
0.4994632
10.97667318
15.49601
0.0357

27
28
1.447158
0.6910095
16.4527
0.4774942
11.3689726
15.66395
0.7887

29
30
1.4771213
0.6769925
17.3614
0.4583188
11.75353746
15.81372
1.5477

36
37
1.568
0.6376731
18.2478
0.4066269
11.63613056
16.23385
2.0139

43
44
1.6434527
0.6084751
19.1002
0.3702419
11.62199574
16.54583
2.5544
6.5248

50
51
1.7075702
0.5856275
19.9413
0.3429595
11.67817304
16.78996
3.1513
9.931

57
58
1.763428
0.5670773
20.5712
0.3215767
11.66546072
16.98817
3.583
12.838

64
65
1.8129134
0.5515983
21.189
0.3042607
11.68781725
17.15356
4.0354
16.285

71
72
1.8573325
0.5384066
21.7851
0.2898816
11.72924075
17.29451
4.4906
20.165

78
79
1.8976271
0.5269739
22.3481
0.2777015
11.77686601
17.41667
4.9314
24.319

85
86
1.9344985
0.5169299
22.8699
0.2672165
11.82213404
17.52399
5.3459
28.579

92
93
1.9684829
0.5080054
23.3595
0.2580695
11.86675252
17.61935
5.7401
32.949

∑
29.6211829
385.156
37.949264
273.9367762

586.142

Lxx
Lxy
X
Y
b
a
δ2

11.360946
-71.783719
0.897612
11.6713939
-6.
17.34292
18.908

结论: 回归直线方程为:Y=23.0474-10.6850X
收敛试验数据的回归对数方程为:u=23.0474-10.6850/Lg(1+T)

说明:
1、 按对数回归曲线图的极限计算, 该断面此测点总收敛值趋于稳定时,总收敛值u∞=23.0474
2、 该断面此测点相对位移值(％)为: 0.0368 <相对位移值系指水平和垂直收敛的实测值与跨度之比>
3、 相对位移值与临界值( 允许最大变形量) 0.3相差很接近, 又无明显收敛迹象, 根据以上两点判定该断面在此测点的变形已趋于稳定。

二、 在二次衬砌之前必须对隧道开挖横断面或初期支护断面进行限界检测, 以便对欠挖进行及时处理, 保证二衬混凝土的设计厚度。
山尾旗隧道进口采用BJSD-2型激光限界检测仪对隧道断面进行检测, 结果如下图例所示:

三、 隧道洞内外控制测量必须在二衬前完成。
山尾旗隧道洞内外控制测量由赣龙铁路项目一分部组织测设后, 再由总公司项目部复核测量成果: 洞内外平面导线均布设成主副导线环的形式, 按《测规》要求选用四等测量: 横向贯通限差≤100mm; 洞内外高程控制测量采用四等水准测量, 高程贯通限差≤50mm。二衬前测量成果已由总公司项目部复核完毕。
当做二衬的以上条件满足后, 就可着手二衬的准备工作了。
1、 衬砌台车的拼装与尺寸的检查。
㈠ 砌台车的安装
衬砌台车一般向厂家订做, 然后厂家把衬砌台车的各个零部件运到工地, 并派专人协助并指导施工单位把整辆台车安装起来。
① 据台车的左右两轮子间距铺适合台车行走的轨道, 然后在轨道上根据台车的设计图纸把台车的钢骨架安装就位。
② 把各块钢模板依次安装在钢骨架上。
山尾旗隧道进口的台车总长为12米, 由12块拱部模+12块边墙模板拼装而成, 各块钢模板沿隧道纵向的长度为2米长。由于制造上的误差, 各块模板的弧度不会完全与设计相符, 因此整辆台车模板安装好后, 相邻两块模板间的错台处必须用砂轮机打磨平顺。模板安装好后, 及时上油( 最好是高级液压油, 因为高级液压油不会在混凝土表面形成污泽, 较美观) , 以免模板生锈, 影响混凝土面的美观。

③ 台车模板安装过程中, 要特别注意用电安全, 整辆台车都由钢铁制成, 一旦漏电后果不堪设想; 同时要注意高空作业安全, 以免高空坠落或坠落物伤人。
㈡ 台车的检验
衬砌台车安装好后, 能够把台车推进洞内, 根据设计的中线、 高程把台车调试就位, 然后上报监理工程师检查。技术人员根据内业计算出来的隧道衬砌横断面X、 Y坐标, 配合监理工程师检查台车模板是否符合设计净空要求。如符合设计要求, 则能够用该台车浇注混凝土了; 否则该台车就得被退回给厂家重新调整与制作。山尾旗隧道进口的台车的模板设计尺寸比隧道设计的净空大5cm, 虽然存在制造上的一些误差, 但在检验过程中发现模板尺寸完全满足设计净空要求。
2、 搅拌站的安装与调试, 请计量单位检测配料机、 搅拌机的工作性能。
山尾旗隧道二衬采用的模板为拼装式整体衬砌台车, 混凝土来源为搅拌站配料, 混凝土泵上料。二衬前请计量单位检验电脑配料是否准确, 搅拌机的工作状态是否正常, 检验完毕后, 把检验合格报告单贴在搅拌站显眼处, 以备检查。
3、 混凝土泵的调试与运行, 检查混凝土搅拌运输车的工作状态。浇注隧底填充混凝土时, 可先用混凝土泵来进行浇注, 这样就能够知道混凝土泵的工作状态, 以便及时修整至最佳状态; 同时可用混凝土搅拌运输车来送料, 也能够知道它的状态如何, 如有故障, 能够及时修理。
4、 初期支护表面的处理, 确保不刺破防水板, 安装透水盲管及铺设防水板。
初期支护完成后, 其表面还会有外露的锚杆头、 小导管及其它钢筋头等刺头, 这些刺头不除去, 将会刺破防水板, 因此挂防水板前须用氧炔焰将刺头除去。接着能够安装透水盲管及防水板了。
5、 矮边墙的施作。根据衬砌台车的具体尺寸定出矮边墙的高度及矮边墙离线路中线的距离后, 能够左右同时浇注矮边墙混凝土。
6、 台车的就位
㈠ 把衬砌台车推至需要衬砌的地段, 把台车的中线调至与隧道中线相一致。方法之一是用激光经纬仪发射出的激光点直接照射到台车上, 用台车的左右平移装置把台车调到位; 方法之二是在台车相应的地面上打出中线点, 并挂好线, 用一长线锤从台车顶部中点上悬挂下来, 用台车的左右平移装置把台车中线调到与隧道中线一致。
㈡ 台车的边墙起拱线标高调至设计标高。在矮边墙上每各12米( 台车长度) 打上一个水泥钉, 然后抄平, 记录下每个水泥钉距离台车底面的高度, 调台车时根据这些数据就可把台车调至设计标高上。
㈢ 台车的加固及两端头、 底部的封闭。台车上有许多加固台车的丝杆, 用铁锤把这些丝杆打紧; 台车底部有撑至地面的用于加固台车的斜撑, 在地面上相应的部位钻眼, 深约20cm, 后打入Φ22钢筋, 把斜撑撑在钢筋上并打紧丝杆即可。台车两端头用5cm厚的木板封闭, 拱顶处预留一5cm×10cm的小窗口作为浇注混凝土是否已密实的观察窗。一般边墙混凝土厚度较厚, 以防端头模板受力过大而爆开, 边墙端头模板还得采用斜撑撑在矮边墙上的加固措施。矮边墙与台车模板底部相搭接不密贴处, 在浇注混凝土前必须用水泥砂浆封闭。
7、 检查供水、 供电是否正常。
在二衬过程中供水、 供电是不能中断的, 否则将出现工作缝; 因此, 二衬前必须检查供水系统是否正常, 了解当地供电部门当天有否停电, 这样能够适当调整浇注二衬的时间。
8、 报检。
当台车就位加固好后, 可上报检查工程师检查, 自检合格后由检查工程师上报监理工程师。
二衬前的准备工作结束后及监理工程师检查合格后就可开始浇注二衬了。
一、 搅拌站配料
1、 根据配合比选定报告单调整好搅拌站的电脑配料( 砂、 碎石) 数据, 用容器准确计量添加剂( 建4泵送剂、 Ⅱ级粉煤灰等) 的配量, 然后由专人监督配料的准确性, 直至混凝土浇注结束。由于混凝土是在管内输送的且输送钢管在未使用前是干燥的, 它会吸收混凝土中的水分, 导致堵管。因此我们必须先让输送钢管吸收充分的水分至湿润状态, 方法如下: 首先用6～8包的水泥在混凝土泵车料斗内配制一斗的水泥浆, 然后将水泥浆泵送至输送管内; 其次再配制2～3立方米的1: 2水泥砂浆泵送至输送管内, 最后紧跟混凝土, 这样就可让输送管充分吸收水分, 保证不堵管。值得一提的是: 每次浇注二衬都得重复上述操作, 才能保证输送管的正常工作状态。
2、 泵送混凝土应符合的一些规范要求。
①粗骨料粒径应为5～31.5mm的连续级配, 针片状颗粒含量不宜大于10%。
②泵送混凝土的水灰比宜为0.4～0.6, 坍落度宜为15～18cm, 含砂率宜为38%～45%, 最小水泥用量宜为300Kg/m3。
③每种配合比的泵送混凝土全部拌制完毕后, 应将混凝土搅拌装置清洗干净, 并排尽积水。
二、 送料
1、 混凝土由搅拌站拌制好后, 由混凝土搅拌运输车送混凝土泵处, 在混凝土运输途中, 拌筒应保持3～6转/分钟的慢速转动。混凝土搅拌运输车给混凝土泵喂料前, 应中、 高速旋转拌筒, 使混凝土拌合均匀; 喂料时, 反转卸料应配合泵送均匀进行, 中断喂料作业时, 应使拌筒低转速搅拌混凝土, 上述作业应由本车驾驶员完成, 严禁非驾驶人员操作。
2、 夜间施工时, 在运输道路上, 应有良好照明, 危险区域应设警戒标志。
3、 混凝土泵进料斗上, 应安置网筛并设专人监视喂料, 以防粒径过大骨料或异物入泵造成堵塞; 严禁将质量不符合泵送要求的混凝土入泵。混凝土搅拌运输车喂料完毕后, 应及时清洗拌筒并排尽积水。
三、 混凝土的泵送
1、 混凝土泵设置处, 应场地平整坚实、 道路畅通、 供料方便、 距离浇注地点近、 便于配管、 接近排水设施和供水、 供电方便; 在混凝土泵作业范围内, 不得有高压线等障碍物。
2、 开始泵送时, 混凝土泵应处于慢速、 匀速并随时可反泵的状态。泵送速度应先慢后快, 逐步加速, 待各系统运转顺利后, 方可正常速度进行泵送。混凝土泵送应连续进行, 如须中断时, 不得超过混凝土从搅拌至浇注完毕所容许的延续时间。正常泵送压力控制在18～24Mpa之间, 堵管时, 泵送压力达到最大——32Mpa。
3、 在同一条管线中, 同时采用新、 旧管段时, 应将新管布置在泵送压力较大处, 管线宜布置得横平竖直; 垂直向上配管时, 地面水平管长度不宜小于垂直管长度的1/4, 且不宜小于15米。
4、 炎热季节施工, 宜用湿罩布、 湿草袋等遮盖混凝土输送管, 避免阳光照射; 严寒季节施工, 宜用保温材料包裹混凝土输送管, 防止管内混凝土受冻, 并保证混凝土的入模温度。
5、 应定期检查管道特别是弯管部位的磨损情况, 以防爆管。
6、 混凝土泵送施工时, 应规定联络信号和配备通讯设备, 可采用有线或无线通讯设备等进行混凝土泵、 搅拌运输车、 搅拌站和浇注地点之间的通讯联络。
7、 混凝土泵的操作人员必须经过专门培训合格后, 方可上岗独立操作。泵送混凝土时, 泵车的支腿应完全伸出并插好安全销。
四、 混凝土的浇注
山尾旗隧道的二次衬砌采用拼装式整体衬砌台车作为浇注混凝土的模板, 衬砌台车是长大隧道施工必备的设备之一, 具有整体性好、 不易跑模, 浇注速度快, 混凝土面美观大方的优点。因此, 掌握使用衬砌台车浇注混凝土的技术要点, 就能加快隧道施工的进度。

① 山尾旗隧道进口的衬砌台车有3层用于浇注混凝土的窗口: 第一层有8个窗口( 左右各4个) 、 第二层有8个窗口( 左右各4个) 、 第三层有6个窗口( 左右各3个) 。拱顶共有3个注浆孔。浇注混凝土时, 一般把注浆管放在中间的窗口, 如有遇到避车洞, 则注浆管视避车洞的位置可做必要的调整。浇注混凝土过程中, 左右窗口必须相互交替进行, 才能保证台车在浇注中的受力平衡, 不至于产生过大的变形。浇注模式如下: 左第一窗口→右第一窗口→左第二窗口→右第二窗口→左第三窗口→右第三窗口→拱顶第一注浆孔→拱顶第二注浆孔→拱顶第三注浆孔。
② 边墙下部气泡的控制
在隧道模筑混凝土衬砌表面出现如黄豆、 蚕豆大小的凹坑叫气泡。气泡较多易形成麻面, 密集分布则构成蜂窝, 气泡对衬砌混凝土内在强度一般无多大影响, 但会严重影响外观质量。
A、 气泡的形成原因
㈠ 泵送混凝土是由水泥、 水、 砂、 碎石、 Ⅱ级粉煤灰及建4泵送剂按配合比拌和而成。在混凝土拌和中, 水泥水化形成的水泥浆, 水泥浆与与砂子混合形成的水泥砂浆以及水泥砂浆与碎石混合形成的混凝土都属于毛细孔较多的材料。混凝土中, 未被水泥颗粒、 水泥浆、 水泥砂浆填满的充水空间, 形成形状、 大小不同的气水孔, 当水灰比较大时, 游离状态的水的结合力较弱, 脱水温度较低, 在混凝土水化热的影响下易脱水形成气泡。
㈡ 为提高泵送效果, 在混凝土中加入建4泵送剂, 但由于泵送剂会使水泥颗粒表面产生溶剂水化膜, 从而增加了气泡的形成机会。
㈢ 混凝土的捣固是决定衬砌混凝土质量的一个最重要的工序, 过度捣固会引起混凝土产生离析; 欠捣、 漏捣会影响混凝土的密实度, 且混凝土中的气水泡排不出, 在更大程度上增加了气泡的形成机会。
B、 气泡的控制
㈠ 经过比选, 在其它条件相同的情况下, 当混凝土的水灰比为0.53、 坍落度为13.5cm时, 可把气泡控制在最少状态。
㈡ 分层对称灌筑捣固。混凝土的捣固是控制气泡产生的一个最重要的工序, 混凝土的机械振动可克服拌和物之间及拌和物与模板之间的摩擦力, 增加混凝土的流动和密实度, 使气泡上浮溢出。混凝土捣固采用插入式振动棒, 捣固时, 捣固手将上身探入作业窗内, 一手扶在边墙上, 一手握振动棒, 这样, 既保证了混凝土无漏捣现象, 又保证了振动棒垂直插入。分层对称灌筑捣固深度30cm, 振动棒以与模板基本平行的方向插入, 距模板不小于10cm, 振点间距30cm, 模板下部振动时间延长至90秒; 同时在模板下部外侧用小锤敲击, 使模板下部气泡上浮溢出。
③ 衬砌台车在浇注混凝土过程中的受力状态。
在浇注第二个窗口以下的混凝土时, 台车会整体上浮3～7mm。由于该部分边墙是曲墙, 灌注混凝土及捣固会在模板表面产生一个上浮的力, 而模板与钢骨架在浇注混凝土时是牢固结合在一起的, 因此台车会整体上浮。在浇注第二个窗口以上的混凝土时, 台车不会再上浮也不会下沉, 因为这时已浇注的边墙混凝土已经初凝; 第二个窗口以上的混凝土的自重作用在钢模板上, 台车不会再上浮。台车整体上浮的问题是台车圆弧型钢模板的结构特点所决定的、 必然产生的结果, 我们不能消除它, 只能顺其自然。为了使台车整体上浮时不对前一模混凝土( 一般台车模板与前一模混凝土搭接5～10cm) 产生过大的压力而开裂, 在搭接处的钢模板整体下降5～8mm, 给台车有足够的位移量。
④ 在浇注拱部混凝土的最后阶段必须控制好泵送压力, 以免台车模板受力过大而产生大变形。台车整体虽然是一个钢结构, 但模板承受的压力是有限度的, 且泵送压力的最大值为32Mpa( 即320公斤/平方厘米) , 拱部如果灌注已饱满, 但操作人员不知道, 还往全封闭的台车里泵送混凝土, 就会使台车可能受到最大的压力而形变。最好的解决办法是在拱顶预留一观察窗口, 如果混凝土已从该窗口喷出, 即可结束混凝土的浇注。
五、 二衬混凝土面的装修
二衬混凝土拆模后, 局部的混凝土面会有气泡产生、 与前一模混凝土搭接处不平顺、 混凝土面出现翻砂现象等欠美观处, 必须及时进行装修。
结束语: 新奥法隧道施工中, 二次衬砌前必须对围岩和初期支护的稳定性进行判断, 以此确定二次衬砌的时间; 二次衬砌原则上都采用薄壁结构, 结构内不会产生过大的弯曲应力, 二次衬砌与初期支护之间可传递压力, 但不传递摩擦力和剪力。为了提高隧道施工的安全度及时达到密封的效果, 二次衬砌必须紧跟开挖面, 不宜拉开太长的距离。

《作者简介》
姓名: 沈家灶
性别: 男
出生年月: 1971年11月
职称: 工程师
工作单位: 福建铁建集团一公司