整体式仰拱弧形模板在隧道施工中的应用

【摘要】为提高隧道结构耐久性，改善受力状态，仰拱、填充分开浇筑一次性全幅施工，已经成为隧道施工的基本要求，如何在保证质量的前提下提高隧道仰拱施工速度保证步距达标一直是困扰我们的难题，本文介绍清凉山隧道在工期紧、断面大且要求步距达标的条件下，利用现有资源对仰拱弧形模板进行自行设计，探讨整体式仰拱弧形模板在隧道仰拱施工中使用的可行性，经实践证明，整体式弧形模板在隧道施工中比常规方法更快速、经济、合理。

【关键词】隧道 仰拱 整体式仰拱弧形模板 施工流程 经济比选

前言

随着高铁客专隧道技术的发展，铁路隧道施工的标准要求越来越高，特别是对隧道防排水施工和仰拱施工的要求越来越高，仰拱全幅施工、全幅灌注、仰拱与填充分开浇筑已经成为隧道施工的基本要求。

在目前隧道机械化程度不是特别高的情况下，采取组合钢模板施工的高标准客专隧道仰拱，困难极大，而且施工周期长，成本很难控制；同时，由于隧道隧底结构长期处在地下水侵蚀的影响下及列车动荷载作用下，极易受到破坏，并引起基底沉陷、道床翻浆冒泥等病害，影响运营安全，所以客运专线铁路对隧道底部的强度要求更高，对仰拱的质量要求也更高。本文主要考虑采用整体式仰拱弧形模板，将仰拱和边墙基础分段全幅施工，一次成形，不留纵向施工缝，从而使施工工艺达到设计要求；另一方面将加快施工进度，确保安全步距，节约施工成本。

1工程概况

清凉山隧道位于秦岭北麓低中山区陕西省户县境内，隧道进口位于户县环山公路旁方家东侧约1km处，出口位于纸坊十岔沟内，隧道整体埋深较大，最大埋深970m，隧道经过曲峪、潭峪、皂峪、栗峪等沟谷，均有常年流水，其中曲峪沟和潭峪沟埋深较浅，分别为35m和77m。隧道洞身地表起伏较大，地表自然坡度40°～50°，分布有众多基岩“V”型侵蚀谷，多为近南北向展布。

隧道起讫里程为DgK56+156～DgK68+709，全长12553m。隧道为双线隧道。隧道进口5278.289m位于R-8004.6的曲线上，出口6485.685m位于R-7000m的曲线上，其余段落位于直线上；纵坡为25‰的单面上坡。隧道进通方便，施工场地开阔；出口有简易公路通过，交通方便，场地条件一般。其余沟内局部为砂石简易公路，主要为人行便道，交通条件一般，场地地形条件较差。

2仰拱总体施工方案

清凉山隧道进口围岩中Ⅳ、Ⅴ级围岩较多，根据《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）第6.1.8条第4项，隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。施工对仰拱与二衬的步距有严格的要求，为了确保仰拱距离掌子面的要求满足安全步距的要求。由于Ⅳ、Ⅴ级围岩地质条件较差，要求缩短仰拱施工的时间，仰拱开挖后必须及时封闭，仰拱与填充混凝土施工时必须严格分开浇筑，采用12米长的整体式仰拱弧形模板配套18米长仰拱钢栈桥施工仰拱，确保了施工质量，并提高了仰拱施工进度、节约了施工成本。

3整体式仰拱弧形模板仰拱施工

3.1 施工工艺流程

整体式仰拱弧形模板仰拱施工工艺流程见图1。

3.2 整体式仰拱弧形模板设计原理

整体式仰拱弧形模板主要由主梁、横向悬臂梁、主梁竖向支腿、支腿横撑、模板支架、曲面模板、横向伸缩丝杆、竖向伸缩丝杆、葫芦吊组成，见图2。

3.2.1 模板支架

模板支架宽1.2m，长14.476m，高1.463m。模板支架由主梁、横向固定丝杆装置2部分组成。纵向、横向、竖向主梁均采用I16型钢，纵向主梁与曲面模板之间由伸缩丝杆链接。模板支架是整个移动模架的支撑系统框架，能够承受模架和部分外来竖向荷载。

3.2.2 曲面模板

曲面模板由上弧模（边墙部分）和下弧模（隧底部分）采用绞座耳座铰接而成，上弧模由一块620cm×36cm的弧板和一块600cm×36cm的弧板拼装而成，下弧模由两块600cm*106.1cm的弧板拼装而成。曲面模板是浇筑混凝土成型用的模板，要求其能保证结构形状尺寸准确，且有足够的强度、刚度和稳定性。其构造见图5。

图5 曲面模板图

3.2.3 模板支撑就位装置

模板支撑就位装置由横向伸缩丝杆、竖向伸缩丝杆、葫芦吊3部分组成。横向、竖向伸缩丝杆包括丝杆和套筒，伸缩丝杆用来支撑、调节模板位置，承受灌注混凝土时产生的压力和浮力。葫芦吊用来脱模提升下弧模（隧底部分）。

3.3 整体式仰拱弧形模板关键技术

3.3.1 模板加工

模板支架、曲面模板均委外制作，在洞口拼装完成后调至洞内使用。见图6。

图6 仰拱弧形模板图

3.3.2 模板就位与加固

隧底清渣及挡头弧形模板安装完成后，根据测量放样的结果在挡头模板前方采用挖机填筑支架平台，并整平压实；然后采用挖机将模板支架前支腿吊装至前方平台处，支架后支腿固定在已浇筑完成的填充混凝土上；最后由施工班组根据测量队的交底，采用伸缩丝杆对曲面模板进行精确的定位。

整体式仰拱弧形模架精确就位后，首先对支架进行加固，在支座后支腿处采用冲击钻在已浇筑完成的混凝土上打眼，安装钢筋采用早强砂浆固定后与后支腿焊接成整体；同时，操作人员对横竖向丝杆进行调整将曲面模板就位至设计位置。曲面模板上下部利用下台阶和仰拱初期支护时预留的加固钢筋，用钢筋进行斜拉加固，上下交错布置并同时进行防排水和中心沟模板的安装。

3.3.3 边墙处混凝土的振捣

整体式仰拱弧形模板在加工时，为了防止曲面位置振捣不密实，在曲面模板表面安装了附着式振捣器。为了使混凝土振捣密实，混凝土必须分层浇筑，每次浇筑厚度不宜超过30cm，振捣以插入式振捣为主，插入式振捣器移动间距不能大于作用半径的15倍，且插入下层混凝土深度为50-100mm，与侧模模板间距为50-100mm。每个振点振捣时间宜为20-30s，振捣到混凝土表面出现灰浆和光泽，使混凝土达到均匀为止，防止过振或漏振。抽出振捣棒时要缓慢些，不得留有孔隙。不得用振捣棒放在混凝土内平托和驱赶混凝土，也不得碰撞模板、钢筋及预理件。插入式振捣完毕后，分别开启附着式振捣器。

3.3.4 模板防变形技术

模架设计时必须进行严格的刚度和挠度的验算，并根据验算结果选用相应的材料进行模架加工。由于仰拱移动模架纵向长度较长，实际上会出现模板变形，在操作中采用伸缩丝杆来抵消其变形。拆模后在提升曲面模板时，在模架12m范围内安装4个葫芦吊，同时提升，从而保证曲面模板不变形。

在施工过程中要始终对模架进行检查，发现问题及时处理。施工完毕后对模架上的混凝土及杂物进行清理，然后松开所有伸缩丝杆和倒链，保证模架呈自然状态，并对其进行校正。

3.3.5 仰拱整幅施工防干扰技术

仰拱浇筑时，采用18米长简易仰拱栈桥，可避免仰拱施工与其他工序之间相互干扰，仰拱栈桥与整体式仰拱弧形模板严格分离。并根据工程的实际进展，配备足够数量的仰拱栈桥和整体式仰拱弧形模板。

3.4 整体式仰拱弧形模板施工特点

1）施工简单，可操作性强。

2）仰拱边墙弧模刚度大，浇筑出来的混凝土线形顺畅，施工质量能得到有效的控制，可实现与拱墙衬砌无缝顺接。

3）仰拱整体式弧形模板立模迅速，并节约大量钢材。

4）采用多套仰拱栈桥和整体式仰拱弧形模板，在Ⅲ级围岩段也可实现与掌子面进度相匹配，提高施工进度。

4 结论与讨论

仰拱整体式弧形模板施工仰拱在施工质量、进度、成本及工效方面都得到了很大提高，在大大节省了施工时间的同时，也为企业创造了更大的效益。但也存在着以下不足：

1）由于整体式仰拱弧形模板所占宽度较大，浇筑边墙仰拱砼时罐车必须骑在栈桥上浇筑，对洞内运输影响较大，在一定程度上影响了掌子面的施工进度。

2）整体式仰拱弧形模板不能将整个仰拱整体式灌注，底部混凝土容易翻浆，造成仰拱厚度过大。

虽然此工法目前存在着一些缺点，但是和常规仰拱施工方法相比，仍然有很大的优点，在以后的施工中应不断总结和完善，让其更好地为工程服务。相信在以后的隧道仰拱施工中会不断地发挥其优势，为公司和社会的发展增值。

参考文献

[1] 铁建设[2010]241号，高铁隧道工程施工技术指南.

[2] TB10753-2010，高铁隧道工程施工质量验收标准.

[3] 张峰辉.隧道仰拱移动模架浇筑施工工艺[J]铁道建筑-2012.

[4] 陈钊 .隧道仰拱下挂式模板施工技术[J]山西建筑-2012.