四分隔豎井井壁二襯與中隔板同步施工技術

唐文喜

(中鐵十七局集團第四工程有限公司，重慶 401121)

1 工程概況

山西省太原至佳縣高速公路西凌井特長隧道位于山西省陽曲縣內，隧道左線全長6 545 m，右線全長6 565 m。隧道中部設置一通風豎井對左右線隧道進行送排風，豎井井深249 m，豎井斷面為圓形，井筒凈空直徑10.7 m，最大開挖直徑12.4 m。交叉的30 cm厚C25鋼筋混凝土中隔板把井筒分為四個不等面積的送風道和排風道，以便將送排風風流隔離，并與主洞底部的聯絡風道相連接。

2 結構混凝土施工方案

由于該種不對稱四分隔結構形式為國內第一次應用，二襯與中隔板同步施工在國內尚無前例可參照，施工難度大，技術含量高，我們在調研國內已有豎井襯砌施工方案的基礎上，對4種施工方案進行比選，具體如下:

1)滑模法施工方案(A方案):即掘進全部完成后，下放鋼筋于井下連接鋼筋籠，在井下將井壁二襯和中隔板模板拼裝成整體，利用從井口泵送混凝土入模，后用滑升設備同步滑升模板進行下一循環襯砌。其弊端在于:a.本豎井中隔板分隔的四個部分面積不同，所承載的模板重量也不相同，容易造成滑模在施工過程中傾斜偏位，很難調整;b.滑模法要求的設備多而精確，要求的操作人員技術熟練程度高，對液壓系統的使用專業性極強，現場不易操作。通過分析，滑模法不適合本豎井結構襯砌施工。

2)整體模板、井口整體提升施工方案(B方案):即掘進全部完成后，下放鋼筋于井下連接鋼筋籠，在井底操作盤將井壁二襯和中隔板模板拼裝成整體模板，每個分部模板設計為整體伸縮模板，施工完混凝土后可自動脫模，然后同步提升中部、底部吊盤，利用從井口泵送混凝土入模，每次從井口整體提升模板進行下一循環襯砌。由于整體提升重量包括整體模板、中部穩定盤、底部操作盤、施工人員以及施工的物料等重量，重量達60 t，我們在研究分析過程中發現整體提升重量太大，如單獨依靠井架提升達不到要求，其原因有兩個:a.井架結構通過檢算不能滿足提升重量要求;b.井架提升靠的是卷揚機，制動不安全，而且不能精確到位。如考慮加強鎖口盤處鋼結構后換用千斤頂整體提升，發現國內現有的千斤頂行程有限，行程稍大的不僅價格高昂，而且千斤頂提升后退張難度大，極不安全。因此認為本方案經濟上投入較大，安全性差。

3)四個分部模板獨立整體提升(C方案):即在B方案的基礎上，為減小提升壓力將四部分模板整體提升改為每個分部整體提升，通過分析其弊端:a.很難找出分部整體模板提升的中心吊點，在提升時易傾斜;b.卷揚機提升的精確度差，不能保證每個分部模板精確提升到同一高度。

4)分塊組合模板、分塊獨立提升模板施工方案(D方案):即C方案比選的基礎上，為減少提升壓力，保證提升的精確度，充分利用現有機具設備，減少投入，我們將整體模板改為分塊組合模板，將自井口整體提升優化為通過中部穩定盤下的倒鏈分塊獨立提升，模板系統與提升系統均為獨立系統，增加了施工安全性、可操作性。

通過上述方案論證比選，最后選定D方案，即:掘進全部完成后，通過設置獨立提升系統、模板系統、操作吊盤、人員材料運輸、混凝土輸送管路、測量系統，采取在中部穩定盤下設倒鏈對應每塊模板，在井下底部操作盤分塊組裝模板，將豎井井壁二襯與中隔板模板安裝連通一體，通過從井口同步提升中部穩定盤、底部操作盤，利用泵送由下至上分段同步整體澆筑井壁二襯和中隔板混凝土，通過中部穩定盤下的倒鏈分塊翻升模板，進行下一節段襯砌。

3 方案實施

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 不對稱四分隔結構井壁二襯與中隔板同步施工工藝圖

3.2 具體操作

3.2.1 各操作系統設計及安裝

1)井口提升系統布設。井壁二襯及中隔板混凝土施工時仍采用原開挖時提升系統。井口井架利用開挖時已有的井架，根據施工中井架承受的最不利荷載，以及開挖、提升、出碴、襯砌等各工序作業對結構尺寸要求，我們通過建模受力計算來設計其結構形式，井架由鋼管和工字鋼組成，通過法蘭盤用高強螺栓連接，井架設計高度22 m，設有四個承重樁，天輪平臺尺寸為8 m×8 m，井架承重力大于40 t。采用鋼筋混凝土地錨對其錨固。根據受力計算選配鋼絲繩和起吊滑輪規格型號。

2)井內吊盤布設。為保護井下作業人員、機具的安全以及操作需要，襯砌作業時豎井設置三道吊盤，具體如下:

a.井口仍然采用開挖時布設的鎖口安全盤，鎖口安全盤為直徑14 m的兩半圓形，鎖口盤盤面鋪板采用δ3花紋鋼板，盤底采用角鋼三維桁架加固，在受力點采用40工字鋼連接，安全盤承重在10 t左右，設有滑動板，一側為自動翻蓋裝置升降孔，主要是人員上下使用，一側方孔為鋼筋、模板等材料升降孔，平時鎖口安全盤封閉，防止物體從井口掉入，開啟時通過電動滑輪實現。

b.井下設有中部穩定盤，中部穩定盤盤面與鎖口盤相同，盤面上留的升降孔與鎖口盤豎向呈一條直線，其與鎖口安全盤同樣設有提升口，供物料、人員上下使用。襯砌作業時對開挖時中部穩定盤改進加固后作為主要提升裝置。根據提升的重量和吊點的位置對中部穩定盤上下兩個面進行如下加固處理:一是中部穩定盤底部結構加固作為提升模板與工字鋼支撐使用，主要采用16號槽鋼作為加強肋與倒鏈連接，根據模板的長度設定吊點位置，吊點間距1.8 m。加強肋的位置考慮了工字鋼支撐影響的空間和提升操作空間。二是中部穩定盤頂部結構加固作為提升底部工作盤及中部穩定盤自身的提升吊點使用，主要骨架為井字梁、交叉梁、圓形鋼梁。井字梁的四個交叉點為中部穩定盤的主吊點，交叉梁交角處為安全輔繩吊點。

c.井底設操作盤作為操作平臺。根據各部分風道的結構斷面加工底部操作盤，與中部穩定盤采用Φ25 mm精軋螺紋鋼半剛性連接，各底部操作盤距離中部穩定盤6 m，與中部穩定盤同步提升。中部穩定盤和四個底部操作盤分別與井筒初期支護和井筒混凝土及中隔板采用直徑為32 mm頂絲固定，增加操作空間的定位與穩定性，對防止滑落也有輔助作用。

襯砌時仍然采用掘進作業時用的4個5 t的卷揚機鋼絲繩系著中部穩定盤四個主吊點，1臺10 t的卷揚機鋼絲繩系著中部穩定盤中間吊點作為安全輔繩。利用從井口同步開動卷揚機對中部穩定盤提升到所需位置。

3)模板系統設計。

a.模板采用高度為1.5 m，長度為2 m左右(根據曲板或平板的總長劃分)，模板上下側均采用角鋼底座，使用螺栓連接，并在井筒初期支護上打入膨脹螺絲拉住模板，穩定模板的空間位置。

b.施工中為增大各分隔內操作空間，便于操作人員活動，模板支撐原采用18工字鋼在各分隔內形成閉合體進行支撐模板。每澆筑段模板外設2層工字鋼支撐，最底下一層鋼支撐中心距模板底30 cm，最上一層鋼支撐中心距模板頂40 cm。

c.為加快襯砌進度，投入2套模板進行周轉，實行翻模作業方式。

4)混凝土輸送管路布設。井壁二襯與中隔板為同標號鋼筋混凝土，其經過泵管垂直下落濃度大，對溜灰管的沖出振動、磨損非常大，確保混凝土輸送管路的穩定安全使用是一大難點。我們采用了如下結構組成的混凝土運輸管路:

a.伸縮管:在混凝土澆筑過程中，為避免泵管拆卸頻繁，采用伸縮管。伸縮管的直徑一般為125 mm，長為5 m～6 m，上端用法盤和漏斗聯結，法蘭盤下用特設在支架座上的管卡卡住，下端插入泵管內。

b.泵管:在井壁設兩道泵管，一是為了方便對稱澆筑，二是防止有一道泵管堵塞，做到不間歇澆筑。

c.緩沖器:緩沖器用法蘭盤聯結在溜灰管的下部，借以減緩混凝土的流速，其下端和活節管相聯，采用雙叉式緩沖器。

d.活節管:為了將混凝土送到模板內的任何地點而采用的一種可以自由擺動的柔性管。一般由15個～25個錐形短管組成，總長度為8 m～20 m，錐形短管的長度為36 cm～66 cm，宜用厚度不小于2 mm的薄鋼板制成，掛鉤的圓鋼直徑不小于12 mm。

5)測量定位系統布設。襯砌作業測量定位采用JZB-1型激光指向儀，利用固定架將激光指向儀低于鎖口安全盤1 m固定。同時，選用φ1.2 mm的鋼絲線，在鎖口安全盤上設置放線小絞車和托輪及卡線板下放鋼絲繩配重錘作為校正使用。鋼絲繩重錘線設置四個，分別位于中隔板與井壁二襯相交處。

3.2.2 結構混凝土同步澆筑施工

1)測量定位。鋼筋安裝前先測量定位，利用激光指向儀定位豎井中心，同時利用鎖口安全盤上設置的放線小絞車和托輪及卡線板下鋼絲繩重錘以十字定位方式進行校驗，若發現與中心不符及時調整。然后在工作平臺上用鋼卷尺測量井壁、中隔板各部尺寸，并做出標記拉線固定。

2)井內鋼筋安裝。鋼筋在井外鋼筋加工棚按圖紙、按標準彎制，將鋼筋通過上下物料升降孔下放到底部操作盤，將電焊機吊于中部穩定盤上或底部操作盤上，對井內豎直鋼筋焊接連接并保持一定豎直度。其他鋼筋采用人工綁扎連接。

3)模板至井底安裝。將分塊模板通過物料孔下放到井底操作平臺，澆筑第一節段時，操作人員在井底底板安裝模板，第二節段時通過放在底部操作盤上的活動臺架操作安裝模板，從第三節段起，澆筑完第N節段時，將中部穩定盤面下的倒鏈吊鉤與第N－1節段分塊模板連接，每塊模板均與一個倒鏈對應相連，通過中部穩定盤下的倒鏈獨立提升分塊模板，模板底邊與下層模板的頂邊相連，用螺栓連接，模板頂部與井壁膨脹螺栓相連固定，把井壁二襯模板與中隔板模板連通為一體結構。

每澆筑段模板全部提升完成后，在分隔內采用18工字鋼形成閉合體對模板支撐，18工字鋼支撐共設2層。中隔板模板除工字鋼支撐外，兩層模板之間用對拉絲桿連接固定。

4)混凝土輸送管路連接。先把輸送泵管、緩沖器、活節管安裝連接，混凝土由混凝土罐車運至井口處，由車載輸送泵施工混凝土，混凝土輸送路線連接如下:攪拌站→車載泵→輸送泵管→緩沖器→活節管。

5)第一、二節段混凝土澆筑。操作人員在井底底板上先完成第一節段澆筑，等混凝土強度達到設計強度70%時，操作人員通過底部操作盤上活動臺架完成第二節段澆筑，使2套模板全部投入使用。

6)同步提升中、底部吊盤。模板安裝好后，開始同時提升中部穩定盤和四個底部操作盤，提升高度1.5 m，使底部操作盤至下層模板底部，提升后，在活動臺架和模板間搭設木板操作平臺，便于人員澆筑混凝土操作。

7)第三節段及以后節混凝土澆筑。在正式澆筑前，試驗人員對豎向長距離混凝土輸送進行了多次試驗檢測，在活節管出料口對坍落度、泌水率指標進行檢測，分析混凝土離散性變化規律，優化調整混凝土拌制工藝參數，保證澆筑混凝土的質量，最后混凝土坍落度選用12 cm～16 cm。

井壁兩側各設一道泵管，澆筑時通過混凝土輸送系統至澆筑面，在往井壁二襯與中隔板模板內對稱分層澆筑混凝土時，先沿井壁澆筑，混凝土同時向中隔板模內流動，后向中隔板模內補充澆筑，要隨時觀測混凝土離散情況，采用振搗棒將其搗實，灑水養生。

8)拆模并提升。從第三節段起，每當澆筑完成的N節段混凝土強度達到2.5 MPa后，將N－1節段井壁二襯模板與中隔板模板拆除，通過中部穩定盤下的倒鏈將分塊模板提升到N+1節段位置，模板與井壁膨脹螺栓相連固定后，松開倒鏈。

9)下一節段循環作業。從井口同步提升中部穩定盤、底部操作盤。利用底部操作盤進行模板安裝，分段模板之間采用插銷式連接固定。在上層模板底部作半圓孔，在混凝土中預埋φ50 mm PVC管與模板半圓孔相接，翻模的同時可插入 φ48 mm鋼管對模板形成支撐作用。定位校正后，根據澆筑面位置及時拆卸中間泵管，使活節管底部至澆筑作業需要位置，轉入下一節段循環作業。

4 實施效果

1)西凌井隧道通風豎井于2010年5月初開始混凝土同步澆筑，2010年7月底襯砌完工，月均襯砌90 m，比業主要求工期提前2個月，為2010年12月全線按期開通奠定了堅實基礎，有力促進了山西省經濟社會發展。2)不對稱四分隔結構豎井井壁二襯與中隔板采用同步施工與分兩次施工相比，由于簡化施工工序可節省3 700元/m，有效減少井內相互干擾，而且增強結構整體質量和防水性能。3)通過本工程開發的該項技術填補了國內空白，獲得國家發明專利(ZL201010234363.3)。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］.

［2］劉寶許，高崇霖，王 巍，等.特長公路隧道超大直徑深豎井機械化施工技術［J］.筑路機械與施工機械化，2008(5):17-19.