特大斷面隧道組合鋼模襯砌施工技術

宋濤

摘 要：隧道挖掘工作工程巨大，主要的障礙在于地質(zhì)條件復雜、地勢險峻等等，這就給挖掘工作增加了一定的難度。然而該工程的順利完成，關系著國民經(jīng)濟以及民生，更關系著施工人員的安全。因此，選擇合適的支護結(jié)構是隧道工程的必要措施。本研究的以貴安新區(qū)的特大斷面隧道項目為背景，采取了相應的措施，在確保安全性的條件下，將隧道的小斷面變成大斷面，進行施工。這一技術的使用以及發(fā)展，加快了隧道開挖工程的進度，提高了施工安全，對于其他地區(qū)的隧道挖掘工程具有借鑒意義。

關鍵詞：斷面;隧道;組合鋼模;襯砌技術

引言

隧道工程存在種種困難，僅僅依靠圍巖自身的承載能力，會給施工帶來十分大的危險，并且存在著安全隱患。所以在施工過程中，常常選擇適合的支護結(jié)構作為輔助。鋼筋混凝土是隧道襯砌工作中常用的材料，全液壓的鋼模臺車在提高鋼筋混凝土質(zhì)量的同時，也節(jié)約了施工的成本。目前許多研究者都圍繞支護結(jié)構，做了相應的研究，比如張志高選擇增加支護，羅勇等人選擇腳手架將其應用在這一技術上，但眾多研究較少涉及到當現(xiàn)有臺車在小斷面變成大斷面段的時候變截面施工程度，以及怎樣在保證施工進度不變的情況下，做好施工安全。故本文通過實踐證明，在利用現(xiàn)有臺車在小斷面變成大斷面段的變截面基礎上采用組合鋼模襯砌技術是隧道工程的重大創(chuàng)新。參數(shù)是該技術的基礎，參數(shù)的確定需要通過朗肯土壓力理論才能計算出不同埋深隧道圍巖的垂直壓力以及水平壓力，然后再利用數(shù)據(jù)設計出組合鋼模襯砌的結(jié)構參數(shù)。而通過實踐的結(jié)果也證明了該技術的可信性，隧道圍巖兩幫位移以及拱頂沉降位移的結(jié)果顯示，在控制范圍內(nèi)，隧道圍巖在這一技術的控制下，變形量沒有對圍巖的產(chǎn)生嚴重的干擾。

1.理論基礎

1.1朗肯土壓力理論

該理論是1857年朗肯提出，他主張用計算土體以阻擋土墻上的主動以及被動土的壓力。該理論建立在“以光滑的墻體將水平面以及豎直面都作為主應力作用面” 的基礎上，這使得極限平衡狀態(tài)發(fā)生在土體的內(nèi)的各點上。具體來講是，土體主動，主應力變?yōu)樗矫?主體被動，豎直面就成為了最大主應力。因此，結(jié)合具體的工程以及相關的理論，隧道圍巖的垂直于水平壓力可以被計算出來，從而確定結(jié)構參數(shù)。

主要的參數(shù)如下：鋼模全長12 m，鋼支撐外弧按設計內(nèi)輪廓縮小2.5 cm，鋼模板尺寸（長 × 寬 × 厚）為1.5 m × 0.3 m × 0.05 m，鋼支撐與臺車之間用型鋼拱架焊接牢固。

1.2隧道圍巖壓力

圍巖壓力指引起地下開挖空間周圍巖體和支護變形或破壞的作用力。它包括由地應力引起的圍巖力以及圍巖變形受阻而作用在支護結(jié)構上的作用。隧道群在施工的過程中，壓力會不斷疊加在相鄰的隧道之中，從而導致壓力的集中系數(shù)逐漸增大，這就會影響到圍巖的穩(wěn)定性，因此，隧道圍巖的壓力是不可避免的問題，施工人員需要做的工作是如何把影響降到最低。

2.組合鋼模結(jié)構設計與施工的方法

在全液鋼模臺車中，襯砌的段洞身設計以及多節(jié)弧形鋼拱架都屬于重要部分，在施工的過程中起了重要作用。開始施工之前，需要進行綁扎隧道和擴大段襯砌鋼筋兩部分的工作。

為保證支撐的牢固性，移動臺車并按照砌內(nèi)的輪廓進行定位，只有把前期的工程做好才有利于后續(xù)工作的進行。架立施工的工作通過把上部支撐與模板臺車相結(jié)合，促進兩者連接的牢固性，鋼支撐設置了連接筋連接，在確認其牢固性之后，將小鋼模設置在鋼支撐背面上，鏈接兩者，增加其連接牢固習性。如下圖所示。

同時增加一般襯砌段臺架的高度以及寬度，可以起到降低風險、提高安全性的作用。

2.1將襯砌內(nèi)鋼模支撐架立起來

在現(xiàn)場施工過程中，測量人員會對襯砌內(nèi)模鋼支撐進行放樣處理，按照從邊墻到拱頂?shù)捻樞颍惭b好每一榀鋼支撐，同時也將防水工作做好。由于隧道的斷面面積大，多節(jié)弧形型鋼拱架的建立需要按照“架立一層、固定一節(jié)”的原則進行分層的安裝以及固定，以此來實現(xiàn)施工安全的目的。

2.2固定臺車

在開始進行臺車的固定工作之前，臺車的定位是十分重要的。具體的過程是架立并且固定好襯砌內(nèi)鋼模的支撐，使防水臺架可以向前移動。同時在定位之前，還需要檢查和清理好臺車上的一切障礙物，做好模板工作的脫模機涂抹工作。為了保證其牢固度，在臺車的就位工作上按進尺移動開展工作，而臺車的定位工作主要按照襯砌設計中的輪廓進行。

2.3連接鋼支撐作業(yè)

臺車定位完畢之后就可以進行鋼支撐的焊接工作了，保證鋼支撐的縱向在間距0.75m范圍內(nèi)不變。同時，由于8節(jié)1.5m的鋼模板組成了臺車鋼模板，所以連接鋼支撐的位置正好落在了單節(jié)模板與模板縫之間，從而達到阻止模板變形的有效目的，使其受力均勻。

2.4安裝鋼模板

脫模劑在安裝模板之前就會涂抹完畢，在襯砌內(nèi)模鋼支撐的鋼模板安裝完畢之后，需要建造一個保護層來實現(xiàn)保護作用，保護層的建造材料是混凝土。在將保護層與鋼支撐綁扎完畢之后，一旦達到合格的標準，就會進入到模板安裝以及施工縫的防水工作上。為了順利安裝模板，在準備的過程中就要提前預留澆筑的窗口，把持窗口與臺車所開的窗口實現(xiàn)對應分布。

2.5澆筑混凝土

C35混凝土是常用的鋼筋混凝土，其主要的澆筑防水是分層式的左右交替對澆。混凝土襯砌是影響工期的關鍵工作，其工程量大，而外界氣候條件惡劣，雨季、冬期持續(xù)時間長，給施工造成了很多困難，故要進行合理的資源安排和施工工作面布置。

在澆筑的過程中，使用平鋪的方式，對混凝土進行平倉振搗，保證澆筑的混凝土厚度不超過500mm，對于已澆筑好的混凝土也需要保證它的平衡度以及平整性，以免加大后期的工作量。混凝土的工作會一直持續(xù)到其脫模，工作人員在完成模板表面清掃以及脫模劑的涂刷后，才算是混凝土工作的完成，該工作完成好之后，就會進入隧道施工循環(huán)中，直到整個施工結(jié)束。

事實表明，采用組合鋼模澆筑二襯混凝土，使施工周期時間變短、施工的進度加快、施工的效率也得到了大大的提高。

3.隧道襯砌變形監(jiān)測

3.1隧道襯砌變形測點布置圖

在隧道襯砌變截面施工工作開展之后，襯砌厚度發(fā)生改變，圍巖壓力及兩層支護間壓力發(fā)生不均勻變化。因此，相關的測量人員通過埋設壓力盒的方式來監(jiān)測襯砌內(nèi)力的變化的信息，及時通過變化的信息來進行指導加工。主要的壓力盒監(jiān)測點分布情況如下圖所示。

3.2隧道襯砌內(nèi)力變形量規(guī)律

一般來說，在監(jiān)測的過程中，監(jiān)測結(jié)果是隧道設計支護結(jié)構是否合理的重要依據(jù)，結(jié)果可以反映其有效性以及安全性、經(jīng)過兩個多月的監(jiān)測，襯砌結(jié)構的受力基本穩(wěn)定。在對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行相應處理后得出監(jiān)測結(jié)果如下圖。

通過對壓力曲線的分析可以得知圍巖中拱頂處的壓力最大，為 0.31 MPa，仰拱處最小為 0.12 MPa，其他為 0.19 MPa。

4.總結(jié)

總之，根據(jù)上述的探討，在隧道面臨特大斷面的情況下，需要使用輔助手段—支護結(jié)構保證施工的安全。采用該技術具有重要意義，不僅加快了隧道施工工程的進度，而且還提高了施工的安全性。種種結(jié)果都表明，這是一種十分有效、適用廣泛、值得在全國范圍內(nèi)進行推廣的施工技術。

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