滑模技術在隧道通風豎井施工中的應用分析

湯淵

摘 要：豎井滑模施工技術是一種高效、經濟、實用的技術，廣泛應用于礦山、水利、交通等工程。通過將模板固定在滑模裝置上，并利用液壓或電動方式驅動滑模裝置向上或向下移動，使豎井施工更加便捷和高效。興業快線（北段）工程成功應用案例分析表明，滑模的結構構造、受力驗算、施工方法和質量控制等技術要求要嚴格遵守施工步驟和注意事項，才能充分發揮豎井滑模施工的優勢。

關鍵詞：滑模；通風豎井；施工工藝；滑升

中圖分類號：U459.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）11-0045-03

0 引言

滑模施工是一種非常實用的施工方法，其能在短時間內完成豎井的施工，并且保證施工質量。相比傳統的施工方法，滑模施工具有許多優點。首先，它能夠減少模板的安裝和拆除次數，降低施工成本。其次，豎井采用滑模施工可以連續作業，加快施工進度，提高施工效率。最后，通過滑模施工方式可以提高混凝土質量，保證施工質量。通過了解滑模施工的原理、方法、步驟和質量控制措施等，相關工程技術人員可以更好地掌握這種施工方法，提高施工效率和質量。

1 工程概況

興業快線（北段）是連接梅華路和唐家的快速路，穿越城市住宅區和生活區，分為東西兩條隧道以適應地形高差。1#通風豎井位于西線隧道附近，距離左線隧道進口2 191.708 m，內徑11 m，井深86 m。2#通風豎井位于東線隧道附近，距離右線隧道進口3 122.880 m，內徑11 m，井深122.5 m。通風豎井的0～7.3 m為鎖扣圈，7.3～29.6 m為地面風塔結構，采用現澆鋼筋混凝土進行襯砌，井身段和地下聯絡風道則采用復合式襯砌結構。

2 滑模結構的組成

本工程豎井二襯和中隔板混凝土施工中采用整體液壓滑模進行施工。以整體鋼結構作為滑模結構，并使用液壓自動調平控制臺控制滑模，配套JYD-60型滑模專用千斤頂。模板以液壓千斤頂為滑升動力，用直徑Φ48×3.5mm的鋼管作為爬桿。豎井滑模主要由模板系統、操作平臺系統、液壓提升體系等組成，其余部分都是鋼結構按桁架結構設計制作。豎井滑模組成如圖1所示。

操作平臺的橫梁采用[10槽鋼，橫梁的縱橫間距均為0.6 m，與提升架通過[16槽鋼圍圈相連，圍圈沿環向通長設置，每根長0.42 m的[10槽鋼鋼承托圍圈。平臺上滿鋪5 cm厚木跳板。內操作平臺的中心位置架設置3個出入孔，供人員上下操作平臺。

3 滑模的受力計算

3.1 構件選擇及性能特征

模板采用1200高鋼模板，單橫梁為“[]”形提升架，槽鋼圍圈。采用Φ48×3.5鋼管支承桿，質量為3.84 kg/m，截面面積為4.89 cm2，外表面積為0.152 m2/m，彈性模量E為2.1×105 MPa。截面特征W為5.096 cm3，I為12.296 cm4，r為1.58 cm。

根據理論計算活荷載-變形曲線分析得出，在進行滑模施工時，在滑模施工中當采用Ф48×3.5鋼管作為支撐桿且處于混凝土外體時，其最大懸挑長度不應超過2.5 m（采用6 t大噸位液壓頂起器，工作起質量為3 t），最好控制在2.4 m以內，支撐桿的穩定性是有保障的。

GYD-60型（滾珠式）千斤頂，自身質量為25 kg，額定起重能力為6 t，工作起質量為3 t，理論行程為35 mm，實際行程在20～30 mm，工作壓力為8 MPa。

3.2 計算支撐桿和千斤頂的數量

操作平臺的面積為94.99 m2，取定的施工荷載為1.5 kN/m2。操作平臺的施工荷載為142.5 kN，相當于15 t。模板與混凝土之間的摩阻力系數取2.0 kN/m2，計算結果為90.4 kN，相當于9 t。平臺實際荷載計算包括提升架、圍圈及平臺檁條、平臺木板、模板、高壓油管、內吊架平臺、斜撐等。

提升架質量分別如下：①[141.6 cm×1根×30套×25.16 kg/m=1 069 kg。②[120.55 cm×2根×30套×28.16 kg/m=2 044 kg。③[140.9 cm×1根×30套×25.16 kg/m=1 057 kg。④[140.14 cm×2道×30套×25.16 kg/m=2 113 kg。⑤[146 cm×2道×30根×25.16 kg/m=2 204 kg。⑥（10 mm厚鋼板）0.252×3.14×0.01×7 850=62.12 kg。

圍圈及平臺檁條質量為[3.14×12×1×4道]×10.01 kg/m= 1 507 kg。平臺木板（50 mm）質量按照荷載規范600～700 kg/m3，113 m2×0.05 m×0.7 t/m3=4.0 t。模板系統質量為3.14×12×1×1.2×40 kg/m2=2 261 kg。

千斤頂質量為28臺×25 kg/臺=700 kg。高壓油管質量為300 kg。液壓控制臺質量為150 kg。

內吊架、平臺（寬530 mm，離外庫壁100 mm），施工荷載標準值（包含自重的有效荷載）為2.0 kN/m2。質量為3.14×12×1×0.53×2.0=4.0 t。斜撐質量為6.32 m×1根×30套×10.01 kg/m=1 896 kg。

料斗支架向平臺直分散混凝土所產生的集中荷載計算公式如式（1）所示。

W =γc×（π×r2） × h+V? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，γc為混凝土的密度，取25 kN/m3；r是料斗口的半徑，取0.15；h0是料斗內混凝土表面至料斗口的最大高度，取1.3 m；h1為測定卸料時料斗口至平臺卸料處的最大高度，取0.5 m；h=h0+h1，V取0.15 m3 （可能堆積的最大混凝土量）。

將上述取值代入公式，計算得W=6.95 kN，滑模施工總荷載N=15 t+9 t+24.06 t=48.06 t。

支承桿Ф48×3.5 mm允許承載力計算公式如式（2）所示。

P0=（a/K）×（99.6-0.22L）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：L=90 cm，K=2.0，a=0.8，可計算出P0=31.92 kN。L為支承桿長度，K為安全系數，a為工作條件系數，千斤頂和支撐桿的數量n可以通過公式N/P來計算，其中N表示總的垂直荷載，P表示單個千斤頂的計算承載力。支撐桿的數量應選取允許承載力和千斤頂允許承載力（通常為額定承載力的一半）之間的最小值。

根據表1得知千斤頂（GYD-60滾珠式）工作起重量為30 kN，支承承載能力桿允許值為31.92 kN。在工程豎井中，每隔不超過2 m設置一個千斤頂，總共有28個千斤頂，另外備用2個。單個千斤頂的承載能力為1.72 t，小于3 t，因此滿足工程使用要求。

4 滑模的施工工藝

4.1 滑模襯砌施工工藝

滑模襯砌施工工藝主要有施工準備、碼頭門段施工、模板及滑升平臺組裝及調試、安裝模板、防水層鋪設、鋼筋綁扎、澆筑混凝土和滑升等。

豎井井筒段襯砌在井筒開挖初期支護完后，自下而上進行。滑模安裝調試完成后，首先完成各馬頭門段二襯澆筑施工，施工段高度約6 m。馬頭門施工時，將支撐桿提前預埋到位，支撐桿支撐在底板處，不得懸空[1]。馬頭門施工完成后逐步進行豎井井筒部位施工，待滑模滑升至鎖口圈頂部時，開始進行地面以上風塔部分施工。

4.2 滑模安裝

施工前，應在豎井底部放出中心十字線和斷面尺寸邊線，設置模板拼裝基準，并標明吊裝架和模板邊緣的位置。施工縫處的混凝土表面應進行打磨，以便于連接。

滑模安裝順序為：起重機→圍圈→斜撐→環梁→鋼筋→模板→井架→操作平臺→支承桿→垂直運輸系統→液壓系統和安全設施→腳手架。安裝過程中不需要起重設備，各構件質量輕，可由人工或簡易提吊設備配合進行安裝。

提升架安裝應按其布置、型號逐一進行，要使各提升架都在同一水平面上，并用水平尺和線錘等檢查其水平和垂直度，用儀器檢查其中心位置，然后臨時固定。提升架安裝是整個滑模裝置的基準，故務必謹慎小心。

圍圈安裝時，應按先內后外先上后下的順序，將各段圍圈依次連接于提升架的支托或彎鉤螺栓上，再將連接螺栓擰緊固定。

模板安裝在鋼筋綁扎驗收后進行，遵循先內后外的順序，安裝內模后，必須綁扎好超過內模高度的鋼筋，方可安裝外模。

操作平臺包括井架、平臺板等，應在提升架和圍圈、模板安裝之后進行，各節點的連接必須牢固，受力螺栓必須緊密結合。操作平臺的鋪板，應與模板上口相平或稍高于模板上口（便于混凝土入模）。鋪釘平臺鋪板前，應將內吊腳手架的部件按要求運至平臺下部的基礎底面上，當模板滑升到一定高度時（一般為3 m左右），應及時安裝內外掛架。操作平臺及掛架，均應設置防護欄桿，其高度不小于1.2 m，并應掛上安全網。

4.3 混凝土澆筑及滑模地滑升

先澆筑10 cm厚的半骨料混凝土，然后按分層30 cm澆筑第二層。當厚度達70 cm時，暫停3～5 h，待底部混凝土強度達0.3～0.4 MPa后，滑升3～6 cm。繼續澆筑30 cm混凝土，根據下部混凝土硬度確定停歇時間，一般為30 min。初次澆筑和滑升過程中，全面檢查模板結構和液壓系統。再進行第四、五、六層的混凝土澆筑，并在每層澆筑后相應滑升6 cm、12～15 cm和20 cm。如無異常，開始安裝鋼筋、澆筑混凝土與模板提升操作。

試升時，先檢查千斤頂是否正常工作，確認正常后，插入支承桿，安裝限位卡，限位卡離千斤頂頂部的距離為300 mm。滑模提升應在鋼筋綁扎后和混凝土澆筑前進行，每次滑升高度約為30 cm。根據混凝土的凝固時間、脫模強度、溫度變化、勞動力配備等因素，日滑升高度應控制在約2.4 m。初始提升前，全面檢查液壓設備、模具結構及相關設施。正常提升時，兩次提升的間隔不應超過1.5 h。在支撐桿上加裝扣件限位器，以保持操作平臺的水平穩定。每天作業時，保證各千斤頂的相對標高差在40 mm之內，相鄰提升架上的千斤頂升差在20 mm之內[2]。

5 滑模施工質量控制

5.1 高程和軸線控制

高程測量使用水平儀將基準標高傳遞到支撐桿，每次使用測量尺向上測量標高，同時使用伸長的鋼尺精確測量已完成的支撐墩身，在使用全站儀進行校驗。軸線測量采用線錘法與激光垂度儀法結合，以平臺水平為基準，在提升架橫向和縱向軸線上設校準點，每次升高30 cm，調整限位器確保裝置位置正確。完成后觀察線錘情況，結合水平進行調整。每升高10 m，用激光垂度儀檢查橫向和縱向軸線，確保偏差不積累。

嚴格控制滑升速度，不超速，并控制各千斤頂的相對高度不能大于10 mm，相鄰兩提升架的千斤頂其相對高差不能大于10 mm。及時檢查支承桿，發現彎曲后，先停止千斤頂工作，彎曲不大時，另用鋼筋綁焊。彎曲較大時，除綁焊外，應與結構鋼筋相連。彎曲嚴重時，應割除通下接頭，重新安裝，底部加墊板。在滑升過程中，每提升一次應進行中心校對，發現偏差及時糾正，糾偏過程分步進行，不能一次到位。操作平臺的傾斜度應控制在1%以內，澆灌混凝土應從偏差處向相反的部位開始。發現滑升設備旋轉應及時糾扭，一般采用千斤頂相鄰高差產生的環向切線水平力迫使平臺旋轉，或改變混凝土澆注方向，用導鏈拉相鄰提升架上下端，使提升架產生環向水平力來扭轉[3]。

5.2 滑升過程中的質量控制

在提升過程中，應注意以下4點：①應對結構的垂直度、水平度、扭曲及截面尺寸等偏差進行記錄和檢查。②時刻關注操作平臺結構、支撐桿的工作狀態以及混凝土的凝固狀態，并準備好緊急應對措施。③及時清理粘在模板上的多余砂漿，并清理轉角模板、收分模板與活動模板之間的夾灰，以防止硬化的干灰掉入模板內并混入混凝土中。④不允許出現油污。任何被油污污染的鋼筋和混凝土都應及時處理干凈。

6 結束語

在興業快線（北段）工程建設中，兩個通風豎井采用了滑模施工技術。該技術為工程的順利完成提供了支持，模板系統保證了施工精度和質量，操作平臺系統為施工提供安全可靠的環境。整體液壓滑模施工技術展示了高效、精確、可靠等優點，為工程的順利完成提供有力保障，也為類似工程的施工提供參考和借鑒。

參考文獻

[1] 楊胡成.滑模在引水豎井混凝土施工中的運用[J].云南水力發電，2020，36（4）：135-139.

[2] 焦金軍.關山隧道通風豎井滑模施工技術[J].陜西煤炭，2022， 41（4）：126-129，137.

[3] 李志富.淺談水利隧洞豎井襯砌滑模施工技術的應用研究[J].磚瓦，2021（4）：137-138.