公路隧道使用鋼模板臺車混凝土襯砌施工技術(shù)

由于公路隧道斷面大，模筑混凝土襯砌質(zhì)量要求高，別是福建省公路隧道取消了二襯表面的防火涂料、水泥漆等二次處理，模筑混凝土襯砌存在的常見外觀質(zhì)量問題如：環(huán)形接縫錯臺、漏漿；工作窗處錯臺；冷縫多；混凝土表面存在花斑、顏色不致；滲漏水；矮邊墻不順直等表現(xiàn)尤為突出，處理不好直接影響隧道二襯外觀質(zhì)量。出現(xiàn)上述問題原因是多方面的，但主要是襯砌臺車剛度不足，施工方法和工藝不當(dāng)所致。經(jīng)過施工中不斷研究摸索，以上問題在京福高速公路福州段美菰林隧道施工中得到了較好的解決。下面就大模板臺車模筑襯砌施工技術(shù)和質(zhì)量控制的些做法作介紹，為今后類似工程施工提供參考。

    1  襯砌臺車的結(jié)構(gòu)、制造、拼裝調(diào)試及定位

    1.1  臺車結(jié)構(gòu)

    臺車結(jié)構(gòu)般分為車體、模板、液壓或絲杠支拆模系統(tǒng)，工廠制造后運至現(xiàn)場拼裝。其結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

    1.1.1  車體

    車體采用桁架結(jié)構(gòu)，縱梁采用40C槽鋼相對拼焊而成，上下各2根；立柱采用HK450型鋼，間距為每3m設(shè)1根，并在立柱間設(shè)“米”字撐；橫梁采用56C工字鋼，間距為每1.5m設(shè)1根；其他輔助構(gòu)件采用HKl60c型鋼，采用上述結(jié)構(gòu)可以較好地滿足剛度和穩(wěn)定性要求。

    1.1.2  模板及拼裝

    由于公路隧道斷面大，實踐證明鋼板≤6mm時其剛度不足，使用段時間后，易發(fā)生變形。鑒于此，模板宜采用厚度為8mm或10mm寬150cm冷軋鋼板。模板加工時卷制半徑應(yīng)較隧道設(shè)計凈空斷面半徑大5cm，以抵消施工誤差；模板底應(yīng)低于隧道側(cè)溝頂面5—10cm，以保證二襯與矮邊墻接縫不外露?，F(xiàn)場拼裝完成并檢查校正后，對模板板塊拼縫進(jìn)行焊聯(lián)并將焊縫打磨平整，模板拼裝完后形成三大塊(拱部塊，左右邊墻各塊)，大塊模板可以有抑制翹曲變形。

    1.1.3  絲杠支拆模系統(tǒng)

    絲杠支拆模系統(tǒng)，杠體直徑90mm，縱向間距150cm(與板塊寬度相同)，臺車兩側(cè)向調(diào)節(jié)絲杠每側(cè)增設(shè)2根(圖1)。

    1.1.4  工作窗設(shè)置

    工作窗尺寸為50×50cm，共設(shè)置5排19個，即拱頂部1排設(shè)3個，與3個封頂孔交替布置。兩側(cè)起拱線以上部位各設(shè)1排，每排4個，高度以高出預(yù)埋的照明電纜管和接線盒位置約20cm為宜，以便在混凝土灌注過程中檢查和校正預(yù)埋件位置。兩側(cè)邊墻部位的窗口各設(shè)1排，每排4個，高度為模板底邊往上3.0m處為宜。

   1.1.5  臺車長度確定

   臺車實際長度以1210cm為宜，其有長度1200cm，每環(huán)間搭接長度l0cm。實踐證明線路半徑大于等于500m時均適用，其弦矢差可通過絲杠調(diào)節(jié)抵消，臺車長度過短會造成襯砌環(huán)形接縫過多，既影響混凝土外觀質(zhì)量，又影響進(jìn)度。臺車模板與上環(huán)混凝土表面的搭接長度以10-15cm為宜，搭接長度過小，易將上環(huán)搭接部位的混凝土頂裂；過大則搭接處不易密貼，易造成環(huán)形接縫處漏漿。

    1.2  臺車拼裝后的調(diào)試 

    臺車車體桁架、模板局部變形、加工尺寸偏差等是造成襯砌錯臺等襯砌外觀質(zhì)量問題的主要原因。臺車拼裝后調(diào)試對二襯混凝土外觀質(zhì)量十分重要，調(diào)試過程中應(yīng)注意以下幾個方面：

    a．襯砌臺車現(xiàn)場拼裝完成后，必須在軌道上往返走行3-5次后，再次緊固螺栓，并對部分連接部位加強(qiáng)焊接以提高其整體性。

    b．檢查臺車模板尺寸是否準(zhǔn)確，其兩的結(jié)構(gòu)尺寸相對偏差宜不大于3mm，否則需進(jìn)行整修。

    c.襯砌前對鋼模板表面采用拋光機(jī)進(jìn)行徹底打磨，清除銹斑，涂油防銹。

    d.每施做襯砌500-800m，臺車應(yīng)面校驗次，校驗般在隧道加寬帶進(jìn)行。

    1.3  臺車就位

    1.3.1  軌道布設(shè)

    軌道宜采用鐵路P38以上鋼軌，短枕采用木枕，鋼軌和短枕間使用軌墊板，軌道置于已鋪底的混凝土地面上，以保證臺車平穩(wěn)。軌道中心線盡可能與隧道中心線重合，偏差應(yīng)控制在±1cm以內(nèi)。

    1.3.2  臺車準(zhǔn)確定位

    臺車定位采用五點定位法，即以襯砌圓心為原點建立平面坐標(biāo)系，通過控制拱部模板中心點、拱部模板同墻部模板的兩個鉸接點、兩墻部模板的底腳點來精確控制臺車就位。臺車走行至立模位置后，先利用豎向絲杠調(diào)整其標(biāo)高，再利用橫向和側(cè)向絲杠調(diào)整其平面位置，使模板中心線與隧道中心線重合，并用五點定位法復(fù)測臺車模板兩斷面，拉線檢查中部模板是否翹曲或扭動，直至準(zhǔn)確為止。

    在曲線段施工時還應(yīng)考慮內(nèi)外弧長差引起的左右側(cè)搭接長度的變化，調(diào)整過程中盡量保證弧線圓順。

    為避免混凝土澆注過程中臺車上浮(般可達(dá)15mm左右)，采用三個30t的千斤頂在臺車前部拱頂增設(shè)支撐，以防臺車上浮造成拱部錯臺。

    2  模筑混凝土關(guān)鍵工藝控制   

    2.1  原材料及混凝土品質(zhì)控制 

    2.1.1  原材料

    原材料經(jīng)檢驗合格后使用，別是地材和種材料更要把好檢驗關(guān)。碎石宜采用反擊破碎石，碎石生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制篩孔尺寸，保證碎石的形狀和配。

    2.1.2  混凝土坍落度控制

    混凝土坍落度般選14-17cm，根據(jù)灌注部位的不同，墻部混凝土坍落度宜小，拱部的宜偏大。在保證混凝土可泵性的情況下，宜盡量減小混凝土的坍落度，并提高混凝土的和易性、保水性，避免混凝土泌水。

    2.1.3  外摻劑(料)的選用

    適量摻加高緩凝型減水劑，可以改善混凝土的和易性，增加其流動性；在襯砌混凝土中可摻加粉煤灰有利于提高混凝土的和易性、保水性和密實度。

    2.2 混凝土灌注

    2.2.1  灌注順序

    混凝土采用分層、左右側(cè)交替對稱澆注，每層澆筑厚度不大于lm。兩側(cè)高差控制在50cm

以內(nèi)。澆注過程要連續(xù)，避免停歇造成“冷縫”，間歇時間超過1.5h則按施工縫處理。

    2.2.2  兩側(cè)對稱灌注更替時間控制

  采取混凝土灌注時間和灌注高度兩個指標(biāo)進(jìn)行雙控，即單側(cè)混凝土灌注高度達(dá)1m時，必須換管；單側(cè)混凝土灌注間歇時間不超過混凝土的初凝時間，美菰林隧道施工中規(guī)定每側(cè)連續(xù)灌注時間達(dá)70min時，必須換管。

    2.2.3  保證混凝土灌注連續(xù)性的措施

    a．合理配置機(jī)械設(shè)備，儲備充足的易損件，做到設(shè)備有用有備；加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備操作手現(xiàn)場培訓(xùn)和設(shè)備檢修保養(yǎng)。

    b．建立襯砌作業(yè)前的設(shè)備檢查制度，設(shè)備有故障或能力不匹配不開盤。

    c．對工程量較大的襯砌段落可采用兩套設(shè)備分左右側(cè)同時工作，但宜適當(dāng)放慢混凝土灌注速度，以避免臺車上浮。

    2.3混凝土搗固

    職搗固手定人定位用插入式振動器搗固，以保證混凝土密實；起拱線以下輔以木錘模外敲振和搗固鏟抽插搗固，以抑制混凝土表面的氣泡產(chǎn)生。灌注過程中嚴(yán)禁用振動棒拖拉混凝土。

    2.4襯砌混凝土封頂

    封頂采用頂模中心封頂鋁接輸送管，逐漸壓注混凝土封頂。當(dāng)擋頭板上觀察孔有漿溢出，即標(biāo)志封頂完成。

    2.5  拆模

    按施工規(guī)范采用后盤封頂混凝土試件現(xiàn)場試壓達(dá)到的強(qiáng)度來控制，模筑襯砌混凝土強(qiáng)度不小于2.5MPa時拆模。

   2.6 混凝土表面缺陷整修

    拆模后，若發(fā)現(xiàn)缺陷，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后及時處理。

    a．氣泡：采用白水泥和普通水泥按襯砌表面顏色對比試驗確定的比例摻拌后，局部填補抹平。

    b．環(huán)形接縫處理：采用弧度尺畫線，切割機(jī)切縫，縫深約2cm，不整齊處進(jìn)行局部修鑿或經(jīng)砂輪機(jī)打磨后，用高標(biāo)號水泥砂漿修飾，用鋼鏝刀抹平，使接縫圓順整齊。

    c．表面顏色不致：采用砂紙反復(fù)擦拭數(shù)次。

    d．預(yù)留洞室周邊處理：預(yù)留洞室周邊還應(yīng)先行清理干凈，然后噴水濕潤，采用高標(biāo)號與模筑襯砌顏色相統(tǒng)的砂漿，抹平壓光。

    2.7  襯砌混凝土灌注作業(yè)中的幾個工藝細(xì)節(jié)

    2.7.1  混凝土輸送管路布置

    接頭管箍應(yīng)連接牢靠避免爆脫，管路用方木支墊高出地面，穿過臺車時管箍不與臺車構(gòu)件直接接觸?；炷凛斔凸苈凡吭O(shè)置根軟管，軟管管口至澆筑面垂距控制在1.5m以內(nèi)，以避免混凝土產(chǎn)生離析。

    2.7.2  鋼筋保護(hù)層厚度保證措施

    由于采用泵送混凝土，灌注速度較快，鋼筋變形較顯著，容易造成拱部鋼筋保護(hù)層減小，甚至造成露筋。因此要保證拱部混凝土墊塊有足夠的強(qiáng)度并在灌注過程中注意混凝土灌注速度。

    2.7.3  邊墻反弧段混凝土表面氣泡的控制

    在反弧段施工中為控制混凝土表面氣泡，主要采取以下三種措施：a．摻加高緩凝型減水劑(般為水泥重量的1％)和粉煤灰(般為水泥重量的20％左右)，以改善混凝土性能；b．控制混凝土坍落度(般取14cm)；c．搗固方法要得當(dāng)，綜合運用，可以減少反弧段氣泡，有改善襯砌混凝土表面質(zhì)量。

    2.7.4  克服混凝土接縫錯臺的措施

    混凝土接縫錯臺是模筑襯砌外觀質(zhì)量的通病之，但通過采取些具體措施是可以克服的，墻面平整度偏差值完可以控制在3mm之內(nèi)，遠(yuǎn)小于規(guī)范20mm的允許值。

    a．克服環(huán)形接縫處錯臺措施

    為克服環(huán)形接縫處錯臺應(yīng)采取以下方面的措施：是在臺車就位前，將混凝土搭接部位及臺車搭接部分表面徹底清理干凈，使臺車與混凝土表面盡量緊貼；二是加強(qiáng)臺車支撐，應(yīng)將所有的支撐部支撐到位，保證臺車整體受力，臺車兩邊墻部位宜增加絲杠支撐；三是在臺車前部拱頂增設(shè)豎向支撐(采用三個30t的千斤頂)，以防臺車上浮造成拱部錯臺；四是放慢邊墻0-3m高部位混凝土的灌注速度(般在約4小時)和嚴(yán)格控制混凝土坍落度(般在14cm)；五是及時檢查和消除臺車兩斷面尺寸誤差；六是中線和標(biāo)高要控制準(zhǔn)確；七是保證臺車模板與上環(huán)混凝土的搭接長度為10—15cm。

    b．克服臺車模板板塊拼縫處錯臺措施

    對模板板塊拼縫進(jìn)行焊聯(lián)并將焊縫打磨平整，形成三塊大模板(拱部塊，左右邊墻各塊)，以抑制使用過程中模板局部翹曲變形，避免了板塊拼縫處錯臺。

    c．控制臺車作業(yè)窗處錯臺

    作業(yè)窗關(guān)閉前，必須將窗口邊框混凝土漿液殘碴清理干凈，并用濕抹布擦拭后鎖緊壓緊卡，并將關(guān)閉支點用楔形木塞緊，防止由于作業(yè)窗口關(guān)閉不嚴(yán)，使窗口部位混凝土表面凹凸不平。

    2.7.5  克服漏漿措施

    環(huán)形接縫處漏漿處置措施：是擋頭板要厚實，可選用5cm厚木板制作，木模徑向安裝以適應(yīng)部尺寸的不規(guī)則性，在臺車部模板板肋處鉆眼用槽鋼和螺栓固定；二是臺車鋼模板與上環(huán)混凝土表面的搭接長度以10-15cm為宜，不宜過大，否則搭接處不易密貼造成漏漿；三是在搭接處混凝土表面粘貼海綿條止?jié){。

    b．矮邊墻頂面處混凝土接縫漿處置措施：是矮邊墻頂面與臺車模板底邊間的空隙用

梯形木封堵密貼；二是混凝土開盤前先泵送同砂漿，砂漿量以矮邊墻上平鋪2cm為宜，既可保證矮邊墻同拱墻混凝土的連接，又可防止模板縫隙漏漿造成混凝土泛砂或暴露骨料。

    2.7.6  克服混凝土表面花紋、顏色不致的措施

    a.消除冷縫和減少不必要的施工縫。如上所述，混凝土要分層、左右側(cè)交替對稱澆注，澆注過程要連續(xù)，避免停歇造成“冷縫”，并控制好兩側(cè)對稱灌注更替時間控制，避免形成不必要的施工縫。

    b．采用適宜的脫模劑。經(jīng)反復(fù)進(jìn)行對比實驗，采用機(jī)油和柴油的混合物按4：6的比例摻  兌，作脫模劑使用，果較好。涂刷要薄而勻，次涂刷后，二次刷子不蘸油再均勻刷遍。切凝土的流動范圍。

    3  矮邊墻施工方法和工藝

    大模板臺車襯砌前必須采用定型鋼模板先施工矮邊墻。矮邊墻施工高度的選擇般有兩種方案：即較襯砌臺車模板底部略高或略低。種方案對矮邊墻的標(biāo)高及平直度要求很高，否則不易控制臺車模板準(zhǔn)確就位或接茬處容易出現(xiàn)漏漿，但脫模容易。二種方案容易實現(xiàn)臺車的準(zhǔn)確定位，缺點是高差留小了脫模困難，經(jīng)常性將矮邊墻棱角打破，高差過大，縫隙不易封堵，灌注混凝土?xí)r容易漏漿。

    經(jīng)過對比分析并結(jié)合多條公路隧道的施工經(jīng)驗，我們選用二種方案，矮邊墻頂面比襯砌臺車模板底邊低約8cm為宜，此部分在混凝土灌注前用梯形木封堵密貼，以防漏漿。