异小半径大断面变截面隧道二衬组合模架施工工法.pdf

《异小半径大断面变截面隧道二衬组合模架施工工法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异小半径大断面变截面隧道二衬组合模架施工工法.pdf（21页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、1异小半径大断面变截面隧道二衬组合模架施工工法1 前言隧道线路走向穿越在密集建筑物群狭小的地下空间，为同时规避高架桥桥桩、居民楼房基础等建（构）筑物，最大限度的减少对沿街既有建筑物的干扰，遇到线路走向特别困难地段，通常以小半径转弯或采取单洞大断面隧道保证线路走向，且经常性采用断面尺寸分区段变化的单洞双线大断面隧道矿山法暗挖施工通过，这就对隧道施工结构本身及对周边环境及建构筑物沉降变形量控制、降本增效提出更高要求和更高的难度。因此如何确保大转角变截面大断面隧道二次衬砌快速封闭成环、工期短、降本增效，并提高模架施工变断面隧道适用性是相当重大的技术难题。在今后类似隧道工程具有广阔应用市场和发展前景。

2、南平市闽江大桥北桥头至 316 国道连接线及杨真隧道工程针对小半径大断面变截面隧道工程难点创造性的采用可移动门式组合模架体系，实施效果显著，形成了“适用于变截面隧道二衬的可移动门式组合模架”发明专利，并于 2017 年 12 月受到美国探索频道（Discovery）栏目组专题拍摄采访,作为南平的世界标签登台展示。由于该工法能够广泛适用于城市地铁、铁路、公路等超大断面、变截面尺寸及轮廓、小半径转弯线路的矿山法隧道二衬施工，经过多项工程实践验证和改进，技术已2发展成熟，故有明显的缩短工期、社会效益和经济效益。2 特点2.0.1 适应性、通用性强在隧道断面一致的区段，通常采用大钢模液压台车，变截面隧

3、道区段采用梳型模和小钢模作为模板体系，模板体系整体受力支撑平台为可移动门式台架，台架+可调支架+模板整体拼装完成后，可完全贴合隧道设计轮廓线，自主灵活，因此可广泛应用于多种变化形式的隧道断面。2.0.2 适用于大转角线路曲线半径小，转角角度大的大断面隧道工程，为了利于隧道二衬施工方便，隧道设计通常采用“以短直线代替曲线”的设计思路，当线路转角大时，适当缩短调整单循环组合模架的有效作业长度即可满足线路转弯轮廓边界要求。2.0.3 通用配置、经济实用当隧道断面形式多（特别是超过 3 个以上断面尺寸），采用常规的模板台车施工，更换台车外模板和支撑体系较为复杂，而且耽误工期，进而选择满堂红脚手架+梳型

4、模的支撑体系。采用该工法施工，将根据各断面截面尺寸的重合部分，取重合部分的最大截面尺寸施作门式台架，替代满堂红脚手架，因此该工法无需采购多组尺寸各异的台架或台车，而是根据自身隧道断面需求，配置若干台可移动通用台架即可，因此可降低成本，缩短工期。2.0.4 模架体量小、作业效率高本工法组合模架体系采用可移动门式台架作为主要受力支撑平台，3将适应断面突变区域的脚手架焊接在平台上下和左右侧，在变换断面时调整脚手架顶托和小钢模板数量，而常规做法是采用满堂红脚手架，因此最大化减少了脚手架拼拆工程量，极大提高了作业效率，台架两端延伸 1.5 米以上平台，进而降低台架两端高空作业安全风险。2.0.5 自动行

5、走、安拆便捷门式台架配备自动走行驱动系统，自动顶升起降系统，组合模架整体移动无需消耗大量人力，操作灵活；门式台架各构件采用螺栓连接，在隧道内拼拆快捷，施工速度快，操作简单。2.0.6 预留运输通道，方便各工序连续作业门式台架下部为施工通道，组合模架在工作和使用过程中不影响人材机等通行，可通过台架内部空间运输钢筋、模板、支撑等材料，同时投入多组台架情况下也可同步作业，缩短了工期，提高了效益。3 适用范围本工法适用于城市地铁暗挖隧道、高铁隧道、公路隧道、城市综合管廊等线路小半径转弯、超大断面、变截面尺寸的暗挖隧道二次衬砌施工。4 工艺原理通过对比各种断面不同的隧道，依据断面重合部门的公共区域确定可

6、移动门式台架的整体尺寸，将台架作为主要支撑受力平台，在隧道断面平顺一侧配备整体液压可调大钢模，断面尺寸突变部位采用脚手架、梳型模和小钢模贴合衬砌设计轮廓作为不规则区域的补充，台架、脚手4架、梳型模、小钢模协同工作，形成组合模架，实现变断面隧道二衬模板体系和支撑体系。图 4.1.1 组合模架体系横断面示意图5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程具体施工流程如图 5.1.1 所示。5图 5.1.1 施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 大断面衬砌施工考察研究该工法前，我公司以徐州为中心，对周边省市铁路、公路、地铁等在建大断面隧道施工方法进行了实地考察和学习，吸取了先进经验，总结了传统施

7、工方法的缺点，考察并总结了多种大断面隧道施工方法和方案，为该工法分析比选及最终确定提供了基础依据。江西新余花鼓山公路隧道使用的传统的整体式衬砌台车，青岛地铁暗挖车站采用的是满堂红脚手架模架体系。本工程为矿山法暗挖区间超大变截面隧道，通过开挖竖井施组织二衬施工，该隧道涉及五种断面尺寸类型，受空间和工序频繁转换限制，整体衬砌台车、满堂红脚手架等工法虽然各有优缺点和特点，但均无明显工期、经济成本、安全等优势。将整体衬砌台车操作简单、满堂红脚手架断面适应性强等几种工法的优点相结合，采用台6架+组合模架体系，可更好满足实际施工需求，但尚无实际案例可参考。5.2.2 模板支架方案比选在二次衬砌施工方法及方

8、案确定阶段进行方案比选，根据二衬施工工期、安全、经济成本等需求制定相应的模架方案，模架方案以确保衬砌结构安全、工期短、功效高等服务衬砌施工为原则，确定了“可移动门式台架+搭设满堂红脚手架补充+梳型模+小钢模板”的模板支架工法。5.2.3 设计参数对比分析以轨面标高为基点，将五种类型断面的衬砌结构内轮廓叠加，通过对比确定断面的相同点区域、变化区域，一是划分固定大模板部位、梳型模作业范围，二是确定可移动台架最优结构尺寸。图 5.2.3 断面轮廓对比图5.2.4 确定组合模架各部尺寸可移动门式台架尺寸以最大化减少脚手架搭设工程量、保证下部通道空间为前提，大模板覆盖全部相同点公共区域，拱部梳型模以对称

9、布置为设置原则，梳型模与台架顶部之间安装满堂红脚手架。隧道线路设计7为“以折线代替曲线”，6m 一折线最终形成圆弧曲线，因此，门式台架、左侧定型大模板有效作业长度为 6m，门式台架骨架长度 8m，两端各预留1m 作业安全平台。图 5.2.4 组合模架各部尺寸图5.2.5 结合验算优化细部参数综合考虑组合模架的自重、砼和钢筋重量、脚手架的自重、梳型模的重量、砼浇筑动荷载等因素，验算结构主龙骨刚度、稳定性，在保证安全的前提下优化结构内部尺寸、材料类型等参数，选择以钢板为原材的拼接箱体作为主龙骨的底梁、立柱和横梁，实现轻量化；构配件之间优先选择采用螺栓连接，便于通过竖井吊装下放并通过小型机械洞内运输

10、、拼装成型；断面突变区域采用小钢模拼装成整体弧形（600*1200mm），贴合轮廓，满足突变适应性、灵活性要求。8图 5.2.5-1 可移动门式台架正视图图 5.2.5-2 可移动门式台架侧视图5.2.6 各构件制作进场就位配备行走驱动系统的可移动门式台架、大钢模（设砼浇筑窗口）、小钢模等工厂化加工定制，在台架整体骨架基本成型后，进行工厂预拼装，对产品整体尺寸、细部配件等进行预验收，满足要求后加固连接，拆卸运输进场。其中，梳型模采用无缝钢管（50mm）在场地内根据各断面设计的弧度自行放样加工。5.2.7 隧道内台架拼装、定位和使用台架进场的各种零部件通过施工竖井龙门吊吊装下放、通过洞内水9平运

11、输设备运至洞内组装工作面，拱顶预留电动葫芦吊环，使用电动葫芦、小型挖掘机配合人工完成组装。台架组装验收完成后，在门式台架顶部、右侧满铺 25mm 钢板，作为脚手架的受力支撑和焊接固定平台。在全站仪配合下，定位组合模架体系的作业位置，在梳型模上拼装小钢模，调节满堂红脚手架的顶托支撑梳型模，最终使小钢模+梳型模+脚手架+台架成为一个整体，至此，组合模架体系安装成型，每组作业长度 6m。图 5.2.7-1 拱部突变区域脚手架示意图图 5.2.7-2 边墙突变区域脚手架示意图10图 5.2.7-3 脚手架节点示意图5.2.8 浇筑混凝土拱墙整体一次性浇筑，混凝土供料连续，采用定人定岗定位置，以及平板振

12、捣器和人工锤击振捣相结合的振捣方式，保证砼振捣到位，不留死角，最终确保混凝土结构密实、不渗不漏。5.2.9 模板拆除，移动组合模架至下一组砼浇筑完成后，养护等待强度满足规范要求后，拆除模架。回缩突变区域脚手架顶托，使小钢模+梳型模+脚手架与砼脱模，左侧大模板使用液压装置收回脱模，因脚手架与门式台架钢板焊接一起，所以只需拆除小钢模，就可将整个组合模架移动至下一组作业位置，重复定位、拼装，浇捣、拆模等工序。6 材料与设备6.1 材料表 6.1.1 主要材料表序号序号材料名称材料名称主要指标主要指标用途用途1钢板厚 10mm、15mm拼接箱体，作为台架底梁、立柱、横梁主龙骨2圆钢35、50、75mm

13、底梁、丝杆的可调支撑11序号序号材料名称材料名称主要指标主要指标用途用途3工字钢I25台架顶部纵向加密梁4槽钢U10、U16mm台架主龙骨纵向连接加强5角钢L100*100*10mm台架附属操作平台6液压行程均为 300mm，工作压 16Mpa台架左侧配备模板平移油缸控制大钢模收放；台架底梁上配置 4 套，控制整体上下移动7行走2 台 5.5KW 驱动电机驱动电机、滚轮、钢轨等8电控系统控制柜控制整体移动9无缝钢管50mm*3.5mm制作梳型模6.2 设备表 6.2.1 主要设备表序序号号设备名称设备名称技术指标技术指标用途用途1吊索具钢丝绳12/6m吊起构配件212/1.5m吊起构配件3U

14、型索环4t吊起构配件4吊带5t/2m吊起构配件5手拉葫芦5t吊起构配件62t吊起构配件7专用工具活口扳手1 寸构配件连接螺栓拧紧8电焊机WS-400c焊接加固9升降机高度 5m安装作业平台10叉车5t构配件进场后卸车11炮车长度 8m底梁等大型构配件洞内运输12三轮车普通柴油拉动炮车7 质量控制7.1 应遵循的质量标准7.1.1 钢结构工程施工质量验收规范（GB20205-2017）；7.1.2 机械设计手册第一卷 机械工业出版社出版；7.1.3 建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范（JGJ166-2016）；7.1.4 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2017）。127.2

15、质量控制要求7.2.1 技术人员严格检查加工台架、大钢模、小钢模的原材质量，包括钢板和型钢的出厂合格证和复试报告，确保原材料力学性能参数符合设计要求。7.2.2 台架加工的形状尺寸满足设计要求，工厂预制加工技术交底到位，确保外放尺寸偏差满足设计要求，严格履行质量验收制，避免形状尺寸发生偏差而产生的侵限，给后期砼施工带来困难。7.2.3 台架螺栓连接牢固，焊缝饱满，防止出现虚焊、漏焊，导致各种力学性能无法满足使用要求。7.2.4 脚手架杆件间距满足设计要求，严禁使用直径、壁厚不达标，以及腐蚀严重的钢管，避免发生意外。7.2.5 模架定位过程中，测量人员要认真放样轨道中心线，精确定位，尤其是高程、

16、位置，严格实行复核制，对于测量定位要求不合格的，严禁进行临时固定。7.2.6 组合模架定位安装完成后，尽快组织钢筋混凝土施工，防止搁置时间太长，导致昼夜温差过大而带来的温差应力，使模架发生移位和变形。7.3 质量保证措施7.3.1 台架构件制作过程中，加强工厂质检工作，严格控制外形尺寸、节点板位置和焊缝的外观等，凡是不合格者，要求返工。7.3.2 施工前技术人员应熟悉台架施工图和有关技术资料，熟悉构件组成、安装部位、连接方式、安装顺序。137.3.3 门式台架拼装应按照拼装方案组织施工，安装程序必须保证结构稳定性和不导致永久性变形。7.3.4 构件存放场地应平整坚实，无积水，应按种类、型号、安

17、装顺序分区存放，底层垫枕应有足够的支承面，并应防止支点下沉，相同型号的叠放时，各层的支点应在同一垂直线上，并应防止钢构件被压坏和变形。7.3.5 台架的柱、梁等主要构件安装就位后，应立即进行校正、固定，当天安装的构件应形成稳定的空间体系。7.3.6 组合模架安装偏差的检测，应在整体形成空间刚度单元并连接固定后进行。8 安全措施8.0.1 起吊前，必须检查起吊地点周围 20m 范围内的安全环境，如有隐患及时排除。8.0.2 起吊前必须对葫芦进行全面检查，葫芦各部件应完好无损。8.0.3 手拉葫芦在正常使用前应进行靜负荷、动负荷试验。1 靜负荷试验：以额定负荷起吊至离地面约 100mm，靜止 10

18、 分钟，试验后检查各部件是否正常。2 动负荷试验：以额定负荷作重复升降，检查其机械传动部分和连接部分有无异常，自锁装置是否可靠。8.0.4 起吊前要检查起吊点的可靠性，使物件微离（50）地面，进行试吊，试吊高度 100200，仔细观察起吊点是否可靠，检查物体平衡，捆绑有无松动、葫芦有无异常，如有异常必须立即停止作业，将物体放14回原处进行加固处理。8.0.5 试吊时检查物体是否平衡，捆绑有无松动，起吊设备和吊具有无异常，待确认无误后，方可正式起吊。8.0.6 运转及起重作业前应对起重机或捆绑用具及设施进行检查，正确选择和使用，并严格执行“十不吊”规定，确保起吊安全性符合要求。8.0.7 吊装大

19、件时，必须严格执行吊装方案，统一指挥，协同配合。8.0.8 起重作业专业指挥人员必须佩戴袖标，应使用对讲机指挥，指挥信号应明确、清楚、规范，参加安装人员必须服从管理，统一行动。8.0.9 安装区域及周围应设置安全作业警戒线，并安排安全警戒人员进行警戒，吊装过程中禁止无关人员进入。8.0.10 安装现场悬挂必要的安全警示标识牌。8.0.11 规范现场施工用电，保证各种机械设备的用电安全，防止触电。8.0.12 专职安全管理人员应进行现场巡视、监督，发现违章作业和安全事故隐患时应立即制止和处理。9 环保措施9.0.1 遵守施工地区有关安全、消防、环卫、市容等有关规定，文明施工，采取有效措施降低施工

20、噪音，营造一个安静、清洁、和谐的环境。9.0.2 现场施工面保持无积存垃圾、无积聚废水、无散落材料、无废弃物品。9.0.3 施工材料处要整齐，施工过程中尽量减少粉尘等污染。9.0.4 施工中多余的混凝土、杂物不准随意丢弃，应在指定的地点堆放，再将其转移到地面。159.0.5 施工作业队伍生活区严禁生活垃圾随意丢弃。9.0.6 采取适当的措施，尽量降低噪音对周边环境的影响程度，尤其是居民区。10 效益分析10.1 经济效益分析10.1.1 工期效益1 理想状态下的施工环境，以杨真隧道 288m 长单洞双线大断面隧道拱墙施工作为分析对象，采用传统的满堂红脚手架，隧道每 6m/组，拆装、运输工程量大

21、且繁杂，完成每组需要 8 天/6m，2 组满堂红脚手架同时作业，总工期 6.4 个月。2 采用整体式衬砌台车，完成每组需要 2.5 天/6m，2 组台车同时作业。台车 1 从大里程 F3 断面开始，完成 F3 后台车更换面板、丝杆等 1次，继续推进完成 F4 断面；然后转移台车至小里程 F3 断面，开始推进完成小里程方向 F3、F2、F1 断面，期间不断更换面板、丝杆等共 3 次。台车 2 从小里程方向 F4 断面开始，向大里程方向推进依次完成 F4、F3、E2 断面，期间不断更换面板、丝杆等 2 次。在不考虑更换的情况下，288m长的二衬需要 2 个月；洞内空间受限，无大型垂直吊装设备，加之

22、临时支撑拆除等交叉作业，每次更换面板、丝杆、调试需要 10 天，共发生 7次更换，需要 2.3 个月，则总工期为 4.3 个月。16图 10.1.1 整体式衬砌台车施工组织图3 采用组合模架，脚手架与台架焊接为整体，无需多次拆装更换，进度为 3 天/6m，2 组模架同时作业，总工期 2.8 个月。4 工期对比满堂红脚手架提前 3.6 个月，对比整体式衬砌台车提前1.3 个月，工期效益显著。10.1.2 根据 10.1.1 施工组织，计算综合成本。1 采用传统满堂红脚手架体系 2 组，每组脚手架方量为 528 方，每方租金 1.2 元/天，租赁 192 天（6.4 个月）。由于拆除、搬运、拼装等

23、大量重复性工作，需要大量人工作业，架子工 7 人，320 元/工日，脚手架垂直运输、洞内水平运输需普工 8 人，200 元/工日。满堂红模架核算结果为综合成本 98.06 万元。2 采用整体式衬砌台车 2 台，其中主龙骨 21 万/台，面板、丝杆等10 万/套，采购主龙骨 2 台，配备面板、丝杆 5 套。安装工 5 人，300 元/工日，安拆共需 70 天；运输普工 4 人，200 元/工日，共需 129 天。整体式衬砌台车核算结果为综合成本 112.82 万元。3 采用组合模架体系 2 组，其中可移动门式台车 32 万/台，采购 2台。每组配备脚手架 138 方，每方租金 1.2 元/天，租

24、赁 84 天（2.8 个月）。17台架安装工 5 人，300 元/工日，共需 4 天；脚手架拼拆共 2 天（4 次），需架子工 3 人，320 元/工日；运输普工 3 人，200 元/工日，共需 84 天。组合模架体系核算结果为综合成本 72.61 万元。4 组合模架体系相比满堂红脚手架节约 25.45 万元，相比整体式衬砌台车节约 40.21 万元。10.1.3 采用传统满堂红脚手架体系，由于拆除、搬运、拼装等大量重复性工作，需要大量人工作业。采用该工法提前完成衬砌作业，作业班组提前退场，管理人员减配，达到降低管理成本目的。10.1.4 采用传统满堂红脚手架存在脚手架坍塌、临边防护、高处坠落

25、等安全风险源，该工法高空作业人员数量少，时间短，降低安全风险引起人员伤亡、结构事故发生的可能性。10.2 社会效益分析10.2.1 该工法创造性提出组合模架体系新思路，确保效益最大化，为以后类似地下工程的技术方案选择提供参考依据和技术指标，其技术创造经验值得借鉴和推广。10.3 环保效益分析10.3.1 工程建设任务提前完成，消除对施工场地周边居民及企事业单位生活和工作的影响。10.3.2 组合模架体系减少散拼材料的堆放、转移体量，提高隧道内有限密闭空间的场地利用率，保证了作业环境的整洁。10.3.3 高效的施工进度保证了商品混凝土在较短工期内完成使用，减少了对市政道路防控污染的压力。1810

26、.4 节能效益分析10.4.1 采用传统整体式衬砌台车需要采购多台才可以适应不同断面类型的轮廓需要，不仅要多次设计、加工难度大，而且增加钢材原材料的消耗、电费及加工费用投入；组合模架具有良好通用性，购置 1 组即可完成全部施工任务，制作简单，若需加快进度，还可增加配置，同比增加功效，降低制作成本投入。10.4.2 组合模架的小钢模、台架主龙骨可以在企业内部类似工程项目周转使用，提高利用率，降低企业机械设备成本投入。10.4.3 高效的施工进度降低了施工场地内车轮清洗、场地洁净保持的水资源消耗、人工成本投入。缩短工期，节约施工用电和照明用电。11 应用实例11.1 工程概况本工法经过南平市闽江大

27、桥北桥头至 316 国道连接线及杨真隧道工程、新余汉泉隧道等工程的实践验证和改进，应用效果显著。南平市闽江大桥北桥头至 316 国道连接线及杨真隧道工程，其中杨真隧道为新建工程，呈南北走向，起点位于马坑路，终点位于环城南路，全长 0.398km。下穿段设计成单洞双线隧道，采用 CRD 工法施工，结构边界距离东三环高架桥桥桩最近仅有 2.5m。设计起止里程右 DK13+224.405右DK13+512.654，全长 288.249m，设置一座施工竖井，线路转角 992631.3，隧道断面呈椭圆形，共分为 5 个断面类型，最大断面与最小断面宽度相差 1.35m，高度相差 0.396m。二衬左线边墙

28、沿线路方向弧度一致，右线边墙沿线路方向每 42m 突变一次，左右边墙长度相差 5.38m。初期支护采用型钢钢架+锚杆+喷砼支护体系，拱架间距 0.5m，初支19厚度 350mm；二次衬砌为钢筋混凝土结构，厚度 600mm。二次衬砌采用组合模架新工法组织施工，2017 年 9 月 13 日开始组合模架构件进场，2017年 12 月 15 日完成全部拱墙二次衬砌施工任务，历时 93 天。图 11.1.1 CRD 法隧道平面图隧道二衬施工期间拱顶沉降、地表沉降监测结果显示，各项监测指标稳定，采用组合模架体系成功解决了超大断面、变断面尺寸类型、大转角线路隧道二衬工期紧、质量要求高的施工难题，现已经掌握

29、成套技术，并得以优化和推广应用，技术已发展成熟，具有较强的可靠性和操作性。11.2 工法现场照片图 11.2.1-1 可移动门式台架工厂过程验收图 11.2.1-2 液压可调带浇筑窗大钢模20图 11.2.1-3 台架构配件运输至工作面图 11.2.1-4 台架拼装图 11.2.1-5 安装过程指导控制图 11.2.1-6 安装后验收图 11.2.1-7 组合模架体系图 11.2.1-8 浇捣定人定岗定位置图 11.2.1-9 组合模架体系作业图 11.2.1-10 大断面衬砌施工效果2111.3 工程效果11.3.1 业主要求单洞双线大断面二次衬砌 2018 年 3 月 10 日完成，实际完成时间为 2017 年 12 月 15 日，工期提前 146 天，相比传统的整体式衬砌台车综合成本节约 40.21 万元。11.3.2 杨真隧道工程的工期提前保证了关键线路完成任务。11.3.3 2017 年 9 月全国质量月期间全市在建工程 400 余人到组合模架大断面隧道施工现场进行观摩，我项目在技术方案创新、质量效果、作业效率等方面受到业主公司总经理、政府监督管理部门的高度评价和赞扬，为我司后续承接公路工程建设业务板块打下坚实声誉和形象基础。