仰拱是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构,是隧道结构的主要组成部分之一,它不仅要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构传递到地下,或将路面上的荷载有效地传递到地下,而且还有效地抵抗了隧道下部地层传来的反力。仰拱与二衬构成隧道整体,增加了结构稳定性,并有防水作用。
隧道仰拱、仰拱填充和底板的施工,需要占用洞内运输道路,对隧道内的出渣运输、进料运输等作业造成一定程度的干扰。因此,应对仰拱、仰拱填充和底板的施作时间,以及分段(分块)施作顺序进行合理安排,以减少与其他作业的相互干扰。
1.仰拱栈桥施工技术
隧道仰拱、仰拱填充和底板的施工,通常是按纵向分段、横向分幅施作的。横向分幅施工,导致仰拱、仰拱填充和底板存在纵向施工缝,其完整性降低。因此,有关规范规定模筑混凝土内层衬砌必须采用完全顺作法施工,仰拱、仰拱填充和底板只能纵向分段施作,不得左右分带施作,仰拱和仰拱填充应分开施作,不得一次灌注。因此,仰拱栈桥施工技术应运而生。
仰拱栈桥是用于仰拱、仰拱填充和底板施工的简易桥梁。仰拱栈桥施工技术可以避免因横向分幅施作而破坏结构的完整性,既能保证隧道内运输道路的畅通,又能保证栈桥下面底板、仰拱和仰拱填充作业的正常进行。我国高速铁路隧道的内层衬砌已要求严格采用仰拱栈桥施工技术,并按照顺作法进行仰拱、仰拱填充和底板施工,但在普通铁路隧道和高速公路隧道施工中还没有强制推行。
我国高速铁路隧道中使用的仰拱栈桥多为简易单跨组合钢梁桥,采用旧钢轨或工字钢扣件连接单片梁,两片梁连接组成临时栈桥。梁的长度通常为12 m,有效跨度为8m,桥下可一次施作8m长的仰拱。钢轨或工字钢的根数和规格,应根据重车荷载及跨度来确定。仰拱栈桥架设必须保证整桥的稳定和行车安全,而且要使拆卸组装和拖拉移位方便快捷。
2.仰拱、仰拱填充和底板施工
在围岩稳定性较好时,一般仅设计底板(铁路)或调平层,在围岩稳定性较差时才设计仰拱、仰拱填充。仰拱、仰拱填充和底板施工若没有采用仰拱栈桥施工技术,而是采用左右分带施工,就应该注意安排好纵向分段长度,以及左右幅交替施工的周期,以减少与洞内其他作业之间的相互干扰。设计有仰拱时,分段长度一般不应超过18 m,以免墙脚暴露过长,致使上部支护变形过大,甚至造成边墙挤入或坍塌。设计有底板时,分段长度可长一些,但仍应注意观察上部拱墙的稳定性。此外,还应注意施工缝、伸缩缝、沉降缝及衬砌形式变化之处。
(1)注意事项。
①需设仰拱部位的基坑几何尺寸一定要符合设计文件要求。
②根据围岩类别的不同,采用上下台阶施工的隧道,进行仰拱部位的土石开挖时,必须控制开挖段的长度。一般情况下:Ⅲ类及以下围岩地段,基坑长度不大于5.0 m;尤其是设钢支撑地段应短距离开挖;Ⅳ类及以上围岩地段,基坑长度不大于10 m;当围岩条件较好时,基坑长度不应超过15 m。
③为避免开挖振动对已形成的初衬结构造成不利的影响和尽量控制超挖,仰拱开挖爆破时应控制装药量。
④尽量采用光面爆破技术开挖,使仰拱基本成型。
(2)初衬仰拱支护结构。(www.daowen.com)
①仰拱部位的基坑开挖后,在施作各支护结构前,必须测量基坑底部标高、几何尺寸等,检查其是否符合设计要求。
②在仰拱支护前,基坑中的虚渣、杂物、积水等必须清除干净。
③在仰拱的初衬中设有钢拱架时:a.在设置钢拱架前,应在基底铺设5~10 cm厚的M10水泥砂浆或C10混凝土找平层;b.钢架的型号、间距,钢架纵向连接钢筋的规格、间距及连接应符合设计要求;c.仰拱钢架与边墙钢架的连接应符合设计要求,特别应注意仰拱钢架与连拱式隧道中隔墙基底处的连接一定要采取板式连接,且严禁将无板的钢架端头直接紧顶中隔墙基底的混凝土部位;d.仰拱钢架应用冷弯机弯制成符合弧度要求的形状,且严禁将整榀钢架做成几段折线形的钢架;e.当整榀钢架分段制作时,其接头必须按设计要求采用板式连接;f.用混凝土覆盖钢架前必须清除所有钢架外表的油污、泥土、锈迹;g.严禁用废旧钢材制作钢架。
④仰拱初衬混凝土施工:a.仰拱初衬混凝土一般均采用喷射混凝土使其达到设计厚度,喷射混凝土的标号应符合设计要求;b.喷射混凝土的厚度应满足钢件保护层的要求;c.当仰拱初衬混凝土采用现浇混凝土时,必须征得设计单位允许,应有相应变更手续,并应及时通知监理单位监督实施。现浇混凝土的厚度除满足设计厚度外,其最小厚度应满足混凝土最小构件厚度20 cm的要求。
(3)二衬仰拱施工。
①仰拱初衬完成后,应及时施作仰拱结构。
②仰拱的厚度、结构、几何尺寸必须符合设计要求。
③仰拱中的钢筋应满足下列要求:a.仰拱中各部位钢筋的规格、部位、间距、绑扎焊接工艺必须符合规范和设计要求;b.仰拱钢筋伸入边墙部位的长度应符合设计要求;c.仰拱混凝土浇筑前应清除钢筋表面的油污、泥土、锈迹。
④仰拱混凝土的浇筑:a.仰拱混凝土的标号和性能及厚度应符合设计要求;b.仰拱混凝土应采用机械拌制,泵送混凝土浇筑;c.混凝土浇筑工艺应严格按现行混凝土施工规范执行。
⑤仰拱填充混凝土的施工:a.仰拱填充一般采用C10混凝土,其铺设范围、厚度均应符合设计要求;b.因仰拱填充一般都比较厚,严禁在C10混凝土中掺片石;c.仰拱填充与隧道排水边沟等构造物有直接关系,因此在实施此部分圬工时,应事先确定排水沟等结构的尺寸,并设立相应的模板;d.仰拱填充混凝土应采用机械拌制,泵送浇筑;e.灌注仰拱和底板混凝土前,必须把基底的虚渣、杂物及淤泥清除干净,并排除积水。
⑥无仰拱地段:a.找平层下超挖部分严禁用洞内虚渣或片石回填,必须用C10混凝土回填密实;b.铺底混凝土的施工参照仰拱填充混凝土的施工执行。
⑦注意事项:a.在施作仰拱或铺设找平层及路面混凝土时一定要事先设计好应预留的沉降缝(伸缩缝)的位置;b.沉降缝处二衬的混凝土(包括拱墙、仰拱)一定要在同一竖直面中断开,而且应按设计及规范要求进行结构处理;c.建议在围岩变化不大的地段(洞口除外),尽量少设或不设伸缩缝,因为此缝若处理不好,将会是衬砌防水的薄弱环节。
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