2018公路隧道通风竖井混凝土衬砌施工技术

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　　摘要：结合笔者工程竖井混凝土衬砌施工实践，详细介绍了竖井二衬的施工工艺、设备选型、安全防护措施和施工计划安排，为类似公路隧道通风竖井建设提供有益的借鉴。
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　　关键词：通风竖井 混凝土衬砌施工技术
　　1 工程概述
　　本隧道是XX高速公路控制性工程，左线长6750m，右线长6765m，隧道中部设置两处竖井，2#竖井位于笔者承建的标段，井口标高496.7，井底标高279.3，井深217.4米。
　　竖井断面为圆型，内轮廓线直径7.0m，中间设置钢筋混凝土隔板。井口段为钢筋砼衬砌结构，井身段衬砌结构按新奥法原理采用复合式支护结构，二次衬砌采用模注砼结构，初支和二衬之间设置防排水层，二次衬砌砼抗渗要求为S8。
　　2 施工方案
　　首先选择竖井二衬的施工机具，目前使用的有拉杆式液压滑模、提升式整体模架，吊盘式组合钢模等，通过技术、经济、安全、进度方面综合比较，确定采用提升式整体模架二衬施工方法，该方法具有操作方便、施工进度快、安全可靠等优点，缺点是配套设备(稳车)相对较多。
　　采用自下而上二衬顺序，先行施作竖井底板部分用C30砼进行浇筑并调平，按设计要求植入预埋钢筋；然后在底板上拼装整体模架，最后按施工放样采用提升稳车准确定位。
　　
　　图1二衬整体模架平面图
　　二衬混凝土输送方法竖井底部利用隧道砼输送泵供应，当衬砌高度超过泵送能力时，改用竖井口搅拌站供料，采用溜灰管将砼料送入模仓后浇筑。
　　模架在中隔板处隔开，由6台JZ-10/600A提升稳车控制，进行定位和脱模后向上提升至下一模处。中隔板模板顶面下10cm处预留3个PVC定位孔，方便下模螺栓穿孔定位模架。
　　3 施工工艺流程及操作要点
　　3.1 工艺流程
　　施工准备→切割井壁尖头→排水管安设→挂防水板→二衬模架定位→混凝土制备→混凝土浇筑→止水带、止水胶安设→脱模提架→下一个施工循环。
　　3.2 操作要点
　　3.2.1切割井壁尖头：对露出喷砼面的锚杆、钢筋等尖头必须逐一切除，并用砂浆等抹平。
　　3.2.2排水管安设：衬背竖向排水管采用四根Φ100mmHDPE波纹管，沿竖井每5m设置一根环向Φ50mmHDPE波纹管，排水管必须用土工布包裹，用圆头钉固定在井壁上。
　　3.2.3防水板铺挂：防水板要与井壁密贴并保持一定松散度，防止出现脱空现象，板与板间搭接、焊接质量必须良好。
　　3.2.4二衬模板定位：模架高度3m，用稳车吊装模架各部分，定位时要对中操平，保证井壁和中隔墙的垂直度、圆度和净直径，模板之间用螺栓牢固连接。
　　3.2.5混凝土制备及输送：前30m混凝土由隧道拌和站提供，采用砼输送泵直接入模，其余段的二衬砼由竖井口拌合站提供，采用Φ160mm的溜灰管输送入井，在吊盘上设缓冲器，然后经窜筒入模。
　　3.2.6混凝土浇筑：采用人工控制四周对称入模，插入式振捣器捣固，每层浇筑厚度为30cm，井壁与中隔墙同步施工，一次完成衬砌作业。
　　3.2.7止水带、止水胶施工：工作缝设置钢板止水带+遇水膨胀止水胶两道防水。钢板止水带规格300×3mm，接头必须进行焊接牢固，焊缝长度50mm以上； 缓膨型止水胶规格为15×8mm，止水胶安置在钢板止水带的外侧二模接缝处。
　　3.2.8脱模提架：混凝土强度达到5Mpa后即可脱模，其方法是利用模架上气动千斤顶收缩模架，使模架脱离混凝土；脱模后利用稳车提升模架到预定位置进行下一模衬砌。
　　对设计是钢筋混凝土衬砌结构的，在提升模架必需先实施衬砌钢筋作业。
　　4 施工计划安排
　　4.1施工进度计划
　　竖井二衬素砼1d/模，钢筋砼2d/模，壁座2d/模，平均进度2.9m/模，竖井二衬总长度217.4m，需浇筑78模，共计安排施工时间92d(2#竖井钢筋砼40m，壁座8处)。
　　4.2材料与设备计划
　　表1 主要工程材料
　　序号 材料名称 规格 序号 材料名称 规格
　　1 水泥 P.O42.5 5 波纹管 Φ50、Φ100
　　2 黄砂 中砂 6 止水带 钢板30×3mm
　　3 碎石 4.75～31.5mm 7 止水胶 15×8mm
　　4 防水板 1.2mm 8 钢筋 Φ22、Φ12
　　表2绞车设备明细表
　　名称 型号 个数(个) 卷筒直径(m) 卷筒宽度(m) 钢丝绳直径(mm)
　　提升绞车 JTP-1.6/1.2 1 1.6 1.2 Ф28
　　吊盘用绞车 JZ-10/600A 4 0.8 1.0 Ф30
　　模板用绞车 JZ-10/600A 6 0.8 1.0 Ф30
　　砼管用绞车 JZ-16/800A 1 1.0 1.25 Ф30
　　封盖门绞车 JZ-5/400A 1 0.5 0.8 Ф16
　　表3施工设备明细表
　　名称 型号 数量 备注
　　变压器 315 kVA 2台
　　帐幕式钢井架 D220 1套 资质单位设计与安装
　　通讯设备 KJX-SX-1型 1 声光信号
　　防爆投光灯 DGC175/127型 4
　　吊罐 座钩式 2只 容量1.5m3
　　吊盘 双层 1 高3m
　　模板 10mm钢板 1 高3m
　　搅拌机 JS500型 1
　　4.3劳动力计划
　　表4-1 劳动力计划表
　　序号 岗位 数量(人) 责任范围
　　1 工地负责人 1 施工总负责
　　2 施工员 1 施工技术、协助测量
　　3 质检员 1 现场质量控制检查、施工记录、资料编制
　　4 测量员 1 负责施工放样
　　5 试验员 1 负责试验检测
　　6 安全员 1 负责安全管理
　　7 材料员 1 负责机料管理
　　8 电工 1 负责用电管理
　　9 机修工 1 负责机械维修养护
　　10 绞车司机 2 负责绞车提升
　　11 信号工 2 负责井上下信号联络
　　12 衬砌工 12 负责防水层铺挂和混凝土浇筑
　　5 施工安全防护措施
　　5.1危险源辨识
　　二衬施工过程可能出现的风险主要有：坍塌、物体打击、高处坠落、触电等伤害。
　　5.2危险因素评估：物体打击和高处坠落属于重要危险源。
　　5.2.1物体打击风险来自三个方面：
　　1)井口处坠物对井筒吊盘和二衬模板操作人员造成风险；
　　2)混凝土进入溜灰管后冲击力过大损坏缓冲器后脱出伤人；
　　3)二衬作业平台上坠物造成经过竖井底部人员受伤。
　　5.2.2高处坠落风险主要来自二个方面：
　　1)吊罐乘坐人员进出吊罐时高处坠落风险；
　　2)二衬操作平台(含吊盘和模板)人员坠落风险。
　　5.3预防物体打击事故措施
　　1)封口盘上不得有杂物，安全员必须在施工人员入井前检查封口盘并清除所有可能坠落的物品。
　　2)机修工必须定期检查封口盘、吊盘等连接装置，发现有松动的如螺丝帽等及时紧固。
　　3)吊罐乘坐人员手中严禁携带物品，防止吊罐提升过程手中物品失落下坠伤人；吊罐运送材料堆放高度必须低于桶口30cm以上。
　　4)溜灰管缓冲器承受混凝土自由落体冲击力，其材质强度、安全可靠性必须满足要求，机修工必须进行定期检查，发现问题及时处理或更换设备。
　　5)竖井二衬施工期间，在与竖井连通的各通道口设置禁止通行告示牌，并用钢管等材料进行封闭，防止人员误入竖井底部。
　　
　　图2溜灰管缓冲器示意图
　　5.4预防高处坠落措施
　　1)高处作业人员必须经过安全教育，告知岗位存在的危险性。
　　2)遇恶劣天气不得进行露天井架攀登与井筒悬空作业。
   　　3)用于高处作业的防护设施，不得擅自拆除。
　　4)高处作业人员必须按规定配置保险绳等个人劳动防护用品。
　　5)吊盘、模板工作平台周边必须设置牢固防护围栏，围设高度、隔栏间距符合相关规定要求。
　　6)吊罐允许乘坐4人，严禁超员；
　　5.5缓冲器设置
　　竖井中上部二衬混凝土从竖井口输送，搅拌机将混凝土送入Φ160mm溜灰管，溜灰管由一台JZ-10/600A绞车和配套钢丝绳悬吊，可上下移动；溜灰管底部安装一个缓冲器，混凝土自井口沿溜灰管落到二衬模板处最高有180m高差，下落冲击力很大，不仅会冲毁吊盘和模板等设施，而且给竖井二衬施工人员造成生命危险，使用缓冲器将冲击力尽数化解，有效保证二衬施工安全。
　　弹簧缓冲器设置原理：在溜灰管的底部设置一个缓冲区，高度约10cm，缓冲区内安放四个减振弹簧，每个弹簧变形压力为50kg，弹簧上方安放10mm厚钢板，溜灰管中混凝土落到钢板上后经减振弹簧缓冲后由出灰口进入窜筒再进入模仓浇筑，减振弹片均匀分布在缓冲区四周。
　　5.6模架砼浇筑平台安全防护措施
　　二衬模板高3m，顶面以下1m处设置一个工作平台，平台底板通过铰环固定在模板上，底板材料采用5mm厚5cm高的钢片焊接而成；侧面用Ф22mm钢筋焊接围成一个圆圈，施工人员站在平台上开展各种操作。模板仓低位混凝土振捣，施工人员需通过爬梯进入仓内实施振捣。
　　5.7模架检修安全防护措施
　　模架提升后需定位和支模，支模采用风动液压泵顶推模板，直至紧贴已衬砌好的混凝土圆周线。模板工作平台以下每一侧各设置一条检修通道，通道内安设爬梯，朝背方向设置围栏，模板底面处安设安全防护网。
　　
　　图3模架安全防护示意图
　　6 质量管理措施
　　6.1防止混凝土堵管措施
　　溜灰管通过混凝土后会有少部分混凝土粘附在管壁内，长期积累会减小管径，严重时造成混凝土或碎石堵塞，预防措施如下：
　　1)是在溜灰管料斗入口处设置过滤格栅(规格5×5mm)，防止大粒径碎石进入溜灰管；
　　2)是每次下放混凝土前进行清水湿润，以尽可能保持砼的配合比并有利混凝土下滑；
　　3)是混凝土浇筑完后及时用清水清洗，冲洗掉粘附在管壁的混凝土。
　　6.2提高混凝土浇筑质量的措施
　　混凝土自井口经溜灰管下落会造成离析，影响混凝土浇筑质量，采取的预防措施有：
　　1)将溜灰管间隔20~30m接一个S形弯管，砼料经弯管缓冲后可降低的离析程度。
　　2)对离析严重的混凝土在进入模仓前在吊盘上进行二次拌和。
　　3)混凝土进入模仓后加强振捣，保证混凝土质量。
　　7 结语
　　在工期紧、任务重、提升设备充足情况下使用提升式模架二衬施工方法，合理组织、精心管理，首先取得了良好的进度效果和直接经济效益，竖井按期完工，给隧道施工带来通风、供电、避险等便利，间接效益十分显著；其次通过本工程竖井施工实践，在溜灰管底部设计缓冲器，成功地解决了二衬混凝土输送和冲击难题，在模架上设置工作台和防坠网，优化了安全防护措施，从而保证安全施工；最后探索形成了成套竖井二衬施工关键技术和施工工艺，为以后类似工程提供成熟经验。
　　
　　参考文献
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　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。