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  仰拱是隧道结构的主要组成部分之一,它是隧道结构的基础。它一方面要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下,而且还有效的抵抗隧道下部地层传来的反力。实际上它是能承受地层永久荷载和路面临时荷载(动荷载)的一种地基梁(板)。为此仰拱的受力状态比较复杂。从国内外的交通隧道工程病害的实例来看,由于隧道仰拱结构的设计、施工原因,而出现隧道结构失稳,路面沉降开裂,翻浆冒泥病害的实例不在少数,甚至有的隧道在运营后因仰拱质量问题被迫将无砟轨枕改为有砟轨枕。为此在施做仰拱结构时必须精细,其结构物一定要符合规范和设计要求,选择合理的仰拱混凝土施工工艺直接关系仰拱及填充混凝土质量是否达结构及功能设计要求,对减少隧道运营后行车安全事故及质量缺陷处理工作有重大意义,为此将目前采用的几种仰拱混凝土施工工艺进行如下介绍。

1、 全覆盖仰拱模板施工

   特征是:仰拱模板架设后通过模板上开设的工作窗进行仰拱混凝土浇筑,完成仰拱混凝土浇筑后移开仰拱模板并架设中央水沟模板再进行仰拱填充混凝土浇筑。
 该工法由水电站引水隧道的全圆针梁台车简化而成,最早是施工单位在赶工期时将全圆一次衬砌改为分为 120°底拱及 240°边顶拱衬砌两次衬砌,改全圆针梁台车为 120°底拱衬砌台车,与 240°边顶拱衬砌台车进行施工,由于使用年代较早,具体时间及最早使用单位已不可考,其中 120°底拱衬砌台车后来被用于铁路隧道仰拱施工。其优点是结构简单,有利于仰拱成型但缺点同样突出,首先是结构重量大,其次由于模板覆盖了混凝土,使混凝土的振捣需从模板上开的工作窗进行,受模板结构限制,工作窗的布置数量有限不能充分兼顾需要振捣的混凝土面,导致仰拱混凝土因振捣不充分存在气孔,空洞露筋,混凝土离析,混凝土不密实结构强度不达标等质量缺陷,而且开闭工作窗过程繁琐且布料时受工作窗位置限制不能灵活调整布料机构导致仰拱浇筑时间太长影响栈桥通行严重妨碍隧道开挖作业。

2、半覆盖仰拱模板施工

 

       特征是:模板就位后先放下翻转模板浇筑仰拱混凝土,翻转模板之间镂空段采用人工摊铺,在仰拱混凝土浇完后收起翻转模板并架设中央水沟模板后浇筑仰拱填充混凝土。
    该工法最早由成都铸信建筑工程技术开发有限公司在传统的简易栈桥仰拱施工法的基础上经模块化,集成化改进后推出,2014 年在“京沈高铁”中铁 4 局 4 工区朝阳隧道首次使用并优化,之后因其重量轻使用简单等优点,逐渐为施工单位广泛采用,但存在如下缺点:1,仰拱中部约 7-8 米宽由于没有模板定型,衬砌后的仰拱混凝土没有弧度为平面,成型质量差;2,由于仰拱底部浇注速度块在交边墙时需等混凝土初凝时间不容易控制易形成施工缝;3,浇筑时在收起翻转模板的情况下可将仰拱与填充混凝土一次性浇筑,施工中存在偷工不按规范施工的情况,会产生仰拱质量隐患。

3、仰拱纵向滑模施工
  特征是:模板架设后纵向轨道上的滑模沿隧道轴线前后滑移同时向滑模下方的开放空间浇筑并振捣仰拱混凝土,仰拱混凝土完成后移开模板并架设中央水沟模板进行仰拱填充混凝土浇筑。

  该工法最早用于水电站引水隧道斜坡段平直隧道底部混凝土施工,武警交通总队 2011年尝试应用于四川省西昌市锦屏电站四条十八公里的引水隧道,该隧道为直径 11.2 米,底部成圆弧形,实验中由于纵向滑模浇筑时间长,仰拱与边墙基础间容易形成冷缝,由于滑动模板下没有形成的封闭浇筑空间,振捣时在重力作用下需靠混凝土的粘性维持形状,所以为保证仰拱成型,对混泥土配比要求高,振捣位置及振捣时机的把控要求苛刻,工人操作难度大,该工艺最终没能验收通过。其后有施工单位尝试应用于铁路隧道仰拱施工但因为上述缺陷,现场使用效果同样不理想。


























4、仰拱横向滑模施工

  

  特征是:模板架设后环轨上的滑模由隧道中心线向隧道左右两侧滑移,同时从滑模上方向滑模下形成的封闭空间浇筑并振捣仰拱混凝土,仰拱混凝土完成后移开模板并架设中央水沟模板进行仰拱填充混凝土浇筑。

  该工法最早由中铁十八局 2011 年应用于四川省西昌市锦屏电站的引水隧道,用于解决传统仰拱施工工艺中模板易上浮、取芯不密实,排气效果差,气泡难以浮出,震捣难以到位,混凝土表面留有大量气泡、蜂窝麻面,漏钢筋等质量缺陷。
  成都科利特机械制造有限公司优化该工法后研制出“铁路隧道仰拱摊铺工艺”并在南玉高铁(南宁到玉林)中铁一局良睦隧道项目首次应用,经业主,设计,施工,监理单位与传统仰拱施工工艺比较后得到高度认可,其后在渝黔高铁、川南城际铁路、渝昆高铁、西康高铁、川藏铁路以及路外滇中引水等多个项目上得到成功运用。目前该工艺已成为川藏铁路总公司四川公司管段内隧道施工质量控制项目的主推仰拱施工工艺。