隧道襯砌臺(tái)車上浮的控制辦法

佛子嶺隧道設(shè)計(jì)為復(fù)合式襯砌上下分離式雙車道，是贛粵高速公路泰和至贛州段的重難點(diǎn)工程，該隧道66%為Ⅰ-Ⅲ類圍巖，初期支護(hù)采用25#錨噴支護(hù)，偏壓、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖設(shè)16#工字鋼架支撐。襯砌和初期支護(hù)間設(shè)置由土工布、塑料防水板組成的防排水層，襯砌結(jié)構(gòu)類型采用半圓拱形斷面型式，拱半徑為5.62m。

1、襯砌施工工藝流程

測(cè)量巖面超欠挖，處理欠挖處，鋪設(shè)防排水層，澆注直墻混凝土(見(jiàn)圖1)，測(cè)量中線標(biāo)高襯砌臺(tái)車就位，輸送泵就位，裝擋頭板，檢驗(yàn)合格澆注混凝土，拆模養(yǎng)護(hù)，襯砌臺(tái)車涂抹脫模劑移至下一循環(huán)處。

2、襯砌工藝機(jī)械設(shè)備

整體式鋼模襯砌臺(tái)車(本隧道12m長(zhǎng))、混凝土原材料采用電子計(jì)量裝置、強(qiáng)制攪拌機(jī)拌和(J$500型攪拌機(jī)兩臺(tái))、6m3罐車(三菱罐車兩臺(tái))運(yùn)輸、輸送泵采用三一重工HBTS0型輸送泵。

3、臺(tái)車上浮受力分析

在隧道圓形斷面襯砌施工中，圓心以下部分澆注混凝土?xí)r，鋼模板將受到巨大的浮力作用，當(dāng)浮力大于臺(tái)車自重時(shí)就會(huì)產(chǎn)生鋼模板的上浮。

襯砌混凝土在初凝前，因?yàn)槭橇黧w，其符合流體力學(xué)受力原理，臺(tái)車上浮原因是混凝土對(duì)臺(tái)車的徑向壓力的垂直分力所致。如圖1所示，假設(shè)P為圓心以下澆注襯砌混凝土的任意質(zhì)點(diǎn)，重量為G，質(zhì)點(diǎn)P有兩個(gè)分力，即Fl(質(zhì)點(diǎn)對(duì)臺(tái)車的徑向壓力)、F2(質(zhì)點(diǎn)對(duì)巖面的壓力)，B角為質(zhì)點(diǎn)徑向受力方向和水平方向的夾角，F(xiàn)1=G/sinB、F2=GctangB。臺(tái)車徑向受力F1分為對(duì)臺(tái)車的水平壓力F3和對(duì)臺(tái)車上浮力F4，F(xiàn)3=FlcosB、F4=FlsinB。由此;可知F4=G，即澆注的混凝土重量多少就是對(duì)臺(tái)車的上浮力。

混凝土澆注至圓心以上后，還存在一個(gè)混凝土的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換為壓力的部分力，但影響不大。這只說(shuō)明圓心位置不是上浮受力最大的位置。上述為臺(tái)車所受凈載上浮力的理想分析，泵送混凝土在輸送過(guò)程中對(duì)所澆注混凝土的沖量，該力也不可忽視，在此不做定量分析。

襯砌臺(tái)車自重53T，圓心以下1.85m，變斷面平均襯砌厚度為0.6m，長(zhǎng)12m，混凝土每立方重按2.5T計(jì)，單側(cè)澆注混凝土重量為33.3T，雙側(cè)為66.6T遠(yuǎn)超出臺(tái)車的自重(只按凈載考慮)，雙側(cè)澆注混凝土至圓心高時(shí)，需要混凝土26.6m3混凝土，只需2小時(shí)時(shí)間，臺(tái)車上浮是一種必然現(xiàn)象。

4、臺(tái)車上浮的控制方法

4.1 嚴(yán)格控制襯砌混凝土的配合比

臺(tái)車上浮是混凝土的流體受力所致，由此可知控制混凝土的流動(dòng)度是致關(guān)重要的，這又和泵送混凝土坍落度要求大的特性相矛盾，就現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇質(zhì)量最佳的品牌水泥，為改變泵送混凝土的流體受力在混凝土添加高小減水劑，在適宜泵送時(shí)盡量減小混凝土的水灰比，坍落度控制在10cm。在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制配合比，避免隨意更動(dòng)配比造成損失。

4.2 嚴(yán)格控制混凝土澆注速度、順序

襯砌圓心以下的混凝土澆注速度的快慢是臺(tái)車上浮的關(guān)鍵，臺(tái)車在制作過(guò)程中混凝土窗口開(kāi)的位置不合理，施工過(guò)程中工人為了少換一次輸送管連續(xù)澆注混凝土過(guò)高，往往會(huì)造成臺(tái)車上浮，要求左右側(cè)交替澆注混凝土，每次澆注高度和兩側(cè)高差均不超過(guò)1m。在澆注圓心以下的混凝土?xí)r采用一臺(tái)罐車運(yùn)輸?shù)却胧﹣?lái)放慢澆注速度。

4.3 加強(qiáng)臺(tái)車自身的抗浮能力

臺(tái)車就位后上緊各絲杠千斤頂，在門架間加設(shè)工字鋼作為橫向支撐，以加強(qiáng)臺(tái)車和下部直墻混凝土的摩擦力;在臺(tái)車頂部鋼模和巖面間加設(shè)兩個(gè)50T千斤頂來(lái)約束臺(tái)車的上浮。澆注混凝土過(guò)程中因不均勻受力各絲杠千斤頂還會(huì)不同程度的有松動(dòng)，要及時(shí)對(duì)其重新上緊，絲杠千斤頂?shù)乃蓜?dòng)減小了臺(tái)車同下部直墻的摩擦力，宜造成單側(cè)上浮。

4.4 加強(qiáng)過(guò)程控制

主抓混凝土的配比、混凝土的澆洼時(shí)間、順序、高差，臺(tái)車的澆注前的加固情況和澆注過(guò)程中二次重新緊固各千斤頂。備工序?qū)Ｈ素?fù)責(zé)，嚴(yán)格按照規(guī)范、規(guī)程施工。

5、結(jié)束語(yǔ)

臺(tái)車上浮的表觀現(xiàn)象主要表現(xiàn)在襯砌外觀類似組合鋼模澆注的均勻印痕，上浮的嚴(yán)重程度表現(xiàn)為印痕的間距稀疏。由上述上浮原因分析，臺(tái)車上浮會(huì)造成臺(tái)車門架和軌道虛連或脫離，虛連時(shí)會(huì)產(chǎn)生門架相對(duì)襯砌模板位移，模板變形、襯砌幾何尺寸發(fā)生偏差，脫離的會(huì)造成襯砌臺(tái)車失穩(wěn)、崩塌，造成臺(tái)車損壞、澆注混凝土報(bào)廢。上浮造成臺(tái)車上頂，已襯砌段拱頂搭接部分頂成弧形開(kāi)裂，造成永久的質(zhì)量缺陷，因上頂臺(tái)車拱部受力頂部鋼模板會(huì)產(chǎn)生橢圓變形，從而影響襯砌幾何尺寸。

在圓形結(jié)構(gòu)的洞身襯砌中臺(tái)車上浮是一個(gè)質(zhì)量通病，它和襯砌的結(jié)構(gòu)類型、混凝土澆注工藝、投入的機(jī)械設(shè)備情況、村砌臺(tái)車的自身結(jié)構(gòu)、施工進(jìn)度等諸多因素相關(guān)，很少提到一個(gè)理論高度上來(lái)，佛子嶺隧道右線襯砌是抗浮問(wèn)題從認(rèn)識(shí)到解決比較成功的一例，在同行業(yè)具有領(lǐng)先水平，克服了臺(tái)車上浮的質(zhì)量通病，避免了質(zhì)量問(wèn)題、事故的發(fā)生，對(duì)大模板襯砌臺(tái)車泵送混凝土施工新工藝的完善，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。