隧道病害處理套襯模板設(shè)計(jì)施工研究

文/干強(qiáng)

1 工程概況

套襯模板采用組合鋼模板，規(guī)格為150（長(zhǎng)）cm×30(寬)cm，面板采用厚度3mm 鋼板，鋼板四周及縱向間距37.5cm 設(shè)置鋼肋板，肋板厚度5mm，鋼板中心環(huán)向設(shè)置槽鋼。模板將在底部搭設(shè)16 工字鋼拱架作為承力結(jié)構(gòu)，承受結(jié)構(gòu)自重及施工荷載，工字鋼架縱向間距1.5m，鋼拱架由5 節(jié)工字鋼單元組成，工字鋼環(huán)向之間通過(guò)螺栓和鋼板連接；縱向采用Φ22mm 鋼筋焊接連接，分別在鋼架底部及接頭位置（拱部與邊墻單元）采用Φ25mm 鎖腳錨桿固定，長(zhǎng)度3m，每處2根，一根與既有襯砌面垂直，一根與另一根向下成20°角[1]。模板與模板之間采用螺栓連接，模板兩端環(huán)向焊接在鋼架上，鋼架與模板若不密貼，可增設(shè)鋼墊板焊接支撐，以確保模板固定牢固、安全有效。模板中心槽鋼位置鉆設(shè)螺栓孔，在既有襯砌上利用植筋膠植入M20 化學(xué)錨栓，植入深度20cm，錨栓縱向間距150cm，環(huán)向間距30cm；外露加工為絲桿形式，錨栓材質(zhì)及錨固性能要求錨栓鋼材材質(zhì)不得低于《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50367-2013)，《混凝土結(jié)杓后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ145-2013)及《電氣化鐵路接觸網(wǎng)，用力矩控制式膠粘型錨栓》(Q/CR570-2017)中規(guī)定的8.8 級(jí)錨栓(螺母、墊圈相應(yīng)配套)。錨栓錨固應(yīng)采用A 級(jí)膠，錨固膠性能要符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》(JGT340-2011)的有關(guān)規(guī)定[2]。襯砌模板設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。

圖1 襯砌模板設(shè)計(jì)圖

2 模板受力計(jì)算

在襯砌時(shí)的混凝土自重及邊墻壓力靠模板承受。其力學(xué)模型可取最頂部2m 長(zhǎng)、1.5m 寬的這部分模板進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度校核，其受力簡(jiǎn)圖如圖2 所示[3]。

圖2 力學(xué)簡(jiǎn)化模型

2.1 混凝土自重P1

結(jié)合圖2，分析部分的長(zhǎng)為2m，寬為1.5m，混凝土厚為2.45t/m3，則混凝土自重w=2×1.5×0.8×2.45=5.88（t）。折算 成單 位 面 載 荷P1=5.88/（2×1.5）=1.96t/m2。

2.2 模板的彎曲應(yīng)力

根據(jù)上述模板所受面載荷為1.96t/m2，那么在250mm 寬、1500mm 長(zhǎng)的面積上所受到的載荷為1.96×0.25×1.5=0.735（t），將此荷載作用在1.5m 長(zhǎng)的梁上，則其線載荷q=0.735/1.5=0.49（t/m）[4]。

75×6 的角鋼截面，根據(jù)圖示坐標(biāo)系，計(jì)算組合截面形心O0的X、Y 坐標(biāo)。x=∑Aixi/∑Ai；y=∑Aiyi/∑Ai。查表可知角鋼75×6 的橫截面積A=879.7mm2，慣性矩Ix=469500mm4。將各值代入，則：

x=（150×8×75+879.7×95.7）/（1200+879.7）=83.76mm

Y=（150×8×79+879.7×20.7）/（1200+879.7）=54.34mm

根據(jù)組合截面的平行移軸公式計(jì)算組合截面的慣性矩：

Ix=150×8/12+83×150×24.662+469500+879.7×33.642=2201150.87mm4

W1= Ix/（83-54.34）=76802mm3

W2= Ix/54.34=40507mm3：

Mmax=qL2/8=1.67×104×1.52/8=4.7×103（n·m）

梁的最大彎曲應(yīng)力σ=Mmax/ W2=4.7 × 103/4.0507×10-5=116.03[MPa]。

A3 鋼[6s]=160MPa，所以梁的強(qiáng)度合格。

3 施工技術(shù)

二線拆除之前，首先應(yīng)該被用于拆除期前后襯I20b 臨時(shí)鋼筋，且鋼筋長(zhǎng)度不小于5m，鋼框架間距不大于1m/交叉，保證穩(wěn)定的鋼作為一個(gè)整體，每組縱向Φ22 連接相鄰的兩個(gè)常見(jiàn)的鋼筋，鋼筋環(huán)的間距不大于1m[5]。

施作新的二襯前，應(yīng)安裝環(huán)向排水盲管，并采用φ50HDPE 打孔波紋管，共設(shè)置2 道φ50 環(huán)向盲管；環(huán)向盲溝安裝于初期支護(hù)表面與防水層之間，并盡量利用支護(hù)凹形位置。施工時(shí)，環(huán)向盲溝利用土工布帶通過(guò)水泥釘、塑料墊片固定于支護(hù)面，固定處間距不大于50cm，同時(shí)還應(yīng)仔細(xì)檢查并確認(rèn)其牢固[6]。

拆除舊砼后，將新舊砼接縫處刷界面劑，并在新舊砼結(jié)合處設(shè)置止水條，寬2cm，以改善其防水性能；然后采用水泥釘固定，定釘?shù)拈g距不大于60cm。拆除舊砼后，將新舊砼結(jié)合處鑿毛并采用高壓水沖洗干凈，以保證新舊砼之間連接良好[7]。

為保證該處缺陷拆換澆砼后整體穩(wěn)定安全，拆除后的襯砌環(huán)向設(shè)置Φ22mm 的主筋，間距20cm，縱向設(shè)置Φ12mm 的水平筋，間距25cm，并在縱環(huán)向鋼筋的節(jié)點(diǎn)設(shè)置Φ8mm 的鉤筋，鋼筋層間距25.8cm，鋼筋凈保護(hù)層55mm。另外，鋼筋接頭應(yīng)設(shè)置在承受應(yīng)力較小處，并應(yīng)分散布置。配制在“同一區(qū)段”內(nèi)受力鋼筋接頭的截面面積，占受力鋼筋總截面面積的百分率，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。鋼筋加工彎制前還應(yīng)調(diào)直，并將表面油漬、水泥漿和浮皮鐵銹等均清除干凈；同時(shí)，加工后的鋼筋表面不能有削弱鋼筋截面的傷痕[8]。

二襯建筑材料采用C40 微膨脹細(xì)石混凝土，且塌落度控制在180～220mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比原設(shè)計(jì)高一級(jí)(原設(shè)計(jì)為C35 混凝土)。

拱部拆換段預(yù)留Φ50 注漿管，二襯完成后檢查襯砌厚度，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)對(duì)襯砌背后空洞進(jìn)行注漿回填密實(shí)；另外，襯砌注漿采用同原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相同的M20 水泥漿，確保二襯與圍巖密貼。

細(xì)石混凝土振搗通過(guò)在木模上開(kāi)設(shè)20cm×20cm的小窗口，插入振搗棒進(jìn)行振搗，每層混凝土的厚度為30cm，同時(shí)采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗。在振搗上層混凝土?xí)r，應(yīng)插入下層中5～10cm 左右，同時(shí)要在下層初凝之前振搗上層混凝土，振搗時(shí)間每點(diǎn)為20～30s，以混凝土表面不再顯著下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準(zhǔn)，防止振搗不實(shí)和過(guò)振。振搗完成后，及時(shí)封堵嚴(yán)密窗口，防止漏漿。混凝土保濕養(yǎng)護(hù)不少于14d，檢查外觀質(zhì)量、密實(shí)性敲擊檢查及實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)（回彈儀），并填寫(xiě)相關(guān)記錄表，所有檢查檢測(cè)項(xiàng)目評(píng)定合格，則判定該段襯砌結(jié)構(gòu)返工質(zhì)量達(dá)標(biāo)[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)大多數(shù)隧道的病害特性介紹了襯套模板的設(shè)計(jì)，并對(duì)模板、拱板及通梁等關(guān)鍵部件進(jìn)行了應(yīng)力分析。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，在最不利荷載作用下，模板骨架及變形均符合施工要求。