高悬臂隧道边墙的浇筑施工方法与流程

1.本发明属于隧道混凝土衬砌施工技术领域，具体涉及一种高悬臂隧道边墙的浇筑施工方法，专用于装配式衬砌结构的边墙。


背景技术：

2.隧道二衬传统施工工艺采用全环钢筋绑扎，再结合全液压衬砌台车，通过向顶部垂直灌注孔逐孔注入混凝土的方式进行全环二衬混凝土浇筑。矿山法隧道采用系列控制欠挖、分窗入模、集中振捣、带模注浆等设备改装及工艺、工法提升措施，衬砌质量有较大改善，但隧道拱部衬砌强度不足、厚度不足、不密实、背后脱空等质量缺陷问题依然十分突出，在竣工验收及运营期间，参建各方及运营单位针对此类问题投入了大量人力物力进行安全隐患排查和质量缺陷整治，在较大程度上消除了安全隐患，但由于整治措施及施工条件受限，整治效率低、对运输影响大，甚至带来新的安全隐患。当前质量安全红线高压管理的形势十分严峻，衬砌厚度和混凝土强度不足等隧道拱部质量缺陷已明确列入铁路总公司的红线管理规定。鉴于此，探索矿山法施工的铁路隧道采用拱部预制拼装式衬砌的相关参数和工艺工法，以及配套的衬砌边墙施工方法，促进矿山法隧道拱部拼装式衬砌在全路的推广应用，显得尤为迫切。
3.现有的衬砌边墙施工技术是在衬砌钢筋绑扎完成后进行衬砌混凝土浇筑，衬砌混凝土浇筑工艺采用：分层对称、边浇边振，自由下落高度不超过2m，台车前后不超过0.6m，左右两侧高差不超过0.5m。提前在衬砌模板台车上安装好分料装置，分料装置采用分料斗 溜槽的方式进行运作，每次浇筑过程砼通过主管道泵至主分料斗处，再由分料斗上活动的溜槽倒至各个窗口的溜槽处进行混凝土浇筑；现有的分层浇筑系统如图1所示。
4.由于传统的分料系统是全环一次浇筑成型，为了解决二衬背后拱部脱空的现象，项目组提出了将隧道二衬分为左右两侧的边墙和隧道拱顶，采用先现浇边墙，再将隧道外预制好的拱顶管片运进隧道内，置于现浇边墙上进行拼装从而完成二衬施工。采用拱部预制和边墙现浇的装配式衬砌时，衬砌边墙要单独浇筑，衬砌边墙内的钢筋处于悬臂状态，浇筑后的混凝土也处于悬臂状态，极易向二衬内侧倾斜，衬砌边墙顶要与拱部预制搭接，对衬砌边墙浇筑精度要求高，采用原有的衬砌施工方法不能满足衬砌边墙的施工安全稳定和搭接精度要求。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种隧道内倾高悬臂衬砌边墙的施工方法，能够在采用隧道拼装式衬砌施工时，保证衬砌边墙高悬臂现浇混凝土施工安全稳定，控制向线路侧内倾变形，并且能与拱部预制混凝土精准搭接。
6.为此，本发明所采用的技术方案为：一种高悬臂隧道边墙的浇筑施工方法，包括以下步骤：
7.步骤a、边墙防水层及边墙钢筋笼绑扎施工；
8.步骤b、边墙浇筑模板台车就位；
9.所述边墙浇筑模板台车包括边模、顶模、侧模和分层浇筑系统，所述顶模整体呈“l”形，包括盖部和内侧部分，内侧部分的高度大于盖部的宽度，所述盖部下表面设置有半球形凸起用于成型边墙顶部的半球形凹槽，内侧部分的下端与边模通过铰接点铰接在一起；
10.步骤c、台车铰接点以下的边墙分层浇筑；
11.以边墙浇筑模板台车的铰接点为分界点，铰接点以下边墙采用分层浇筑系统进行分层浇筑；
12.步骤d、台车铰接点以上的边墙采用泵送细石混凝土振捣浇筑；
13.从顶模顶部向下进行细石混凝土的泵送浇筑，顶部细石混凝土浇筑过程中需采用插入式振捣棒振捣，确保顶模的顶部与内侧部分的转角位置处、边墙顶部的半球形凹槽位置处混凝土灌满密实，之后进行混凝土收面，保证边墙顶面混凝土平整；
14.步骤e、衬砌边墙顶部半球形凹槽处混凝土强度达到13mpa后开始拆除顶模；
15.步骤f、衬砌边墙混凝土达到设计强度后，开始脱模；
16.步骤g、成型后的边墙衬砌混凝土顶部为平面，并沿纵向等距间隔设置有一列半球形凹槽，相邻两个半球形凹槽的距离等于单个拱部预制管片的厚度。
17.作为上述方案的优选，边墙施工前先进行边基浇筑，边基浇筑前沿纵向间隔埋设好若干型钢，型钢露出边基上方的部分介于边墙钢筋笼设计位置的内外侧环向主筋之间，型钢的上端相对下端逐渐向外倾斜，型钢的纵向间距与边墙钢筋笼的环向主筋的纵向间距一致。边基浇筑前预埋型钢，钢筋笼绑扎时采用外拉铁丝将衬砌内侧环向主筋与对应的型钢拉紧连接的方式，进一步确保边墙钢筋不发生内倾，提高边墙衬砌钢筋绑扎时悬臂状态的钢筋稳定性以及施工安全，保证边墙钢筋保护层厚度符合设计要求。
18.进一步优选，所述隧道衬砌边墙钢筋笼包括衬砌外侧环向主筋、衬砌内侧环向主筋、衬砌外侧纵向骨架筋、衬砌内侧纵向骨架筋和径向筋，左右两侧的衬砌边墙钢筋笼同时绑扎，左右两侧的衬砌外侧环向主筋在隧道拱部连接成环，左右两侧的衬砌内侧环向主筋与隧道边墙高度匹配，所述径向筋靠近衬砌外侧环向主筋的一端折弯呈“7”字形，且折弯部分沿衬砌外侧环向主筋并线设置；先将型钢的上端与对应的衬砌外侧环向主筋绑扎，再采用外拉铁丝将衬砌内侧环向主筋与对应的型钢拉紧连接。左右两侧的边墙钢筋笼仅通过外环上的主筋连接成环，内环上的主筋各自断开，结合“7”字形的径向筋和型钢拉紧，既能确保左右两侧的边墙钢筋笼的稳定性，又能为拱部预制管片的拼装腾出足够的空间，拱部预制管片采用由下向上顶升安装的方式进行。
19.进一步优选，所述隧道衬砌边墙钢筋笼还包括拉结锚杆，所述拉结锚杆采用中空拱脚锚杆，拉结锚杆的外侧端与隧道衬砌边墙钢筋笼的顶部焊接固定，内侧端垂直打入隧道岩土层内；在边墙浇筑模板台车就位后，需要先进行隧道衬砌边墙钢筋笼的拉结锚杆外露段的割除，再进行边墙衬砌混凝土灌注。隧道衬砌边墙钢筋笼在采用“外侧环向主筋全环、内侧环向主筋断开 外侧、内侧纵向骨架筋 径向筋折弯呈“7”字形”、预埋型钢拉紧的基础上，增加拉结锚杆的固定方式，对防止边墙钢筋笼发生内倾进行双重保险，进一步提高了边墙钢筋笼的定位准确性。
20.本发明的有益效果：
21.(1)顶模整体呈“l”形，分成盖部和内侧部分，并采用铰接结构，铰接点以上采用细石混凝土，振捣棒振捣，人工收面；铰接点以下采用传统的分层浇筑，并控制好盖模拆模时间和模板台车拆模时间，能够防止衬砌边墙内倾，确保高悬臂混凝土安全和变形得到控制，以及与拱部预制混凝土实现精准搭接；
22.(2)盖部下表面设置有半球形凸起用于成型边墙顶部的半球形凹槽，使成型后的边墙衬砌混凝土顶部沿纵向等距间隔设置有一列半球形凹槽，相邻两个半球形凹槽的距离等于单个拱部预制管片的厚度，相应地，在拱部预制管片上设置半球形凸起，拱部预制管片与边墙采用半球形进行拼装，相比“l”形的拼装方式，能有效降低工作应力，有效减缓磨损，减少出现部件弯曲、裂缝、断裂的负面情况。
附图说明
23.图1为现有的全环边墙分层浇筑系统示意图。
24.图2为本发明的边墙浇筑模板台车用于高悬臂隧道边墙衬砌浇筑的示意图。
25.图3为本发明的边墙钢筋笼与预埋型钢的安装示意图。
26.图4为本发明的边墙钢筋笼的结构示意图。
27.图5为图4的局部放大图。
28.图6为径向筋的结构示意图。
29.图7为边墙与拱部预制管片采用台阶拼装的结构示意图。
具体实施方式
30.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
31.如图2所示，一种高悬臂隧道边墙的浇筑施工方法，包括以下步骤：
32.步骤a、边墙防水层及边墙钢筋笼绑扎施工。
33.步骤b、边墙浇筑模板台车就位。
34.边墙浇筑模板台车15由边模15a、顶模15b、侧模和分层浇筑系统15c组成。顶模15b整体呈“l”形，包括盖部和内侧部分，内侧部分的高度大于盖部的宽度，盖部下表面设置有半球形凸起用于成型边墙顶部的半球形凹槽7(结合图5所示)，内侧部分的下端与边模通过铰接点15d铰接在一起。
35.边墙浇筑模板台车精确控制左右和上下移动距离，实现现浇侧墙3～5mm误差的精确定位，以确保隧道衬砌管片拼装精度要求，实现准确定位。
36.步骤c、台车铰接点以下的边墙分层浇筑。
37.以边墙浇筑模板台车的铰接点15d为分界点，铰接点15d以下边墙采用分层浇筑系统15c进行分层浇筑，与传统的浇筑方式相同。浇筑过程中对衬砌台车定位精度进行监测，若监测数据超出控制精度允许偏差范围，进行二次精调。
38.步骤d、台车铰接点以上的边墙采用泵送细石混凝土振捣浇筑。
39.具体为：从顶模15b顶部向下进行细石混凝土的泵送浇筑，顶部细石混凝土浇筑过程中需采用插入式振捣棒振捣，确保顶模15b的顶部与内侧部分的转角位置处、边墙顶部的半球形凹槽位置处混凝土灌满密实，之后进行混凝土收面，保证边墙顶面混凝土平整。
40.步骤e、衬砌边墙顶部半球形凹槽处混凝土强度达到13mpa后开始拆除顶模15b。
41.步骤f、衬砌边墙混凝土达到设计强度后，开始脱模。
42.步骤g、成型后的边墙衬砌混凝土顶部为平面，并沿纵向等距间隔设置有一列半球形凹槽7，相邻两个半球形凹槽的距离等于单个拱部预制管片的厚度。每个半球形凹槽7对应安装一个拱部预制管片，相邻两个半球形凹槽7的距离等于单个拱部预制管片的厚度。拱部预制管片在隧道洞外预制成型。
43.最好是，如图3—图6所示，，边墙施工前先进行边基浇筑，边基12浇筑前沿纵向间隔埋设好若干型钢13，型钢13露出边基12上方的部分介于边墙钢筋笼设计位置的内外侧环向主筋之间，以确保绑扎边墙钢筋笼时，型钢13隐藏在边墙钢筋笼内。
44.型钢13的上端相对下端逐渐向外倾斜，使型钢13的上端最后能抵在边墙钢筋笼的衬砌外侧环向主筋1上，再采用外拉铁丝14将衬砌内侧环向主筋2与对应的型钢13拉紧连接，才能保证边墙钢筋笼不会发生内倾。型钢13的纵向间距与边墙钢筋笼的环向主筋的纵向间距一致，即每环衬砌外侧环向主筋1、衬砌内侧环向主筋2共同对应一根型钢。型钢13采用工字钢，型钢13埋入边基12内的深度为0.5m。
45.隧道衬砌边墙钢筋笼主要由衬砌外侧环向主筋1、衬砌内侧环向主筋2、衬砌外侧纵向骨架筋3、衬砌内侧纵向骨架筋4和径向筋6组成。左右两侧的衬砌边墙钢筋笼同时绑扎，左右两侧的衬砌外侧环向主筋1在隧道拱部连接成环，左右两侧的衬砌内侧环向主筋2与隧道边墙高度匹配，左右两侧的衬砌内侧环向主筋各自断开，以腾出内环上的空间用于拱部预制管片的拼装。
46.径向筋6靠近衬砌外侧环向主筋1的一端折弯呈“7”字形，且折弯部分沿衬砌外侧环向主筋1并线设置，以增加衬砌外侧环向主筋1的强度。
47.最好是，隧道衬砌边墙钢筋笼还包括拉结锚杆5，拉结锚杆5采用中空拱脚锚杆，拉结锚杆5的外侧端与隧道衬砌边墙钢筋笼的顶部焊接固定，内侧端垂直打入隧道岩土层内；在边墙模板台车就位后，需要先进行隧道衬砌边墙钢筋笼的拉结锚杆外露段的割除，再进行边墙衬砌混凝土灌注。
48.最好是，隧道衬砌边墙钢筋笼还包括加强配筋。加强配筋设置在隧道衬砌边墙钢筋笼的上部，以增强顶部拼接位置处的强度。加强配筋是由“n”形的外侧环向加强筋8、“n”形的内侧环向加强筋9、径向加强筋10和纵向加强筋11围成的网状结构。“n”形的外侧环向加强筋8绑扎在衬砌外侧环向主筋1上，且“n”形的外侧环向加强筋8的顶端伸到衬砌外侧环向主筋1上方，“n”形的内侧环向加强筋9绑扎在衬砌内侧环向主筋2上，且“n”形的内侧环向加强筋9的顶端伸到衬砌内侧环向主筋2上方，从而在隧道衬砌边墙钢筋笼的半球形凹槽7的内外两侧各形成一个“n”形凸耳，且内侧“n”形凸耳比外侧的“n”形凸耳高。
49.另外，拉结锚杆5的外侧端与加强配筋内侧的“n”形凸耳焊接固定，并位于外侧的“n”形凸耳上方。
50.隧道衬砌边墙钢筋笼的衬砌外侧环向主筋1逐渐朝隧道壁倾斜，使得隧道衬砌边墙钢筋笼的上部宽度逐渐增大。
51.优选为，衬砌外侧环向主筋1、衬砌内侧环向主筋2、拉结锚杆5的纵向间距为2m，衬砌外侧纵向骨架筋3、衬砌内侧纵向骨架筋4、径向筋6的环向间距为2m；衬砌外侧环向主筋1、衬砌内侧环向主筋2的直径为φ25mm，拉结锚杆5的直径为φ32mm；衬砌外侧纵向骨架筋3、衬砌内侧纵向骨架筋4和加强配筋均采用φ10mm的钢筋制成。
52.在实际施工过程中，也尝试过边墙与拱部预制管片采用台阶拼装的结构形式，如图7所示。在实际应用过程中发现，此台阶拼装的结构形式施工质量控制难度大，分析原因如下：
53.1)由于模板定位精度、混凝土收缩形变、边墙整体收敛变形等因素，现浇边墙在台阶位置处存在转角，施工精度不能满足设计要求，从而导致拱部预制管片拼装时接触存在空隙，沿衬砌环径向的接触面不能接触或局部(点)接触，导致边墙与拱部预制管片衬砌无法传递轴力，影响边墙结构稳定性。
54.2)现浇边墙顶部振捣存在问题，由于边墙顶部存在转角台阶，成型精度要求高，加深边墙顶部本身混凝土压注困难，导致边墙顶部接头处混凝土质量缺陷，在灌注过程中，若采用振捣棒则会导致粗骨料下沉，若采用附着式振捣器则存在接头浇筑不饱满的问题；
55.3)转角台阶盖模拆除过程易出现“卡壳”，较难掌握边墙合适的拆模时机，拆除时间过早(强度未达到)容易导致混凝土缺棱掉角，拆除时间晚模板易与混凝土粘连、拆模难度增大。即使第一板边墙衬砌强度达到13mpa后开始拆除盖模，仍有部分混凝土表面在脱模时损坏，此后拆模强度控制在15
‑
20mpa，以保证混凝土表面完整，但拆模难度增加；
56.4)边墙浇筑完成后，再进行拱部预制管片拼装时，由于转角台阶的存在，再调整拱部预制管片进行对正时，也极容易发生磕碰损伤。
57.为此，在拱部预制管片与现浇边墙衬砌拼装的基础上，将转角台阶优化为半球型接头。该半球形接头相比转角台阶大大减小了拱部预制管片在安装时与现浇边墙的摩擦，安装速度较转角台阶快，也减小了衬砌混凝土之间的碰撞，减少了缺棱掉角，而且半球形接头接缝密实，能够有效传递边墙与拱部预制管片轴力，边墙结构稳定，克服了转角台阶边墙与拱部预制管片无法传递轴力，影响边墙结构稳定的难点，是一种受力合理、稳定性好又经济可行的结构形式，消除整个铁路隧道行车界限范围内拱部二次衬砌缺陷，能顺应国家装配式构件发展的新要求。