吳太升 陳思帆
摘要:社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快促進(jìn)了城際鐵路的發(fā)展,隧道工程是城際鐵路工程的關(guān)鍵構(gòu)成部分。在鐵路隧道工程中應(yīng)用傳統(tǒng)的施工技術(shù)會(huì)影響到施工效果,而應(yīng)用高支模施工技術(shù)可以保障施工安全性,提高施工質(zhì)量。應(yīng)用高支模施工技術(shù)時(shí)需要做好盾構(gòu)井設(shè)計(jì)與明挖隧道設(shè)計(jì)工作,提升工程質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:高支模施工技術(shù);城際鐵路;鐵路隧道
前言:
我國(guó)技術(shù)水平不斷提升,建筑工程中的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)。高支模施工技術(shù)就是新型施工技術(shù),被廣泛應(yīng)用在房屋建筑、橋梁建筑等工程施工中。但是,高支模施工的安全系數(shù)較低,需提高技術(shù)水平、做好安全防控工作。
1.高支模施工技術(shù)與鐵路隧道工程概述
1.1高支模施工技術(shù)
高支模指的是高度大、跨度大或承載力大的支撐性模板體系,例如混凝土構(gòu)建模板支撐高度大于8m或跨度大于18m或施工總載荷大于15kN/m2的模板支撐體系【1】。應(yīng)用高支模施工技術(shù)可以提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,減少材料的消耗,所以備受施工單位的青睞。但是,高支模施工較為復(fù)雜,很容易造成安全問(wèn)題,例如會(huì)出現(xiàn)由模架體系倒塌造成的人員傷亡。而這是由多種因素造成的,例如施工單位管理力度小、施工人員技術(shù)水平低、安全技術(shù)交底流于形式、政府監(jiān)管不到位等、未按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作等。這就要求施工單位增強(qiáng)安全意識(shí),科學(xué)開(kāi)展高支模施工工作,保障施工安全性。
1.2鐵路隧道工程
鐵路隧道指的是修建在地下或水下并鋪設(shè)鐵路供機(jī)車車輛同行的建筑物。根據(jù)鐵路隧道的所在位置可以將其分為山嶺隧道、水下隧道以及城市隧道等類型,需嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行施工。
2.城際鐵路隧道工程概況
高支模施工技術(shù)在城際鐵路隧道工程中發(fā)揮著重要作用,因此本文將以新鄭機(jī)場(chǎng)至鄭州南站城際鐵路隧道工程為例分析高支模施工技術(shù)在鐵路隧道工程中的應(yīng)用。新鄭機(jī)場(chǎng)至鄭州南站城際鐵路隧道工程是連接新鄭機(jī)場(chǎng)與鄭州南站這兩大交通樞紐的關(guān)鍵,在建設(shè)過(guò)程中中鐵十六局一直堅(jiān)持“責(zé)任重于能力,意志創(chuàng)造奇跡”的企業(yè)核心精神,科學(xué)開(kāi)展管理工作、精心開(kāi)展組織工作,不斷提高施工質(zhì)量【2】。在鐵路隧道工程中,施工單位應(yīng)用了高支模施工技術(shù)。例如,某一區(qū)間線路的全長(zhǎng)是7.397km,其中明挖隧道工程應(yīng)用了高支模施工技術(shù)。
3.城際鐵路隧道工程中模板與支撐體系的設(shè)計(jì)
3.1盾構(gòu)井設(shè)計(jì)
3.1.1優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)形式
隧道工程盾構(gòu)井的主體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了鋼筋混凝土井壁與環(huán)框梁的結(jié)合,其中包括始發(fā)井與接收井。始發(fā)井的高度是29.3m、外輪廓尺寸是19*21.3m,而接收井的高度是25m、外輪廓尺寸是18*21.3m。盾構(gòu)井的井壁厚度是0.8m-1m,而底板厚度是1.4m。
3.1.2優(yōu)化模板支架設(shè)計(jì)
在進(jìn)行模板搭設(shè)之前,施工人員需要掌握具體的搭設(shè)流程。首先,需要做好立桿定位放線工作,并將墊板鋪設(shè)好。其次,需要按照要求放置立桿、掃地桿、縱向與橫向水平桿。此外,需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置剪刀撐、方木與模板,并進(jìn)行驗(yàn)收。明確模板搭設(shè)流程之后,施工人員應(yīng)科學(xué)選擇盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)模板。盾構(gòu)井主要采用單側(cè)支模,支架的形式是四周對(duì)稱。在施工過(guò)程中,所有的柱、井壁、梁、板等結(jié)構(gòu)都應(yīng)用厚度為15mm的竹膠板,并將模板的尺寸控制在1220mm*2440mm。結(jié)構(gòu)當(dāng)中的主龍骨采用的是方木,尺寸是100*120mm,方木之間的間距是600mm,而次龍骨采用的方木尺寸是80*80mm,方木之間的間距是250mm【3】。支架采用的是碗扣式腳手架,需要按照要求設(shè)置支架的厚度。此外,需要計(jì)算模板的各種參數(shù)。需要計(jì)算的參數(shù)有支架的側(cè)壓力、模板的承載力、穩(wěn)定性與撓度。
①支架側(cè)壓力。從實(shí)際情況來(lái)看,混凝土的澆筑高度越高,其作用在模板上的側(cè)壓力就越大,當(dāng)澆筑高度達(dá)到某一臨界值時(shí),其作用在模板上的側(cè)壓力不會(huì)再增加,而此時(shí)的側(cè)壓力就是最大的。可以根據(jù)這一公式進(jìn)行計(jì)算:F=0.22yct0β1β2(1)
F=ycH??????????? (2)
這兩個(gè)公式當(dāng)中的F指的是混凝土作用在模板上的最大側(cè)壓力,單位是kN/m2;yc指的是混凝土的重力密度,單位是kN/m3;t0指的是混凝土的初凝時(shí)間,單位是h;β1指的是混凝土中外加劑的影響修正系數(shù);β2指的是混凝土的坍落度影響系數(shù);V指的是混凝土的澆速度,假設(shè)為2m/h;H指的是混凝土澆筑的高度,單位是m,假設(shè)為11.124m。
因此,根據(jù)公式(1)可以計(jì)算出混凝土作用在模板上的最大側(cè)壓力是51.07kN/m2,根據(jù)公式(2)可以計(jì)算出混凝土作用在模板上的最大側(cè)壓力是278.1kN/m2。一般情況下,需要將計(jì)算出的較小值當(dāng)作模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值。明確模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值之后,需要綜合分析混凝土的水平荷載,即2kN/m2,假設(shè)荷載的分項(xiàng)系數(shù)是1.2與1.4,因此模板的總荷載設(shè)計(jì)值是q=51.07*1.2+2*1.4=64.08kN/m2【4】。
②模板的承載力計(jì)算。由于模板采用的是厚度為15mm的竹膠板,所以將跨距設(shè)為l=250mm,那么模板上的線荷載是:
q=Fl=64.08N/mm
M=0.107ql2=4.29*105N·mm
W=bh2/6=3.75*104mm3
O=M/W=11.44N/mm2
模板上的線荷載小于13N/mm2,因此,模板的強(qiáng)度符合要求。
③模板的穩(wěn)定性計(jì)算。需要根據(jù)模板當(dāng)中主龍骨與次龍骨的跨距以及支架的水平與垂直間距進(jìn)行計(jì)算。同時(shí),支撐桿的有效面積用A表示,設(shè)為489mm2。而N=23.07,kN=23070N。
鋼管的回轉(zhuǎn)半徑用i表示,且i=d/4=15.78mm。
鋼管的計(jì)算長(zhǎng)度用l0表示,l0=900mm。
鋼管的細(xì)長(zhǎng)比用 λ表示, λ=l/i=76.05。
而穩(wěn)定系數(shù)是φ ,φ =0.714。
所以,o=N/φ A0=66.08N/mm2。
66.08N/mm2<205N/mm2,因此模板的穩(wěn)定性符合要求。
④模板的撓度計(jì)算。在計(jì)算模板的撓度時(shí)需要利用標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷,且不考慮振動(dòng)荷載的影響。模板的截面慣性距是:
I=bh3/12=2.81*105mm4
荷載組合的標(biāo)準(zhǔn)值是:??????? F=51.07kN/m2
模板上的線荷載是:????????? q=Fl=51.07N/mm
W=0.64ql4/100EI=0.79
模板的撓度也符合需求。
3.2明挖隧道設(shè)計(jì)
在明挖隧道工程中,施工人員需要做好底板施工、仰拱填充等方面的工作。在底板施工中,不需要設(shè)置模板,需要利用快易收口網(wǎng)進(jìn)行分塊澆筑。在仰拱填充中,需要等到仰拱混凝土的強(qiáng)度達(dá)到要求后,在混凝土上進(jìn)行立模施工,填充一些混凝土。在填充混凝土之前,施工人員需要全面清理仰拱的表面,之后再進(jìn)行混凝土澆筑。
結(jié)語(yǔ):
從穩(wěn)定性、強(qiáng)度以及撓度等角度來(lái)看,高支模施工技術(shù)都符合鐵路隧道工程施工的要求。因此,鐵路隧道工程施工單位應(yīng)高度重視高支模施工技術(shù),科學(xué)開(kāi)展盾構(gòu)井設(shè)計(jì)與明挖隧道設(shè)計(jì)工作,加強(qiáng)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算,增強(qiáng)施工的安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。
參考文獻(xiàn):
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作者介紹:
吳太升(1993.8.27),性別:男;籍貫:成都;民族:漢;學(xué)歷:本科、學(xué)士;職稱:助理工程師;研究方向:地下工程,水工環(huán);
陳思帆(1994.7.16),性別:男;籍貫:成都;民族:漢;學(xué)歷:本科、學(xué)士;職稱:助理工程師;研究方向:材料科學(xué)、水工環(huán);