佛子岭隧道右线衬砌台车上浮的原因及控制办法

29佛子岭隧道右线衬砌台车上浮的原因及控制办法朱日胜1周烨2(1.江西省高等级公路管理局南昌330046)(2.中铁十九局集团辽阳111000)摘要：从隧道衬砌浇注混凝土时台车上浮的现象着手，分析了台车在浇注混凝土过程中的受力情况、台车上浮造成的安全、质量隐患，并制定了控制台车浮的办法。关键词：隧道工程；衬砌台车；上浮；流体；控制0前言佛子岭隧道是赣粤高速公路泰和至赣州段的重点和难点工程，为上下分离式双车道隧道，隧道建筑限界宽10.25m、高5m。本隧道按新奥法原理设计为复合式衬砌，该隧道66%为Ⅰ～Ⅲ类围岩，初期支护采用25号锚喷支护，偏压、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩设16号工字钢架支撑。衬砌和初期支护间设置由土工布、塑料防水板组成的防排水层，衬砌结构类型采用半圆拱形断面型式，拱半径为5.62m。1衬砌施工工艺1.1隧道衬砌施工工艺流程测量岩面超欠挖，处理欠挖处，铺设防排水层，浇注直墙混凝土（见图1），测量中线标高衬砌台车就位，输送泵就位，装挡头板，检验合格浇注混凝土，拆模养护，衬砌台车涂抹脱模剂移至下一循环处。1.2衬砌工艺所用机械设备整体式钢模衬砌台车（本隧道12m长）、混凝土原材料采用电子计量装置、强制搅拌机拌和（JS500型搅拌机两台）、6m3罐车（三菱罐车两台）运输、输送泵采用三一重工HBT60型混凝土输送泵。2台车上浮的原理2.1台车的受力原理在隧道圆形断面衬砌施工中，圆心以下部分浇注混凝土时，钢模板将受到巨大的浮力作用，当浮力大于台车自重时就会产生钢模板的上浮【参考文献1】。衬砌混凝土在初凝前，认为是流体，其符合流体力学受力原理，台车上浮原因是混凝土对台车的径向压力的垂直分力所致。如图1所示，假设P为圆心以下浇注衬砌混凝土的任意质点，重量为G，质点P有两个分力，即F1（质点对台车的径向压力）、F2（质点对岩面的压力），B角为质点径向受力方向和水平方向的夹角，F1=G/sinB、F2=GctangB。台车径向受力F1分为对台车的水平压力F3和对台车上浮力F4，F3=F1cosB、F4=F1sinB。由此可知F4=G，即浇注的混凝土重量多少就是对台车的上浮力。图１直墙混凝土浇注至圆心以上后，还存在一个混凝土的压强转换为压力的部分力，但影响不大。这只说明圆心位置不是上浮受力最大的位置。上述为台车所受净载上浮力的理想分析，泵送混凝土在输送过程中对所浇注混凝土的冲量，该力也不可忽视，在此不做定量分析。2.1台车受力大小衬砌台车自重53T，圆心以下1.85m，变断面平均衬砌厚度为0.6m，长12m，混凝土每立方重按2.5T计，单侧浇注混凝土重量为33.3T，双侧为66.6T远超出台车的自重（只按净载考虑），双侧浇注混凝土至圆心高时，需要混凝土26.6m3混凝土，只需2小时时间，台车上浮是一种必然现象。3台车上浮造成的安全、质量隐患台车上浮的表观现象主要表现在衬砌外观类似组合钢模浇注的均匀印痕，上浮的严重程度表现为印痕的间距稀疏。由上述上浮原因分析，台车上浮会造成台车门架和轨道虚连或脱离，虚连时会产生门架相对衬砌模板位移，模板变形、衬砌几何尺寸发生偏差，脱离的会造成衬砌台车失稳、崩塌，造成台车损坏、浇注混凝土报废。上浮造成台车上顶，已衬砌段拱顶搭接部分顶成弧形开裂，造成永久的质量缺陷，因上顶台车拱部受力顶部钢模板会产生椭圆变形，从而影响衬砌几何尺寸。３０4台车上浮的控制方法4.1严格控制衬砌混凝土的配合比台车上浮是混凝土的流体受力所致，由此可知控制混凝土的流动度是致关重要的，这又和泵送混凝土坍落度要求大的特性相矛盾，就现场的实际情况选择质量最佳的品牌水泥，为改变泵送混凝土的流体受力在混凝土添加高小减水剂，在适宜泵送时尽量减小混凝土的水灰比，坍落度控制在10。在施工过程中严格控制配合比，避免随意更动配比造成损失。4.2严格控制混凝土浇注速度、顺序衬砌圆心以下的混凝土浇注速度的快慢是台车上浮的关键，台车在制作过程中混凝土窗口开的位置不合理；施工过程中工人为了少换一次输送管连续浇注混凝土过高，往往会造成台车上浮，要求左右侧交替浇注混凝土，每次浇注高度和两侧高差均不超过1m。在浇注圆心以下的混凝土时采用一台罐车运输等措施来放慢浇注速度。4.3加强台车自身的抗浮能力台车就位后上紧各丝杠千斤顶，在门架间加设工字钢作为横向支撑，以加强台车和下部直墙混凝土的摩擦力；在台车顶部钢模和岩面间加设两个50T千斤顶来约束台车的上浮。浇注混凝土过程中因不均匀受力各丝杠千斤顶还会不同程度的有松动，要及时对其重新上紧，丝杠千斤顶的松动减小了台车同下部直墙的摩擦力，宜造成单侧上浮。4.4加强过程控制主抓混凝土的配比、混凝土的浇注时间、顺序、高差；台车的浇注前的加固情况和浇注过程中二次重新紧固各千斤顶。各工序专人负责，严格按照规范、规程施工。5结语在圆形结构的洞身衬砌中台车上浮是一个质量通病，它和衬砌的结构类型、混凝土浇注工艺、投入的机械设备情况、衬砌台车的自身结构、施工进度等诸多因素相关，很少提到一个理论高度上来，佛子岭隧道右线衬砌是抗浮问题从认识到解决比较成功的一例，以求同行业借鉴。参考文献：[1]2002年2月《现代隧道技术》,“秦岭隧道圆形衬砌钢模板上浮控制”王献、肖艳霞等著。