客运专线双线隧道底板施工工法

'客运专线双线隧道无碴轨道底板及垫层施工工法中国中铁隧道集团有限公司阮清林王延民陈文邓小知江虹锋1.前言沪汉蓉通道合肥至武汉段无碴轨道双线隧道底板及垫层设计情况为：最小全幅宽度为9.0m（按隧道断面加宽0m计），厚度为0.304m，底板及垫层表面隧道中线处1.8m范围内设一倒人字横坡，坡度为2%，且在其中心处有一直径为16cm的半圆集水凹槽，其余部分为平坡，具体详见无碴轨道双线隧道复合式衬砌参考图：图1-1Ⅱ级围岩衬砌断面示意图，图1-2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩衬砌断面示意图。关于客运专线铁路单洞双线隧道无碴轨道底板及垫层的施工质量要求，在《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设〔2005〕160号）中有严格规定，其条款主要有：“7.1.12…底板混凝土强度达到5MPa后行人方可通行，达到设计强度的100%后车辆方可通行；7.5.8底板混凝土应分段连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。…；7.5.15底板顶面高程和横向坡度应符合设计要求，…”。这些条款对隧道各工序中底板及垫层这个工序的施做时间安排，以及其施工方法和施工工艺的选择有着决定性的影响。图1-1Ⅱ级围岩衬砌断面示意图图1-2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩衬砌断面示意图12 为录求既能保证底板及垫层质量，又能经济节约快速修建底板及垫层的施工方案，中国中隧集团合武铁路隧道项目部结合规范规定和大别山隧道设计图纸对底板及垫层的施工方案进行了深入研究。首先，进行了底板及垫层工序和其它工序先期平行顺铺推进施工与放在最后倒铺施工比选。若底板及垫层工序和其它工序先期平行顺铺推进施工，将需要搭设长栈桥，且混凝土强度发展至设计强度至少需要28d时间，达到设计强度后才能行走车辆，施工进度既慢又不经济节约。因此该工序采用倒铺施工方案为合理；其次，进行了混凝土机械设备摊铺和人工摊铺比选。由于隧道设计Ⅱ级围岩地段为钢筋混凝土底板，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段为素混凝土垫层，且大别山隧道绝大多数地段设计为Ⅱ级围岩，钢筋混凝土利用摊铺机进行摊铺混凝土施工对混凝土的摊铺和运输都有诸多不便，因此采用混凝土摊铺机摊铺混凝土不可行，且很难控制底板及垫层表面的几何尺寸，经比选决定采用人工摊铺混凝土。在上述比选的基础上进行了底板及垫层纵向长段落连续浇筑混凝土施工方法的论证，发现此种施工方法也有诸多问题，主要是立模不便、不宜保证设计几何尺寸、钢筋保护层不宜控制、一次浇筑混凝土过长容易造成混凝土开裂。因此必须寻求更为合理的其它施工方法。控制底板及垫层顶面标高和表面几何尺寸比较有效的方法是以灌筑混凝土的模型顶面进行控制，再结合公路混凝土路面设计与施工的防裂缝剧缝间距要求，底板及垫层施工决定采用分段落横向分多幅跳幅立模，且幅宽基本相等，并跳幅全宽整体浇筑施工工法，该工法通过在大别山隧道应用，完全可保证质量、进度，并且操作简单，经济节约。2.工法特点第一，施工顺序上，底板及垫层工序放在隧道所有主要工序最后，采用倒铺施工，不需要搭设长栈桥；第二，采用横向立模，以灌筑混凝土模型的顶面标高进行控制底板及垫层顶面标高和表面几何尺寸，可完全保证质量，满足规范和设计要求；第三，底板及垫层施工一般以110m为一个循环段落，每5m为一幅，先跳幅立模，从里向外依次全宽整体泵送浇筑每个跳幅，拆模后无需再立模，直接再从里向外依次全宽整体浇筑剩余的每个跳幅，施工进度每月可达1500m左右；第四，结合公路混凝土路面相关规范和设计关于路面剧缝间距要求确定每幅宽为5m，可有效防止混凝土表面裂缝；第五，该工法操作简单，经济节约，进度较快，可根据工期要求调整循环段落长度。客运专线铁路无碴轨道在我国属首次修建，目前尚无类似工法。3.适用范围本工法适用于客运专线铁路无碴轨道双线隧道底板及垫层的施工，对于长大隧道更显出此种工法的优势。4.工艺原理从混凝土的自身特性可塑性和凝固后体积收缩出发，借鉴公路混凝土路面设计和施工经验，以灌筑混凝土模型的顶面标高进行控制底板及垫层顶面标高和表面几何尺寸，以5m为一幅对底板及垫层进行分幅浇筑混凝土施工控制混凝土表面裂缝。从流水化作业出发，合理确定每循环作业段落长度，满足进度和工期要求。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.1.1底板施工工艺流程(见图5.1.1-1)5.1.2垫层施工工艺流程(见图5.1.2-1)12 跳幅部分养护施工准备测量放线找平层清理盲沟安设，打设泄水孔模板跳幅安装，集水井模板安装跳幅部分钢筋安装跳幅部分质量验收跳幅部分混凝土浇筑跳幅部分底板表面整平跳幅部分拆除模板剩余幅钢筋安装剩余幅质量验收剩余幅浇筑混凝土养护施工准备测量放线找平层清理盲沟安设，打设泄水孔模板跳幅安装，集水井模板安装跳幅部分养护跳幅部分质量验收跳幅部分混凝土浇筑跳幅部分底板表面整平跳幅部分拆除模板剩余幅浇筑混凝土养护图5.1.1-1底板施工工艺流程图5.1.2-1垫层施工工艺流程12 5.2操作要点5.2.1施工准备在底板及垫层施工之前，隧道找平层、仰拱及填充、中心水沟、二次衬砌、附属洞室、沟槽、衬砌回填注浆、管线预埋等工程均要施工完毕，保证底板及垫层倒铺施工顺利进行。准备好人员、机具、材料等，对施工人员进行技术交底和培训，完成混凝土配合比的设计，建产并健全安全、质量保证体系。5.2.2测量放线测量底板及垫层中线、标高、里程。在隧道两侧沟槽侧墙上每100m测量一对里程点，然后用钢尺按5m为一段进行放点，以备分幅施工跳幅立模用，变形缝位置亦要放出。在隧道两侧沟槽侧墙上每10m测量一对高程控制点，沿两侧沟槽侧墙标志出底板及垫层顶部标高控制线，此控制线应高出其设计标高5cm。测量检查找平层标高是否符合设计和规范要求，及时进行测量技术交底。对隧道过轨钢管、综合接地网、排水管等埋设位置进行标志。5.2.3找平层清理对找平层部分砼损坏或不实地段，凿除后采用同级混凝土回填。对找平层欠挖部分进行处理，确保底板及垫层厚度符合设计和规范要求。采用高压水冲洗，清除找平层上的虚碴、淤泥、积水和杂物等。5.2.4盲沟铺设、打设泄水孔沿两侧沟槽侧墙与找平层交会处铺设纵向盲沟，间隔一定距离设横向盲沟。为防止底板及垫层跳幅施工时找平层上集水，沿中心水管间隔一定距离打设泄水孔，间距以能将集水及时排除为宜。5.2.5模板制作及安装5.2.5.1模板加工由于底板及垫层采用横向（垂直于线路中线）跳幅立模灌筑混凝土，因此每套模板根据底板和垫层横截面尺寸及形状进行制作，模板由两个A单元与两个B单元组成，立模时，以隧道中线为准，两侧各一个A单元和B单元，对称设置，B单元置于靠隧道中线的一侧。模板拼装方式见图5.2.5.1-1。模板采用28C型普通槽钢进行加工，28C型普通槽钢结构尺寸为：高280mm，腿宽50mm，腰厚4.5mm。图5.2.5.1-1模板拼装方式图A单元模板长3.59m，在模板上根据底板钢筋设计间距及钢筋直径钻孔，以使纵向钢筋穿过。A单元模板加工示意图如图5.2.5.1-2。图5.2.5.1-2A单元模板立面图12 B单元模板长1.8m，由其顶面加工成向中间倾斜的坡度，坡度为2%，中间加工一Ф160mm半圆弧形式。如同A单元模板，在模板上根据底板钢筋设计间距及钢筋直径钻孔，以使纵向钢筋穿过。B单元模板加工示意图如图5.2.5.1-3。图5.2.5.1-3B单元模板立面图5.2.5.2模板安装立模时，使模板的顶面标高与底板及垫层的设计顶面标高一致，允许偏差控制在规范规定之内。底板及垫层宽9.0m，一套模板，组成后模板总长为8.98m，每边距沟槽侧墙有10mm宽的空隙，此空隙采用木条填塞。底板及垫层隧道中线处的Ф160mm半圆弧集水凹槽成形做法是，在混凝土浇筑前，每段第一批浇筑的跳幅将Ф160mm的钢管卡在B单元模板中间的凹槽上，第二批浇筑的跳幅将Ф160mm的钢管卡已硬化的混凝土凹槽上。模板立好后，对模板和管子做好脱模油的涂刷工作。底板及垫层每个施工段跳幅立模方式如图5.2.5.2-1。模板固定采用外拉外撑方式，其固定方式如图5.2.5.2-2。图5.2.5.2-1底板及垫层跳幅立模平面示意图12 图5.2.5.2-2固定模板的方法立面图5.2.5.3模板检查模板安装好后，立即检查其位置、顶面高程及两模板高差，如不符合要求，则进行调整。待满足要求后，才能进行钢筋安装。5.2.6钢筋加工及安装5.2.6.1钢筋加工按设计图和规范要求进行钢筋加工，钢筋提前在隧道外预制完成。需要注意的是纵向钢筋加工，考虑到钢筋接头数量在“同一截面”内不得大于50%这一规定，以及槽钢模板肋厚和施工误差因素，纵向钢筋加工成6.1m和4.5m两种长度规格，6.1m长度钢筋用于每一段第一批跳幅部分，4.5m长度钢筋用于每一段第二批跳幅部分，以保证纵向钢筋搭接长度。5.2.6.2钢筋安装钢筋安装按设计图和规范要求进行。每一段第一批跳幅部分使用6.1m长度的纵向钢筋，安装时纵向钢筋直接穿入槽钢模板事先打好的孔内，由于每幅宽度为5.0m，为保证纵向钢筋搭接长度，并且使钢筋接头数量在“同一截面”内不得大于50%，该纵向钢筋在每个跳幅部分两侧分别预留0.4m和0.7m，在模板一侧交错预留0.4m和0.7m。4.5m长度纵向钢筋用于每一段第二批跳幅部分。为保证钢筋混凝土保护层厚度，以及浇筑混凝土施工时钢筋不上浮、受压后不沉坍，在找平层上设置一定数量的竖向锚筋，密度以保证质量为宜，按底层和上层钢筋设计位置将锚筋与钢筋焊接。底板纵向钢筋跳幅安装示意图如图5.2.6.2-1，图5.2.6.2-2，图5.2.6.2-3，图5.2.6.2-4。图5.2.6.2-1第一批跳幅浇筑的幅纵向钢筋安装平面示意图12 图5.2.6.2-2第一批跳幅浇筑的幅纵向钢筋安装立面示意图图5.2.6.2-3第二批跳幅浇筑的幅纵向钢筋安装平面示意图图5.2.6.2-4第二批跳幅浇筑的幅纵向钢筋安装立面示意图5.2.7质量验收在浇筑混凝土前，按照设计图和规范要求对模板位置和顶面标高、钢筋、变形缝等进行全面检查，确认其符合质量要求，方能进行混凝土浇筑。5.2.8混凝土浇筑及表面处理混凝土输送采用泵送，混凝土在洞外混凝土搅拌站拌好，由混凝土罐车运送至洞内输送泵处。混凝土输送管放于隧道一侧人行通道沟槽盖板上，由于底板及垫层宽度达9，较宽，为满足浇筑较远一侧的混凝土，输送管端头弯头处接一根约3m长的橡胶软管，软管后再配一根输送泵管，并将其放于支架上。浇筑混凝土时，人工配合做好平整、捣固等工作。浇筑混凝土由里向外依次跳幅进行。浇筑下一幅混凝土时将此前无用的混凝土输送管拆除，将管子中的混凝土清理干净，并放于原处，以备该段第二跳幅混凝土浇筑用。每段底板混凝土浇筑顺序见图5.2.8-1，每段垫层混凝土浇筑顺序同底板。12 图5.2.8-1每段底板混凝土浇筑顺序平面图混凝土浇筑完成后，先用6m长铝合金刮尺沿模板顶面反复刮修，每段第二批跳幅部分沿底板及垫层混凝土表面刮修，然后用3m铝合金刮尺刮修，待混凝土初凝后，用钢抹子将表面抹平，直至混凝土表面平整为至。5.2.9模板拆除混凝土强度达到5Mpa后拆模。拆模时，注意不要损坏混凝土边角和模板。5.2.10混凝土养护混凝土浇筑完成后，对混凝土进行养护。混凝土养护采用浇水养护方式。5.2.11施工组织与管理1）建立健全组织机构、安全保证体系、质量保证体系。2）严格奖罚，严格考核兑现。3）做好施工技术交底、试验、测量放线、工程施工质量验收等工作。4）配齐配强人员、设备等资源，保证施工所需。5）做好材料供应，保证施工所需。并做好进场材料检验和试验工作，把好原材料质量关。6）加强机械设备管理，使设备完好，保证正常施工。7）加强工作衔接，抓好工班交接班，保证施工连续进行。8）要合理安排隧道内各工序的施工，注意工序之间保持适当距离，避免相互干扰。例如：在做底板及垫层时，沟槽、综合洞室、二次衬砌等还正在施工。9）加强安全质量监督检查，发现问题及时处理。10）做好道路维护，保障道路畅通。做好与各方面的协调工作，保证有一个良好的施工环境。抓好文明施工。5.2.12劳动力组织施工人员分为施工管理人员、技术管理人员及作业人员。表5.2.12-1主要施工管理人员序号职务人数（人）工作内容1项目经理1现场管理2项目副经理1现场管理3总工1现场技术管理4现场调度1现场调度指挥12 5队长1具体负责现场施工8安全工程师1现场安全检查督导表5.2.12-2主要技术管理人员序号职务人数（人）工作内容1工程部长1现场技术管理2质检工程师1现场质量检查3现场工程师2现场技术管理4测量2现场测量5试验2现场试验表5.2.12-3作业人员序号班组（职务）名称班组数量总人数1领工员132混凝土工1123钢筋编制1124钢筋加工185材料运输工166焊工127立模工188泵送混凝土工129电工1110养护工1111收面工1612杂工1613罐车司机1414搅拌站12合计7312 6.材料与设备表6-1材料与设备序号机具名称规格数量附注1砼搅拌站JS7501郑州华中机械2砼搅拌站JS10001备用3输送泵HBT6014钢筋调直机GT4-141浙江三金5电焊机BX1-500A2武汉江城电焊机厂6钢筋切断机GQ50B17混凝土运输车三凌48振捣棒ND-400029刮尺（6米）21028cm槽钢模板自加工234米11输送管120米12软管3米7.质量控制1）施工质量和检验方法遵照执行的规范是《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》，施工时严格按规范要求对底板及垫层施工质量进行检验验收。2）主要质量要求底板混凝土应分段连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。底板厚度必须符合设计要求。底板混凝土强度达到5MPa后行人方可通行，达到设计强度的100%后车辆方可通行。表7-1钢筋安装及保护层厚度允许偏差和检验方法序号名称允许偏差（mm）检验方法1双排钢筋的上排钢筋与下排钢筋间距±5尺量两端、中间各1处2同一排中受力钢筋水平间距拱部±10边墙±203分布钢筋间距±20尺量连续3处4箍筋间距±205钢筋保护层厚度＋10－5尺量两端、中间各2处底板顶面高程和横向坡度应符合设计要求，高程允许偏差为±15mm12 ，坡度应平顺，确保水流畅通、不积水。3）主要技术措施模板具有足够的刚度和强度，每套模板组合后其顶面必须符合设计要求，模板上的孔位与钢筋设计位置一致。立模时，必须严格控制模板顶面标高。钢筋安装必须严格控制钢筋间距和钢筋保护层，并且防止钢筋上浮和沉坍的措施要到位。浇筑混凝土时必须严格控制混凝土顶面标高，及时修整混凝土表面。严格控制拆模时间，做好同条件养护混凝土试件，浇筑完混凝土后在规定养护期内保持对混凝土的连续养护。8.安全措施1）施工安全遵照执行的规范主要是《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》、《铁路隧道施工技术安全规程》，施工时严格按规范要求进行安全作业。2）做好安全技术交底，交底到每个作业人员。3）洞内灯距适当，灯具完好，保障洞内照明。4）洞内设好各种安全标识。交通安全警示重点做好中心水沟检查井警戒标识，保证交通安全。5）现场作业人员必须按规定佩带劳动防护用品。6）洞内配备消防器材，应急照明灯具。7）施工机电设备有专人负责保养、维修和看管，确保安全生产。施工现场的电线、电缆应尽量设在无车辆、人行地段。8）制定机械设备安全操作规程，并在施工中严格执行。9.环保措施1）施工污水排放指标达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）要求：PH6～9，色度80，化学耗氧量（COD）150mg/L。2）严格控制施工污水排放，为了保护环境和洞外水源不受污染，在隧道洞口设污水处理系统，设专人管理，直到符合国家规定标准再排放。10.效益分析该工法解决了客运专线双线隧道无碴轨道底板及垫层分段连续浇筑一次成型施工难题，为今后类似工程的设计提供了理论和实践的科学依据。采用此工法既可保证安全质量，又可实现快速施工，投入小，社会效益和经济效益较显著。11.应用实例11.1合武铁路大别山隧道出口工区底板及垫层11.1.1工程概况新建铁路沪汉蓉通道合肥至武汉段为客货共线双线，旅客列车设计速度为200km/h，预留250km/h及以上条件。大别山隧道全长13256m，是合武线控制工期的工程之一。该隧道地处大别山腹地湖北省麻城境内。隧道段线路坡度为3.1‰（1240m）和-5.9‰（12016m）的人字坡。隧道设计采取复合式衬砌，无碴轨道。根据设计，Ⅱ级围岩无碴轨道板以下为30.4cm厚隧道钢筋混凝土底板和10cm厚素混凝土找平层，Ⅲ~Ⅴ级围岩无碴轨道板以下依次为30.4cm厚无碴轨道素混凝土垫层、仰拱填充和仰拱。本隧道DK221+500～DK225+682段为出口工区，长4182m，其中Ⅱ级围岩钢筋混凝土底板长3825m，素混凝土垫层长357m。11.1.2工程建设情况出口工区底板及垫层试验段于2007年5月8日开始，于5月12日12 完成，通过检验，其厚度、标高、表面质量、钢筋保护层等均符合质量要求。之后通过不断优化施工组织和开展质量活动，确定了每循环段落长度和每幅宽度，使劳动力配置、施工中各环节的衔接、循环时间安排等趋于合理，施工质量更为可靠，在此基础上形成了该工法。现在，钢筋混凝土底板平均每天可做50m左右。目前出口工区还正在施工底板及垫层，预计2007年9月30日结束。11.1.3工程评价目前，底板和垫层一共施工了1400m多，经检验，标高偏差在±5mm以内，平整度偏差在±3mm以内，各项质量指标均符合规范和设计要求。钢筋混凝土底板施工进度每月可达1500m左右，素混凝土垫层施工进度将会更快。底板和垫层实现了安全、优质、快速施工，得到了有关各方好评，获得了较好的社会效益、经济效益。11.2合武铁路大别山隧道斜井工区底板及垫层（截止8月25日，已做400多米）11.1.1工程概况11.1.2工程建设情况11.1.3工程评价12'