一种隧道仰拱整体和自行式长栈桥的结构和施工方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种隧道仰拱整体和自行式长栈桥的结构和施工方法。

背景技术：

传统的隧道施工中仰拱采用普通栈桥，而且其自动化程度很低、移位比较困难。另外，采用仰拱栈桥施工时，栈桥下部施工空间比较狭小，大多只能人工摊铺施工，因而无法使仰拱和填充分开浇筑，违背了仰拱用来承力、填充用来缓冲列车载荷的设计初衷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种隧道仰拱整体和自行式长栈桥的结构和施工方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道仰拱整体和自行式长栈桥的结构，包括前端引桥、后端引桥、主动行走系统、从动行走系统和主桥，所述主动行走系统通过前端固定支撑装置支撑在所述主桥的前端，所述从动行走系统通过后端固定支撑装置支撑在所述主桥的后端，所述前端引桥的一端与所述主桥的前端连接，所述后端引桥的一端与所述主桥的后端连接。

优选地，所述主动行走系统和从动行走系统均为履带式行走机构。

优选地，所述履带式行走机构为液压式行走机构。

本发明还提供了一种隧道仰拱整体和自行式长栈桥的结构的施工方法，包括：

步骤1，施工准备：在进行仰拱二次衬砌施工前需要做好充分的施工准备工作包括以下步骤11-13：

步骤11，物质设备方面：仰拱栈桥材料进场验收合格，厂家现场拼装完成并验收合格，钢筋加工设备能满足施工要求，拌合站、混凝土运输设备完好，能满足混凝土供应，隧道结构所使用的止水带等材料充足并已验收合格；

步骤12，现场准备：满足仰拱二次衬砌施工的作业面，现场风、水、电设施已配置完善，满足施工要求；施工仰拱二次衬砌地段的隧底开挖初期支护施工完毕，隧底洞碴已清理完毕；

步骤13，技术准备：仰拱二次衬砌施工技术交底和作业指导书已编制审核完成，并对施工作业人员进行技术交底和施工安全培训；

步骤2，仰拱施工，包括以下步骤21-27：

步骤21，清除初期支护表面的回填石碴，将初喷混凝土面冲洗干净；

步骤22，通过仰拱整体自行式式长栈桥的液压系统提供动力，使整体自行式式长栈桥就位；

步骤23，将验收合格的仰拱钢筋运至现场，钢筋工进行仰拱钢筋绑扎，空过制作的钢筋间距控制卡槽，严格控制钢筋的间距；

步骤24，根据仰拱模板测量点位，安装矮边墙模板；

步骤25，安装仰拱二次衬砌的止水带及端头模板，并对模板进行加固；

步骤26，对仰拱初期支护表面再次冲洗，清表表面的杂物和积水；

步骤27，一次性连续浇筑24m仰拱混凝土。

优选地，所述步骤27中，每次浇筑混凝土约56～95m³。

优选地，所述方法还包括：选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥，采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”混凝土配比,减少每立方米混凝土中的水泥用量,以达到降低水化热的目的；选用粒径较大,级配良好的粗骨料，选用中粗砂,改善混凝土的和易性。

优选地，所述方法还包括：在混凝土浇筑之后,做好混凝土的保温保湿养护,以使混凝土缓缓降温,充分发挥其徐变特性,减低温度应力。

优选地，所述方法还包括：在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1％以下,中砂含泥量控制在2％以下,减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响；改善混凝土施工工艺，同时采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等。

本发明采用模块化可快速拆卸安装的结构，结构设计合计，承载能力大；对掌子面施工影响小；减少仰拱施工人工费和设备费的投入，降低成本；提高了施工效率，缩短了隧道施工的工期；减少仰拱的施工接缝，提高仰拱的整体性，提高了仰拱混凝土的质量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的结构示意图。

图中附图标记：1、前端引桥；2、后端引桥；3、主动行走系统；4、从动行走系统；5、主桥；6、前端固定支撑装置；7、后端固定支撑装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种隧道仰拱整体和自行式长栈桥的结构，包括前端引桥1、后端引桥2、主动行走系统3、从动行走系统4和主桥5，所述主动行走系统3通过前端固定支撑装置6支撑在所述主桥5的前端，所述从动行走系统4通过后端固定支撑装置7支撑在所述主桥5的后端，所述前端引桥1的一端与所述主桥5的前端连接，所述后端引桥2的一端与所述主桥5的后端连接。

其中，前端引桥1、后端引桥2、主动行走系统3、从动行走系统4和主桥5之间均采用模块化可快速拆卸安装的结构，结构设计合计，承载能力大；对掌子面施工影响小；减少仰拱施工人工费和设备费的投入，降低成本；提高了施工效率，缩短了隧道施工的工期；减少仰拱的施工接缝，提高仰拱的整体性，提高了仰拱混凝土的质量。

优选地，所述主动行走系统3和从动行走系统4均为履带式行走机构。优选地，所述履带式行走机构为液压式行走机构。这样，本发明采用整体自行式长仰拱栈桥采用模块化设计，采用全液压操作，操作灵活简单，性能可靠稳定，维护方便；履带式行走机构对工况适应性好，能满足不同工况需要，可快速移动就位；同时可解决洞内不同工序同步作业问题。

隧道仰拱施工一直以来是影响隧道施工进度的关键工序，采用本发明中的整体自行式长栈桥与常规简易栈桥相比，可以提高施工效率、降低成本，具体优点如下

(1)效率对比：以往常采用12米长普通栈桥，每次浇筑长度为6～8米，仰拱施工循环多，无形增加了仰拱施工周期，且仰拱施工时对出渣车干扰较大，影响掌子面施工。采用整体自行式长仰拱栈桥施工仰拱时，对掌子面及其他工序施工不会造成干扰。

(2)栈桥移动对比：通过对普通栈桥移动和整体自行式长仰拱栈桥移动进行对比，整体自行式长仰拱栈桥移动时无需设备配合，所需人员较少，同时移动操作灵活简单、就位快速。移动时所需要人员、设备、时间对比如下表：

栈桥移动对比分析表

本发明可提高仰拱的整体性，例如以某煤运通道为重载铁路为，业主对隧道的仰拱质量要求尤为严格。如采用12米普通栈桥，每次浇筑长度6米，第一隧道仰拱将产生199条施工缝，第二隧道仰拱将产生810条施工缝。采用整体自行式长仰拱栈桥每次浇筑24m，第一隧道仰拱只有49条施工缝，第二隧道仰拱只有202条施工缝。大大减少了施工缝的数量，节约了成本，提高了仰拱的整体性。更有利于重载铁路后期运营维护。

备注：现场施工时每条施工缝使用的中埋止水带长约11m,背贴止水带长约2m。

本发明便于控制大体积混凝土裂缝，例如：采用12米普通栈桥，每次浇筑长度6米，根据第二隧道的断面尺寸，每次需要浇筑混凝土约14～24m3(根据不同围岩级别及加宽值浇筑方量不同)，采用整体自行式长仰拱栈桥每次浇筑24m，每次浇筑混凝土约56～95m3(根据不同围岩级别及加宽值浇筑方量不同)。混凝土的体积大大增加，浇筑后的仰拱表面局部有细小的裂纹。经现场查看，每板仰拱二衬表面有5～6道裂缝，裂缝的长度2～3.25m。

施工中，通过降低水化热、加强施工温度控制、提高混凝土抗拉强度，仰拱表面的混凝土裂缝得到有效控制。具体控制措施如下：

(1)降低水化热：选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥，采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”混凝土配比,减少每立方米混凝土中的水泥用量,以达到降低水化热的目的；选用粒径较大,级配良好的粗骨料，选用中粗砂,改善混凝土的和易性。

(2)加强施工中的温度控制:在混凝土浇筑之后,做好混凝土的保温保湿养护,以使混凝土缓缓降温,充分发挥其徐变特性,减低温度应力。

(3)提高混凝土的抗拉强度:控制集料含泥量。砂、石含泥量过大,不仅增加混凝土的收缩,而且降低混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1％以下,中砂含泥量控制在2％以下,减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响；改善混凝土施工工艺。采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法。

本发明的整体施工步骤，详细说明如下：

第一阶段，施工准备

在进行仰拱二次衬砌施工前需要做好充分的施工准备工作，主要有以下几点：

(1)物质设备方面。仰拱栈桥材料进场验收合格，厂家现场拼装完成并验收合格，钢筋加工设备能满足施工要求，拌合站、混凝土运输设备完好，能满足混凝土供应，隧道结构所使用的止水带等材料充足并已验收合格。

(2)现场准备。满足仰拱二次衬砌施工的作业面，现场风、水、电设施已配置完善，满足施工要求。施工仰拱二次衬砌地段的隧底开挖初期支护施工完毕，隧底洞碴已清理完毕。

(3)技术准备。仰拱二次衬砌施工技术交底和作业指导书已编制审核完成，并对施工作业人员进行技术交底和施工安全培训。

第二阶段：仰拱施工

(1)清除初期支护表面的回填石碴，将初喷混凝土面冲洗干净；

(2)通过仰拱整体自行式式长栈桥的液压系统提供动力，使整体自行式式长栈桥就位；

(3)将验收合格的仰拱钢筋运至现场，钢筋工进行仰拱钢筋绑扎，空过制作的钢筋间距控制卡槽，严格控制钢筋的间距；

(4)根据仰拱模板测量点位，安装矮边墙模板；

(5)安装仰拱二次衬砌的止水带及端头模板，并对模板进行加固；

(6)对仰拱初期支护表面再次冲洗，清表表面的杂物和积水；

(7)一次性连续浇筑24m仰拱混凝土。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。