四分隔竖井井壁二衬与中隔板同步施工技术

唐文喜

(中铁十七局集团第四工程有限公司，重庆 401121)

1 工程概况

山西省太原至佳县高速公路西凌井特长隧道位于山西省阳曲县内，隧道左线全长6 545 m，右线全长6 565 m。隧道中部设置一通风竖井对左右线隧道进行送排风，竖井井深249 m，竖井断面为圆形，井筒净空直径10.7 m，最大开挖直径12.4 m。交叉的30 cm厚C25钢筋混凝土中隔板把井筒分为四个不等面积的送风道和排风道，以便将送排风风流隔离，并与主洞底部的联络风道相连接。

2 结构混凝土施工方案

由于该种不对称四分隔结构形式为国内第一次应用，二衬与中隔板同步施工在国内尚无前例可参照，施工难度大，技术含量高，我们在调研国内已有竖井衬砌施工方案的基础上，对4种施工方案进行比选，具体如下:

1)滑模法施工方案(A方案):即掘进全部完成后，下放钢筋于井下连接钢筋笼，在井下将井壁二衬和中隔板模板拼装成整体，利用从井口泵送混凝土入模，后用滑升设备同步滑升模板进行下一循环衬砌。其弊端在于:a.本竖井中隔板分隔的四个部分面积不同，所承载的模板重量也不相同，容易造成滑模在施工过程中倾斜偏位，很难调整;b.滑模法要求的设备多而精确，要求的操作人员技术熟练程度高，对液压系统的使用专业性极强，现场不易操作。通过分析，滑模法不适合本竖井结构衬砌施工。

2)整体模板、井口整体提升施工方案(B方案):即掘进全部完成后，下放钢筋于井下连接钢筋笼，在井底操作盘将井壁二衬和中隔板模板拼装成整体模板，每个分部模板设计为整体伸缩模板，施工完混凝土后可自动脱模，然后同步提升中部、底部吊盘，利用从井口泵送混凝土入模，每次从井口整体提升模板进行下一循环衬砌。由于整体提升重量包括整体模板、中部稳定盘、底部操作盘、施工人员以及施工的物料等重量，重量达60 t，我们在研究分析过程中发现整体提升重量太大，如单独依靠井架提升达不到要求，其原因有两个:a.井架结构通过检算不能满足提升重量要求;b.井架提升靠的是卷扬机，制动不安全，而且不能精确到位。如考虑加强锁口盘处钢结构后换用千斤顶整体提升，发现国内现有的千斤顶行程有限，行程稍大的不仅价格高昂，而且千斤顶提升后退张难度大，极不安全。因此认为本方案经济上投入较大，安全性差。

3)四个分部模板独立整体提升(C方案):即在B方案的基础上，为减小提升压力将四部分模板整体提升改为每个分部整体提升，通过分析其弊端:a.很难找出分部整体模板提升的中心吊点，在提升时易倾斜;b.卷扬机提升的精确度差，不能保证每个分部模板精确提升到同一高度。

4)分块组合模板、分块独立提升模板施工方案(D方案):即C方案比选的基础上，为减少提升压力，保证提升的精确度，充分利用现有机具设备，减少投入，我们将整体模板改为分块组合模板，将自井口整体提升优化为通过中部稳定盘下的倒链分块独立提升，模板系统与提升系统均为独立系统，增加了施工安全性、可操作性。

通过上述方案论证比选，最后选定D方案，即:掘进全部完成后，通过设置独立提升系统、模板系统、操作吊盘、人员材料运输、混凝土输送管路、测量系统，采取在中部稳定盘下设倒链对应每块模板，在井下底部操作盘分块组装模板，将竖井井壁二衬与中隔板模板安装连通一体，通过从井口同步提升中部稳定盘、底部操作盘，利用泵送由下至上分段同步整体浇筑井壁二衬和中隔板混凝土，通过中部稳定盘下的倒链分块翻升模板，进行下一节段衬砌。

3 方案实施

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 不对称四分隔结构井壁二衬与中隔板同步施工工艺图

3.2 具体操作

3.2.1 各操作系统设计及安装

1)井口提升系统布设。井壁二衬及中隔板混凝土施工时仍采用原开挖时提升系统。井口井架利用开挖时已有的井架，根据施工中井架承受的最不利荷载，以及开挖、提升、出碴、衬砌等各工序作业对结构尺寸要求，我们通过建模受力计算来设计其结构形式，井架由钢管和工字钢组成，通过法兰盘用高强螺栓连接，井架设计高度22 m，设有四个承重桩，天轮平台尺寸为8 m×8 m，井架承重力大于40 t。采用钢筋混凝土地锚对其锚固。根据受力计算选配钢丝绳和起吊滑轮规格型号。

2)井内吊盘布设。为保护井下作业人员、机具的安全以及操作需要，衬砌作业时竖井设置三道吊盘，具体如下:

a.井口仍然采用开挖时布设的锁口安全盘，锁口安全盘为直径14 m的两半圆形，锁口盘盘面铺板采用δ3花纹钢板，盘底采用角钢三维桁架加固，在受力点采用40工字钢连接，安全盘承重在10 t左右，设有滑动板，一侧为自动翻盖装置升降孔，主要是人员上下使用，一侧方孔为钢筋、模板等材料升降孔，平时锁口安全盘封闭，防止物体从井口掉入，开启时通过电动滑轮实现。

b.井下设有中部稳定盘，中部稳定盘盘面与锁口盘相同，盘面上留的升降孔与锁口盘竖向呈一条直线，其与锁口安全盘同样设有提升口，供物料、人员上下使用。衬砌作业时对开挖时中部稳定盘改进加固后作为主要提升装置。根据提升的重量和吊点的位置对中部稳定盘上下两个面进行如下加固处理:一是中部稳定盘底部结构加固作为提升模板与工字钢支撑使用，主要采用16号槽钢作为加强肋与倒链连接，根据模板的长度设定吊点位置，吊点间距1.8 m。加强肋的位置考虑了工字钢支撑影响的空间和提升操作空间。二是中部稳定盘顶部结构加固作为提升底部工作盘及中部稳定盘自身的提升吊点使用，主要骨架为井字梁、交叉梁、圆形钢梁。井字梁的四个交叉点为中部稳定盘的主吊点，交叉梁交角处为安全辅绳吊点。

c.井底设操作盘作为操作平台。根据各部分风道的结构断面加工底部操作盘，与中部稳定盘采用Φ25 mm精轧螺纹钢半刚性连接，各底部操作盘距离中部稳定盘6 m，与中部稳定盘同步提升。中部稳定盘和四个底部操作盘分别与井筒初期支护和井筒混凝土及中隔板采用直径为32 mm顶丝固定，增加操作空间的定位与稳定性，对防止滑落也有辅助作用。

衬砌时仍然采用掘进作业时用的4个5 t的卷扬机钢丝绳系着中部稳定盘四个主吊点，1台10 t的卷扬机钢丝绳系着中部稳定盘中间吊点作为安全辅绳。利用从井口同步开动卷扬机对中部稳定盘提升到所需位置。

3)模板系统设计。

a.模板采用高度为1.5 m，长度为2 m左右(根据曲板或平板的总长划分)，模板上下侧均采用角钢底座，使用螺栓连接，并在井筒初期支护上打入膨胀螺丝拉住模板，稳定模板的空间位置。

b.施工中为增大各分隔内操作空间，便于操作人员活动，模板支撑原采用18工字钢在各分隔内形成闭合体进行支撑模板。每浇筑段模板外设2层工字钢支撑，最底下一层钢支撑中心距模板底30 cm，最上一层钢支撑中心距模板顶40 cm。

c.为加快衬砌进度，投入2套模板进行周转，实行翻模作业方式。

4)混凝土输送管路布设。井壁二衬与中隔板为同标号钢筋混凝土，其经过泵管垂直下落浓度大，对溜灰管的冲出振动、磨损非常大，确保混凝土输送管路的稳定安全使用是一大难点。我们采用了如下结构组成的混凝土运输管路:

a.伸缩管:在混凝土浇筑过程中，为避免泵管拆卸频繁，采用伸缩管。伸缩管的直径一般为125 mm，长为5 m～6 m，上端用法盘和漏斗联结，法兰盘下用特设在支架座上的管卡卡住，下端插入泵管内。

b.泵管:在井壁设两道泵管，一是为了方便对称浇筑，二是防止有一道泵管堵塞，做到不间歇浇筑。

c.缓冲器:缓冲器用法兰盘联结在溜灰管的下部，借以减缓混凝土的流速，其下端和活节管相联，采用双叉式缓冲器。

d.活节管:为了将混凝土送到模板内的任何地点而采用的一种可以自由摆动的柔性管。一般由15个～25个锥形短管组成，总长度为8 m～20 m，锥形短管的长度为36 cm～66 cm，宜用厚度不小于2 mm的薄钢板制成，挂钩的圆钢直径不小于12 mm。

5)测量定位系统布设。衬砌作业测量定位采用JZB-1型激光指向仪，利用固定架将激光指向仪低于锁口安全盘1 m固定。同时，选用φ1.2 mm的钢丝线，在锁口安全盘上设置放线小绞车和托轮及卡线板下放钢丝绳配重锤作为校正使用。钢丝绳重锤线设置四个，分别位于中隔板与井壁二衬相交处。

3.2.2 结构混凝土同步浇筑施工

1)测量定位。钢筋安装前先测量定位，利用激光指向仪定位竖井中心，同时利用锁口安全盘上设置的放线小绞车和托轮及卡线板下钢丝绳重锤以十字定位方式进行校验，若发现与中心不符及时调整。然后在工作平台上用钢卷尺测量井壁、中隔板各部尺寸，并做出标记拉线固定。

2)井内钢筋安装。钢筋在井外钢筋加工棚按图纸、按标准弯制，将钢筋通过上下物料升降孔下放到底部操作盘，将电焊机吊于中部稳定盘上或底部操作盘上，对井内竖直钢筋焊接连接并保持一定竖直度。其他钢筋采用人工绑扎连接。

3)模板至井底安装。将分块模板通过物料孔下放到井底操作平台，浇筑第一节段时，操作人员在井底底板安装模板，第二节段时通过放在底部操作盘上的活动台架操作安装模板，从第三节段起，浇筑完第N节段时，将中部稳定盘面下的倒链吊钩与第N－1节段分块模板连接，每块模板均与一个倒链对应相连，通过中部稳定盘下的倒链独立提升分块模板，模板底边与下层模板的顶边相连，用螺栓连接，模板顶部与井壁膨胀螺栓相连固定，把井壁二衬模板与中隔板模板连通为一体结构。

每浇筑段模板全部提升完成后，在分隔内采用18工字钢形成闭合体对模板支撑，18工字钢支撑共设2层。中隔板模板除工字钢支撑外，两层模板之间用对拉丝杆连接固定。

4)混凝土输送管路连接。先把输送泵管、缓冲器、活节管安装连接，混凝土由混凝土罐车运至井口处，由车载输送泵施工混凝土，混凝土输送路线连接如下:搅拌站→车载泵→输送泵管→缓冲器→活节管。

5)第一、二节段混凝土浇筑。操作人员在井底底板上先完成第一节段浇筑，等混凝土强度达到设计强度70%时，操作人员通过底部操作盘上活动台架完成第二节段浇筑，使2套模板全部投入使用。

6)同步提升中、底部吊盘。模板安装好后，开始同时提升中部稳定盘和四个底部操作盘，提升高度1.5 m，使底部操作盘至下层模板底部，提升后，在活动台架和模板间搭设木板操作平台，便于人员浇筑混凝土操作。

7)第三节段及以后节混凝土浇筑。在正式浇筑前，试验人员对竖向长距离混凝土输送进行了多次试验检测，在活节管出料口对坍落度、泌水率指标进行检测，分析混凝土离散性变化规律，优化调整混凝土拌制工艺参数，保证浇筑混凝土的质量，最后混凝土坍落度选用12 cm～16 cm。

井壁两侧各设一道泵管，浇筑时通过混凝土输送系统至浇筑面，在往井壁二衬与中隔板模板内对称分层浇筑混凝土时，先沿井壁浇筑，混凝土同时向中隔板模内流动，后向中隔板模内补充浇筑，要随时观测混凝土离散情况，采用振捣棒将其捣实，洒水养生。

8)拆模并提升。从第三节段起，每当浇筑完成的N节段混凝土强度达到2.5 MPa后，将N－1节段井壁二衬模板与中隔板模板拆除，通过中部稳定盘下的倒链将分块模板提升到N+1节段位置，模板与井壁膨胀螺栓相连固定后，松开倒链。

9)下一节段循环作业。从井口同步提升中部稳定盘、底部操作盘。利用底部操作盘进行模板安装，分段模板之间采用插销式连接固定。在上层模板底部作半圆孔，在混凝土中预埋φ50 mm PVC管与模板半圆孔相接，翻模的同时可插入 φ48 mm钢管对模板形成支撑作用。定位校正后，根据浇筑面位置及时拆卸中间泵管，使活节管底部至浇筑作业需要位置，转入下一节段循环作业。

4 实施效果

1)西凌井隧道通风竖井于2010年5月初开始混凝土同步浇筑，2010年7月底衬砌完工，月均衬砌90 m，比业主要求工期提前2个月，为2010年12月全线按期开通奠定了坚实基础，有力促进了山西省经济社会发展。2)不对称四分隔结构竖井井壁二衬与中隔板采用同步施工与分两次施工相比，由于简化施工工序可节省3 700元/m，有效减少井内相互干扰，而且增强结构整体质量和防水性能。3)通过本工程开发的该项技术填补了国内空白，获得国家发明专利(ZL201010234363.3)。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范［S］.

［2］刘宝许，高崇霖，王 巍，等.特长公路隧道超大直径深竖井机械化施工技术［J］.筑路机械与施工机械化，2008(5):17-19.