袁枫
（中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西，西安，710043）
Slurry wall template support design Qinling Tunnel on the 7th hole of the main tunnel curtain grouting first cycle ended
Yuan Feng
(CR17BG No.2 Engineering Co.，Ltd.，Xi’an，710043，China)
【摘 要】引汉济渭工程秦岭隧洞7#洞上游帷幕注浆段，首环设置止浆墙，文章从结构、力学性能及锚固方式等方面对止浆墙模板支撑进行了专项设计，阐明了施工方法，确保了施工质量，保障了作业安全。
【关键词】秦岭隧洞；帷幕注浆；止浆墙；模板
【Abstract】Quoted Han Wei River upstream Qinling Tunnel on the 7th hole curtain grouting segment, first set grout stop ring wall, the article from the structure, mechanical properties and methods for occluding anchor wall template support for a special design to clarify the construction method, to ensure the construction quality, to protect the safety of operations.
【Keywords】Qinling Tunnel; Curtain grouting; Occluding Wall; Template
1．工程概况
引汉济渭工程秦岭输水隧洞7号洞主洞上游K68+988~+963帷幕注浆堵水段，设计止浆墙采用C30混凝土浇筑，开挖断面面积约为50m2，厚4m，高7.61m，浇筑体积约合200m3。止浆墙总体浇筑时间拟定为7h，平均浇筑速度v≈1.1m/h，混凝土采用泵送，坍落度140~180mm，混凝土重度密度26kN／m3，掺加减水剂，实测浇筑温度为T=23℃。
2．模板拟定设计结构
考虑现场施工条件，外侧模板按整体刚度设计。钢模板支架结构的里层采用P3015钢模板拼装5层，组成高7.5m、长7.5m大面平模，模板与轮廓外形冲突部分现场切割。模板外侧支撑结构为：在模板上固定?80×3.5mm压杆，其横向间距750mm；压杆外再固定I20a工字钢主支撑梁，其立面最大布置间距1250mm。
模板主支撑梁单跨设计时其整体刚度不足，采用增设拉杆以控制其跨度，拉杆间距2600mm，采用Φ22螺纹钢，与工字钢连接部分做冷弯焊接；每个拉点处，设置4根Φ22螺纹钢锚固在掌子面，锚固段长度500mm，钻孔直径42mm，采用A级植筋胶锚固，拉杆与锚固筋尾端采用焊缝连接，单面焊缝长度250mm；主支撑梁端点与周边围岩采用4根Φ22螺纹钢锚固，锚固筋采用锚固剂锚固，尾端与工字钢焊接牢固，单面焊缝长度不小于150mm。模板支撑结构示意图如图1所示。
3．模板支撑受力分析
3.1 检算参数[1][2]
模板支撑属于临时结构，采用极限状态计算法计算其承载能力。A3钢设计控制强度f=215MPa，剪切强度fv=125MPa；钢材弹性模量取E=2.1×105MPa；钢筋混凝土重度取值rc=26kN/m3；支撑梁允许挠度取值[ω]=L/500；衡载系数取值1.2，活载系数取值1.4；A级植筋胶fbd=3.4Mpa，HRB400钢筋 fy=360MPa；P3015钢模板(δ＝2.5mm)截面特征：Ixj=26.97×104mm4，Wxj=5.94×103mm3。
3.2 计算作用在模板上的最大侧压力和有效压头高度
3.2.1 模板上的最大侧压力(取两式中较小值)
（1）由JGJ162-2008公式[2](4.1.1—1)得：
= 0.22×26(200÷(23+15))×1.2×1.15×1.10.5=43.57kN∕m2=0.044 N∕mm2
β1------外加剂影响修正系数，混凝土具有缓凝效果，取值1.2。
β2------混凝土坍落度影响系数，坍落度不小于100mm时，取值1.15。
（2）由公式[2](4.1.1—2)得：F=rcH=26× 7.61=197.86 kN/m2
以上2式按最小值计算，最大侧压力为43.57kN/m2。
3.2.2 有效压头高度计算
=43.57÷26≈1.68m，故有效压头高度为1.68m。
3.2.3 模板计算荷载
新灌混凝土的最大侧压力q1=F=43.57 kN/m2，混凝土的灌注冲击力荷载[3]q2=1.0kN∕m2，此处不采用振捣器振捣，混凝土内部振捣荷载取值[3]q3=0kN∕m2。根据以上参数，计算模板荷载为：
q=1.2q1+1.4(q2+q3)= 53.7kN∕m2=0.537 kg/cm2。
3.3 模板支撑安全性验算[4]
3.3.1 面板计算：
按单项两跨超静定结构板计算，P3015模板宽度为300mm，计算跨径750mm，其均布荷载q=0.0537 N/mm2×300mm=16.11N/ mm。
（1）验算弯曲拉应力
跨中最大正弯矩：Mmax=KmqL2=0.07×16.11×7502=634331N-mm，
P3015模板截面抵抗矩：Wxj=5.94×103mm3，
最大弯拉应力：
σmax= ﹤f=215Mpa，满足要求。
支点最大负弯矩：Mmin=KmqL2=-0.125×16.11×7502=-1132734N-mm，
最大弯拉应力：
σmax= ﹤f=215Mpa，满足要求。
（2）验算挠度(按三等连续梁计算)
P3015模板截面惯性矩：Ixj=26.97×104mm4；计算荷载q=16.11N/mm；
跨中挠度：
＜L/500，满足要求。
3.3.2 ?80×3.5mm压杆计算
按三跨连续梁结构计算，其宽度取值为一个间距，即750mm，计算跨度为1250mm，均布荷载q=750mm×0.0537N/mm2=40.3 N/mm。
（1）验算弯曲拉应力
跨中最大正弯矩：Mmax=0.08qL2=0.08×40.3×12502=5037500N-mm；?80×3.5mm钢管截面抵抗矩：W=30.8×103mm3；其最大弯拉应力：
σmax= ﹤f=215Mpa，满足要求。跨中最大负弯矩：Mmax=-0.1qL2=-0.1×40.3×12502=-6296875N -mm；其最大弯拉应力：
σmax= ﹤f=215Mpa，满足要求。
（2）验算挠度
?80×3.5mm钢管截面惯性矩：I=61.7×104mm4；跨中挠度： ＞L/500=2.5 mm。计算数值略大于规范容许值，但作为辅助作业的一次性临时工程，第一环注浆施工后即行拆除，其扰度5.14mm可以满足使用需求。
3.3.3 I20a主支撑梁计算
按三跨连续梁结构计算，主支撑梁采用I20a工字钢，宽度取值一个间距，即1250mm，隧洞宽度770cm，三等跨设置，计算跨度考虑260cm，均布荷载q=1250mm×0.0537N/ mm2=67N/mm。
（1）验算弯曲拉应力
跨中最大正弯矩：Mmax=0.08qL2=0.08×67×26002=36233600N-mm，
I20a工字钢截面抵抗矩：W=237×103mm3，截面惯性矩I=2370×104mm4；
最大弯拉应力：
σmax= ﹤f=215Mpa，满足要求。
跨中最大负弯矩：Mmax=-0.1qL2=-0.1×67×26002=-45292000N-mm
最大弯拉应力：
σmax= ﹤f=215Mpa，满足要求。
（2）验算挠度
＜L/500=5.2mm，满足要求。
（3）验算支点约束力
边支点受力：F边=K1qL=0.4×67×2600= 69680N=69.68KN；
中支点受力：F中=K2qL=1.1×67×2600=191620N=191.6KN。
采用Φ22钢筋作为支点锚固，单根Φ22钢筋抗拉力为：P=3.14×112×360=136778N =136.8kN，采用4根锚固，安全系数大于2，满足安全要求。
（4）验算锚固长度
锚固长度主要取决于三大因素：①灌浆材料与钢筋之间的握裹力；②锚固体与岩石之间的极限侧阻力；③锚固体端部岩石破裂面的总抗拉力。设计时予以分别计算，取三个锚固长度中的最大值。
由水泥浆与钢筋之间的握裹力所决定的锚固长度L，满足P≤πdLu即可。式中，P为单根锚筋的极限抗拔力，取值为P＝136778N；d为锚筋的直径，其值为d=22mm；u为水泥浆对钢筋的平均握裹力，一般取水泥标准抗压强度的10%，得u＝4.17N/mm2。反算得出：L＝475mm。
利用锚固体与岩石之间的极限侧阻力求锚固长度，只要满足P≤πDτL即可。式中，D为钻孔孔径，取42mm；τ为锚固段周边的抗剪强度，取τ＝1.2N/mm2，取P＝136778N。代入数据，可算出L＝864mm。经与握裹锚固长度比较，选用较大值，即验算864mm深处岩石破裂面总的抗拉能力是否满足。
掌子面为完整花岗岩，无需计算岩石破裂面的抗拉力，864mm锚固深度完全可满足要求。实际施工中，每个节点设置4根Φ22锚固钢筋，单根锚固长度500mm，总锚固长度2000mm，安全系数大于2，满足要求。
4．施工工艺、方法
4.1 施工工序
止浆墙施工工序为：掌子面引水→锚固筋安装→I20a主支撑梁安装→?80×3.5mm压杆安装→3015模板安装→混凝土浇筑→模板拆除。
4.2 掌子面引水
掌子面出水孔位，采用钢管引排，炮孔部位采用?42×3.5mm钢管，泄水孔采用?65×5mm钢管。引水钢管长度8m，插入出水孔3m，外漏5m，尾端安装闸阀。钢管插入后，周边采用软质材料封堵。
4.3 锚固筋施工
首先在掌子面按设计锚点测量放线，画出钻孔位置，然后采用YT28钻机钻孔，孔深50cm以上，向下倾斜2~3°，钻孔后采用高压风吹孔。吹孔后，每个固定点插入4根Φ22钢筋，采用A级植筋胶锚固。锚固12h后，采用拉拔仪对锚固筋进行检测，单根抗拉力不小于100KN。
4.4 I20a主支撑梁安装
I20a主支撑梁间距1.25m，先在每个主支撑梁位置延伸线安装4根Φ22锚杆，锚杆长度2m，插入岩体50cm，采用锚固剂锚固，尾端外漏40cm。最后将工字钢与锚杆焊接牢固，单面焊缝长度不小于15cm。
主支撑梁安装后，采用L型拉杆与锚固筋相连，拉杆直径22mm，外端与工字钢焊接，尾端与锚固筋焊接，单面焊缝长度不小于25cm。
4.5 ?80×3.5mm压杆安装
?80×3.5mm压杆间距75cm，压杆与I20a主支撑梁垂直，交叉处采用铁丝绑扎牢固，辅以点焊。两侧曲墙部位，根据现场实际，相应增加压杆数量(间距37.5cm)。
4.6 P3015模板安装
P3015模板自下而上进行安装，模板与压杆采用铁丝绑扎，在模板竖向位置，每隔50cm设置3~5处泄水孔，以排泄混凝土浇筑过程中的掌子面渗水。在曲墙部位，根据断面尺寸，对模板进行切割。模板安装过程中，底端留1.5×1.2人孔，待其余模板安装后予以封闭
4.7 混凝土浇筑
止浆墙采用C30混凝土，与衬砌混凝土同，泵送入模，控制浇筑时间不小于7h。混凝土浇筑过程中，不采用外部振捣。
5．结语
隧道施工中，牵涉结构设计的内容远少于桥梁施工作业，对于大模板工程，更加少见于隧道施工现场。文章结合秦岭隧洞7#洞帷幕注浆首循环止浆墙模板支架工程，因地制宜，在不采用外部支撑的情况下，利用隧道施工中常见的材料进行了模板支撑设计及混凝土浇筑施工，既降低了施工成本，又加快了施工进度，值得类似工程借鉴使用。
参考文献：
[1]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].中国计划出版社,2003
[2]JGJ162-2008,建筑施工模板安全技术规范[S].中国建筑工业出版社,2008
[3]JGJ166-2008,建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范[S]. 中国建筑工业出版社,2008
[4]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].人民交通出版社，2001
作者简介：
袁枫(1982-)，女(汉族)，吉林长春人，中铁十七局集团工程师，主要从事桥梁、隧道施工。
论文作者:袁枫
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/12
标签：锚固论文; 模板论文; 混凝土论文; 长度论文; 荷载论文; 应力论文; 弯矩论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;