浅谈大跨铁路隧道斜切帽檐式洞门施工技术.doc

浅谈大跨铁路隧道斜切帽檐式洞门施工技术
尹忠辉
（中铁隧道股份有限公司 福建泰宁 354400）
摘要：铁路隧道的洞门形式多种多样，各种洞门适用于不同的隧道形式，本文主要介绍了斜切帽檐式隧道门的施工方法，此种洞门主要适用于洞口只有短浅路堑或无路堑的情况，本文主要总结了斜切帽檐式隧道门的帽檐轮廓线的控制方法，以期为类似工程的施工提供借鉴。
关键词： 铁路隧道 洞门帽檐 空间轮廓
0 引言
随着国内铁路市场的扩大化以及各大城市客流量的增加，大跨铁路隧道逐渐成为铁路隧道的主导形式，不同形式的隧道采用不同方式的隧道洞门，一般有端墙式、耳墙式、斜切式、斜切喇叭口式、斜切帽檐式等多种隧道门，由于泰宁隧道出口只有短浅路堑，且仰坡坡度较陡，斜切帽檐式隧道门比较适用。
1 概况
新建向莆铁路泰宁隧道地处福建省西部低山区，自然坡度30～35°，植被发育。进口位于山坡半坡，出口坡度较缓，进出口地面标高分别为387.35、377.5，隧道设计范围为DK243+086～DK252+900，全长9814米。隧址区内沟谷深切，植被发育，乔木、灌木、杂草荆棘丛生。泰宁隧道位于低纬度带，气候温和、雨量充沛，属亚热带气候，年平均气温最高24.57℃，最低15.2℃。最热为7月份，月平均气温34.17℃，最冷为1月份，月平均气温5.2℃。每年11月至次年1月为霜期，年平均无霜期292天。年平均降雨量1799.3mm，3～6月为雨季，平均降雨量1043.1mm，占全年降雨量的58%[1]。
2 隧道门设计与展示
泰宁隧道出口只有短浅路堑，设计采用斜切帽檐式隧道门，该隧道门适用于洞门前无路堑或仅有短、浅路堑，或洞口边仰坡有落石掉块可能地段，斜切帽檐式隧道洞门结构系在洞口衬砌斜切面加设一斜切椭圆台（环）面帽檐构筑而成，该椭圆台面以衬砌斜切椭圆面为底面，其轴线通过底面椭圆中心并与之垂直。斜切帽檐式隧道门如图1所示。

图1 斜切帽檐式隧道门展示图
3 斜切帽檐式隧道门的施工步骤
3.1 洞门系衬砌及斜切面的施工
泰宁隧道洞门系共16米长，除帽檐外其他部分的施工方式与明洞衬砌相同，由于泰宁隧道衬砌模板台车长12米，所以洞门系不能一次整体浇注，在施做帽檐之前必须先将斜切衬砌段施工完毕，明洞施工时内模利用模板台车，外模利用木板拼接，首先进行台车定位与加固支撑，然后按设计要求绑扎洞门钢筋，施工时先将环向主筋安装到位，与模板台车间用5cm厚C35混凝土预制垫块支撑，保证钢筋保护层符合设计要求，内层主筋安装及纵向分布钢筋安装完毕后涂刷隔离剂，涂刷时用毛巾蘸少量液体，擦拭台车表面，保证涂刷均匀且不污染衬砌钢筋[3]。
以上工序完成后安装上层钢筋，此时将第一层钢筋作为工作平台（因此内层钢筋纵向分布筋必须加强绑扎，确保能承受上层钢筋施工时的所有荷载），箍筋在纵向与环向钢筋交叉的每个节点设置，以箍筋长度控制层厚，保证钢筋弧度圆顺，层厚均匀，绑扎钢筋时应注意纵向预留帽檐接茬钢筋，以备帽檐钢筋绑扎时连接用，使帽檐与洞门紧密的连接在一起。
然后按照坐标将衬砌斜切面内外两条轮廓线A、C放样到模板台车上，注意轮廓线C的坐标应该换算成垂直模板台车的投影坐标，衬砌外层模板必须拼装紧密，局部由于模板欠缺造成的部分空洞在灌注混凝土前用破布或土工布废料堵塞严密，防止灌注混凝土时由于泵送混凝土压力较大造成严重漏浆或者造成跑模现象，外模支立完毕后的加固工作非常重要，由于泵送混凝土的压力大，外模无外部自然支撑，仅靠人为加固，整个外模应紧密设置加固筋，每根加固筋应与衬砌主筋焊接牢固，外模除布设垂直方向的加固筋外，还应设置环向加固筋，环向加固筋的纵向间距不应超过25cm，钢筋不应小于φ16螺纹钢筋[3]。
外模支立的过程中分层按照A、C轮廓线坐标点封闭衬砌斜切面，并与外模一起加固，最后形成整体封闭的空间，利用模板台车投料窗进行混凝土灌注，混凝土灌注时，不应过快，随时观察外模的动向，是否漏浆，是否跑模，若个别点存在漏浆现象应立即停止泵送混凝土，将漏浆处封堵严密后继续灌注 [3]，切忌急躁。
3.2 帽檐立模
1）模板的选择
由于帽檐的四条轮廓线全为坐标控制，若使用组合钢模型存在较大困难，一是加工困难，轮廓把握不准，二是安装困难，很难与洞门斜切面紧密连接。 鉴于以上情况，采用木模板拼装帽檐，考虑到帽檐的外观效果，建议使用竹胶板，外嵌普通木模板加固。
2）立模的理念
帽檐施工最关键的就是模板的支立，由于帽檐的B、D轮廓线变化复杂，给立模带来极大困难，其控制的方法与衬砌斜切面的A、C轮廓线控制方法是一样的，即将B、D轮廓线的坐标放样到模板台车上，部分坐标点不能放样到台车上只能放样到已施工完毕的衬砌段上，施工时，先支立内弧模板，再绑扎帽檐双层钢筋，然后支立外弧模板并加固。
3） 坐标换算
控制帽檐的全是三维坐标，无法直接用来指导模板支立，在控制B、D轮廓线时，将设计三维坐标引申到模板台车上，坐标点很多，不同位置的坐标引申方式不同，对于轮廓线B，拱部控制设计坐标的z和x（z是从隧道洞门口向洞内的距离，x是坐标点与隧道中线的距离），立模时通过移动高程y即可定位设计坐标点，两侧起拱线位置放样时控制设计坐标的z，立模时通过移动x、y来定位设计坐标点，两侧拱墙位置放样时控制设计坐标的z、y，立模时通过移动x来定位设计坐标点；对于轮廓线D，拱部控制设计坐标的z和x，立模时通过移动高程y即可定位设计坐标点，两侧起拱线及拱墙位置放样时控制设计坐标的z，立模时通过移动x、y来定位设计坐标点。
帽檐原三维坐标如表1所示
帽檐轮廓线坐标控制示意图如图2所示
4） 内弧模板支立
内弧模板支立之前，先参照帽檐内轮廓线的点位，利用事先准备好的普通木板拼出轮廓线形状，预留轮廓线控制模板的位置，普通木板不易过宽，一般控制在10cm以内，这样做可以避免直接支立轮廓控制模板时造成模板以折线相接，从而导致帽檐的弧面呈现折面，影响外观效果。拼出轮廓线形状后，开始支立轮廓控制模板，该模板利用大张竹胶板，尽量减少接缝数量，整个内弧控制模板支立完毕后，利用白水泥掺细砂拌制成的砂浆将控制模板的接缝抹平，这样可以避免漏浆和利用胶布粘贴造成的印痕。
表1：洞门结构轮廓线坐标(X、Y、Z)
A
B
C
D
X
Y
Z
X
Y
Z
X
Y
Z
X
Y
Z
630.0
0.0
-80.0
631.2
0.0
0.0
731.0
0.0
-80.0
745.6
0.0
0.0
650.2
80.0
-160.0
664.8
107.4
-80.0
731.0
80.0
-160.0
748.1
93.8
-80.0
659.9
160.0
-240.0
683.7
214.7
-160.0
731.0
160.0
-240.0
750.6
187.6
-160.0
659.6
240.0
-320.0
689.0
322.1
-240.0
729.7
240.0
-320.0
752.7
281.4
-240.0
649.1
320.0
-400.0
681.3
429.4
-320.0
720.3
320.0
-400.0
747.2
375.2
-320.0
628.0
400.0
-480.0
659.9
536.8
-400.0
701.4
400.0
-480.0
731.2
469.0
-400.0
595.1
480.0
-560.0
623.4
644.1
-480.0
672.3
480.0
-560.0
703.8
562.8
-480.0
548.4
560.0
-640.0
569.2
751.5
-560.0
631.4
560.0
-640.0
663.7
656.5
-560.0
484.2
640.0
-720.0
491.6
858.8
-640.0
576.4
640.0
-720.0
608.5
750.3
-640.0
391.9
721.6
-801.6
376.7
966.2
-720.0
473.0
746.8
-826.8
533.9
844.1
-720.0
278.5
788.3
-868.3
299.3
1016.1
-757.2
340.4
835.9
-915.9
426.1
940.5
-802.2
145.5
833.4
-913.4
208.4
1057.4
-788.0
179.7
897.2
-977.2
299.0
1016.1
-866.7
0.0
849.5
-929.5
107.1
1084.7
-808.3
0.0
919.5
-999.5
154.9
1065.4
-908.7
-145.5
833.4
-913.4
0.0
1094.3
-815.4
-179.7
897.2
-977.2
0.0
1082.7
-923.5
-278.5
788.3
-868.3
-107.1
1084.7
-808.3
-340.4
835.9
-915.9
-154.9
1065.4
-908.7
-391.9
721.6
-801.6
-208.4
1057.4
-788.0
-473.0
746.8
-826.8
-299.0
1016.1
-866.7
-484.2
640.0
-720.0
-299.3
1016.1
-757.2
-576.4
640.0
-720.0
-426.1
940.5
-802.2
-548.4
560.0
-640.0
-376.7
966.2
-720.0
-631.4
560.0
-640.0
-533.9
844.1
-720.0
-595.1
480.0
-560.0
-491.6
858.8
-640.0
-672.3
480.0
-560.0
-608.5
750.3
-640.0
-628.0
400.0
-480.0
-569.2
751.5
-560.0
-701.4
400.0
-480.0
-663.7
656.5
-560.0
-649.1
320.0
-400.0
-623.4
644.1
-480.0
-720.3
320.0
-400.0
-703.8
562.8
-480.0
-659.6
240.0
-320.0
-659.9
536.8
-400.0
-729.7
240.0
-320.0
-731.2
469.0
-400.0
-659.9
160.0
-240.0
-681.3
429.4
-320.0
-731.0
160.0
-240.0
-747.2
375.2
-320.0
-650.2
80.0
-160.0
-689.0
322.1
-240.0
-731.0
80.0
-160.0
-752.7
281.4
-240.0
-630.0
0.0
-80.0
-683.7
214.7
-160.0
-731.0
0.0
-80.0
-750.6
187.6
-160.0

-664.8
107.4
-80.0

-748.1
93.8
-80.0

-631.2
0.0
0.0

-745.6
0.0
0.0
说明：1、坐标单位以厘米计。
2、坐标x，y轴方向如附图所示，z轴指向大里程方向。
3、洞门结构沿隧道中轴面（图中Y-Z面）对称。

图2 帽檐轮廓线坐标控制示意图
3.3 钢筋绑扎
帽檐钢筋为双层钢筋，主筋为Φ16螺纹钢筋，箍筋为φ8盘条，设计规定洞门受力钢筋接头宜设置在受力较小处，受拉钢筋宜采用套筒机械连接方式，其他钢筋可采用绑扎搭接，洞门拱部及边墙钢筋接头不得采用焊接，帽檐钢筋分布较复杂，钢筋分布很密集，给套筒机械连接带来很大的困难，帽檐钢筋的布置见图3 钢筋布置正视图，图4 钢筋布置侧视图，图5 帽檐主筋展示图。

图3 钢筋布置正视图

图4 钢筋布置侧视图

图5 帽檐主筋展示图
3.4 外弧模板支立与加固
帽檐内弧模板与钢筋绑扎完毕后，利用同样的方法支立外弧模板，内外弧模板中间加设对拉螺栓，并在环向加设三道加固钢筋，加固钢筋不得小于Φ16螺纹钢筋，在封堵帽檐顶部模板时，注意每隔两米预留投料口，每个投料口在投料完毕后可以很容易的封闭。帽檐模板见图6 帽檐模板展示图
3.5 混凝土灌注
由于帽檐内外弧模板均无自然支撑，所以人为支撑必须稳固牢靠，混凝土施工时，必须控制灌注速度与振捣强度，并随时观察模板是否变形，模板与台车、衬砌混凝土接触处为薄弱点，容易漏浆，混凝土灌注前应准备大量的土工布边角料或废抹布，漏浆时及时封堵，在不影响混凝土强度的前提下，尽量放慢灌注速度，每个投料口填满混凝土后应停顿一段时间，但不能超过混凝土的初凝时间[3]，帽檐混凝土应加强养护。帽檐成型见图7 斜切帽檐式隧道门展示图
4 结束语
斜切帽檐式隧道门在以往施工的隧道中很少见，许多隧道施工人员对这种隧道门不熟悉，操作起来找不到头绪，由于本人同样是初次接触斜切帽檐式隧道门的施工，经验不足，仅将施工中的一点体会写出来，希望能给以后类似隧道门施工带来帮助。另外，在利用组合钢模板加工帽檐方面应进一步进行研究，毕竟利用木模板拼装过程较复杂，费时费力。

参考文献：
［1］中铁第四勘察设计院集团有限公司.泰宁隧道设计图.向莆施图（隧）27［R］.武汉.2008.
［2］中铁第四勘察设计院集团有限公司.双线隧道洞门参考图.向莆隧参01（W）.武汉.2009.
［3］中铁第四勘察设计院集团有限公司.双线隧道复合式衬砌参考图.向莆隧参02（W）.武汉.2009.
作者简介：尹忠辉，男，1982年出生，汉族，辽宁省大连市，2005年毕业于辽宁工程技术大学环境工程系，本科学历，助理工程师，从事铁路隧道、桥梁、涵洞、路基以及公路隧道等综合类工程的施工工作，曾参加过石忠高速公路吕家梁隧道、赤大白地方铁路、新建向莆铁路的建设。

图6 帽檐模板展示图

图7 斜切帽檐式隧道门展示图