厦沙高速A8标秀村隧道16m二次衬砌台车施工方案.docx
《厦沙高速A8标秀村隧道16m二次衬砌台车施工方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《厦沙高速A8标秀村隧道16m二次衬砌台车施工方案.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
厦沙高速A8标秀村隧道16m二次衬砌台车施工方案
中铁隧道股份有限公司
厦沙高速公路（三明段）A8合同段
秀村隧道16m二次衬砌台车实施方案
编制：
年月日
审核：
年月日
批准：
年月日
中铁隧道股份有限公司厦沙高速公路A8项目部
二0一四年十月二十五日
秀村隧道16m二次衬砌台车实施方案
一、工程概况
1、工程简介
厦沙高速A8标承担秀村隧道出口端左线3819m，右线3825m，本隧道均处于直线段，纵向坡度为-1.9%，衬砌类型为C25模筑衬砌，V级围岩衬砌厚度45cm（11.23m3/m），Ⅳ级深埋围岩35cm（8.2m3/m），Ⅲ级围岩30cm（7.04m3/m）、Ⅱ级围岩30cm（7.04m3/m），本隧道属特长隧道，工期紧任务重，为加快施工进度，提高工作效率，降低施工缝渗漏水风险，项目部拟打破传统12m衬砌台车思路，拟采用16m衬砌台车一次浇筑成环。
2、隧道衬砌内轮廓
主洞衬砌内轮廓根据建筑限界要求以及电缆沟、排水沟、隧道通风需要以及机电设施等所需空间尺寸确定了衬砌内轮廓断面型式。
隧道主洞设计拱高696.9cm，上半圆半径为550cm的三心圆曲边墙结构，净空面积（含仰拱）76.07m2；紧急停车带设计拱高753.9cm，衬砌内轮廓净宽1334cm,净空面积105.32m2。
二、衬砌方案
右线衬砌模板台车采用16m长液压自行钢模台车拱墙一次性衬砌。
砼由全自动搅拌站拌制而成，砼搅拌运输车运送至浇筑现场，砼输送泵泵送砼入模，采用插入式及附着式振捣器对砼进行振捣。
砼强度达到8MPa方可脱模，脱模后采用喷雾或洒水方式养护至少14天。
隧道进洞前，模板台车在洞口装配，台车安装采用吊车配合人工方式组装。
衬砌施作时，施工用风水管随台车前进置于台车下部。
通风风管置于台车中部一侧；根据总体考虑秀村隧道右线二次衬砌台车主洞正常段采用16m液压衬砌台车，紧急停车带采用10m台车，待施工紧急停车带时在洞内组装；根据工程量及进度综合考虑，左右线两个隧道共4台台车，右线采用16m台车1台、加宽段10m台车1台，左线12m台车1台（传统台车）、加宽段10m台车1台。
表116m台车砼浇筑方量表
序号
围岩级别
单位
延米砼方量
每组衬砌方量
备注
1
V级
M3
11.23
179.68
2
Ⅳ级深埋
M3
8.2
131.2
3
Ⅲ级
M3
7.04
112.64
4
Ⅱ级
M3
7.04
112.64
为避免台车在浇筑过程中出现位移或上浮，充分利用台车上、中、下三层窗口，分层对称浇筑混凝土，在泵送过程中严格控制时间，避免因灌注速度过快出现爆模现象。
因秀村隧道纵向坡度为1.9%，考虑台车比传统12m台车长出4m，在砼浇筑时砼将随台车坡度向低端处挤压，避免低端处台车受压过大影响稳定性，因此在台车设计中台车低端位置左右侧各增加2个底座支撑杆，以提高台车稳固性。
三、16m衬砌模板台车
1、模板台车设计概况
模板台车安装调试完毕，整个台车依靠底纵梁两端行走机构及梁底部支撑螺杆传力到预先灌注好的仰拱底面上。
设计该台车适用于股份厦沙高速16m台车衬砌，衬砌轮廓半径R1=5500mm，钢轨型号为43Kg/m（H=140mm）。
台车中心高7092mm，模板高7507mm。
台车长度18600mm，衬砌混凝土灌注平均厚度按0.35米计算，一次浇注成型。
混凝土标号C25。
模板台车结构图如下图所示。
计算参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。
2、荷载计算
（1）荷载计算
一环模板上部垂直荷载
永久荷载标准值：
a、上部钢筋混凝土自重标准值：
2×0.4×17.7×25＝354KN
b、模板自重标准值：
2×17.7×0.01×78.5＝27.8KN
c、腹板自重标准值：
17.7×（0.32×0.012+0.28×0.012）×78.5＝10KN
d、模板纵向加强部件自重：
68×2×0.0067×78.5＝71.5KN
e、模板下部支撑部件自重：
（18+2×2）×0.0105×2×78.5＝36.27KN
可变荷载标准值：
a、施工人员及设备荷载标准值：
2.5KN/m2
b、振捣混凝土时产生的荷载标准值：
2.0KN/m2
图116m衬砌台车结构主视图
图216m衬砌台车结构侧视图
一环模板中部侧向荷载
永久荷载标准值：
a、新浇注混凝土对模板侧面的压力标准值：
＝0.22×25×8×1.2×1.15×10.5＝60.6KN/m2
＝25×3.3＝82.5KN/m2
取两者中的较小值，故最大压力为60.6KN/m2
有效压力高度h＝2.42m
换算为集中荷载：
60.6×2.42×2/2＝146.6KN
其中：
F——新浇混凝土对模板的最大侧压力；
——混凝土的表观密度；
——新浇混凝土的初凝时间；
——混凝土的浇筑速度；
——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度；
——外加剂影响修正系数；
——混凝土坍落度影响修正系数
——有效压力高度。
可变荷载标准值：
a、倾倒混凝土荷载值：
2.0KN/m2
b、振捣混凝土时产生的荷载标准值：
4.0KN/m2
（2）荷载组合
1）组合1恒载↓×1.2＋活载↓×1.4
2）组合2恒载↓×1.0＋活载↓×1.0
3、模板台车结构设计计算及校核
模板的作用是保持隧洞衬砌混凝土浇筑的外形及承担混凝土浇筑载荷。
模板主要由面板、弧形腹板、支撑角钢、立筋板、活动铰接机构构成，活动铰接机构将衬砌圆弧安装一定比例分成几段模板，纵向模板间利用螺栓连接成整体。
A）设计假定：
面板弧形腹板按照双铰接耳板设计，最大正负弯矩区采用加强措施；面板按四边支撑或三边支撑一边自由板计算。
B）荷载及其组合：
顶拱钢模面板的计算荷载包括设计衬砌混凝土浇筑荷载、允许超挖及局部过大超挖部分的混凝土浇筑荷载和面板的自重等。
设计面板计算理论载荷：
q=q0+q1+q2+q3+q4+q5
其中：
q—面板计算载荷
q0—面板自重，按照初选面板厚度计算；
q1—设计衬砌混凝土荷载，q1=γh
γ—钢筋混凝土容重
h—设计衬砌厚度；
q2—允许超挖部分的混凝土载荷（按允许0.2—0.3m计）
q3—局部过大超挖部分回填的混凝土荷载（不包括允许超挖部分），为1.2m。
q4—同q3，加载部位异常；
q5—混凝土侧压力。
q5=γR，+C
R，—内部插入震捣器影响半径，采用0.75m；
C—混凝土入仓对模板的冲击力，目前，设计中采用0.2tf/m2。
；
荷载
荷载组合
q0
设计衬砌混凝土q1
允许超挖部分回填q2
局部过大超挖回q3
同q3,加载部位有q4
混凝土侧压力q5
面板
q1+q2+q3
弧
形
板
设计情况I（顶拱浇筑完时）
q0+q1+q2
设计情况II（侧墙浇筑到顶拱时）
q5
校核情况I（中间1/4跨有局部超挖时）
q0+q1+q2+q4
校核情况II（半跨有局部超挖时）
q0+q1+q2+q3
（1）模板面板计算
面板是以筋板为支座的连续梁，可简化为五跨连续梁进行计算。
按照荷载组合1，取1m宽的板条计算：
图3面板计算简图
对拱顶面板：
q＝1.2×1.0×（25×1.0+78.5×0.01）+2.0×1.4＝33.6KN/m
对侧墙面板：
q＝1.2×1.0×60.6+6.0×1.4＝81.12KN/m
取侧墙模板进行验算，取荷载调整系数0.85，有：
q＝81.12×0.85＝68.95KN/m
故：
Mmax＝0.105ql2＝0.105×68.95×0.282＝0.57KN.m
模板钢材Q235，10厚钢板的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=1.6×10-5m3；
I=8.3×10-8m4
所以有：
强度验算：
＝90.4N/mm2<
=215N/mm2安全
刚度验算：
＝0.644ql4/100EI
＝0.644×66.0×0.2864/（100×2.06×105×1.8×10-8）
＝0.77mm<
/250=1.1mm
故：
刚度满足要求
根据计算结果，钢模板面板适合采用10mm厚的钢板。
（2）模板筋板计算
横向筋板布置按280mm考虑，计算简图如下：
图4肋板计算简图
故：
Mmax＝0.125ql2＝0.125×68.95×0.282＝0.67KN.m
模板钢材Q235，100×63×10钢板的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=11.74×10-6m3；
I=7.103×10-7m4
所以有：
强度验算：
＝155.5N/mm2<
=215N/mm2安全
刚度验算：
＝5ql4/384EI
＝0.3mm<
/280=1.1mm满足要求
（3）腹板计算
顶模腹板采用Q235δ12厚钢板，宽度320mm，边模腹板宽度400mm，纵向加强筋采用钢板及90×56×6的角钢，中心间距280mm。
荷载为模板荷载和自重。
a、对于边模腹板，考虑中间支座作用，采用ANSYS分析内力如下：
图5边模的弯矩图和剪力图
最不利的弯矩和剪力为：
＝10326N.m
=26975N
边模弧板的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=1.8×10-4m3；
I=2.7×10-5m4
所以有：
＝49.9N/mm2<
=215N/mm2安全
=50.0N/mm2<
=125N/mm2安全
图5边模的位移图
采用组合1计算结果：
刚度验算：
＝8.25mm<
/280=24.3mm满足要求
b、对于顶模腹板，采用ANSYS分析内力如下：
图7顶模的弯矩图和剪力图
最不利的弯矩和剪力为：
＝3802N.m
=13698N
顶模弧板的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=7.2×10-4m3；I=2.16×10-4m4
所以有：
＝25.2N/mm2<
=215N/mm2安全
=35.2N/mm2<
=125N/mm2安全
图8顶模的位移图
采用组合1计算结果：
刚度验算：
＝0.54mm<
/280=29.7mm满足要求
（4）模板支架的计算
模板支架按照钢框架结构计算，荷载见“二荷载计算”，钢材Q235，门架横梁截面尺寸750×300mm，上下面板δ14，立板为δ10。
门架横梁钢的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=1.27×106mm3；I=2.17×108mm4；
立柱截面尺寸390×300mm，结构为HM型材，上下面板δ16，立板为δ10。
门架立柱的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=1.27×106mm3；I=2.17×108mm4；
图9支架计算简图
采用SAP2000计算，组合2计算结果如下：
图10支架弯矩图
图11支架剪力图
图12支架轴力图
位置
弯矩（KN.m）
剪力（KN）
立柱顶
88.9
79.7
立柱中
37.0
18.4
立柱下
58.3
43.0
横梁端部
88.9
158.9
横梁边
66.4
151.7
横梁中
9.7
83.3
斜撑
5.6
1.2
a、立柱计算
对各点进行受力验算，立柱最不利的弯矩和剪力、轴力为：
＝88900N.m
=79700NN＝159430N
所以有：
=16.0N/mm2<
=125N/mm2安全
10.2+14.8N/mm2<
=215N/mm2安全
采用组合1计算结果：
刚度验算：
＝1.6mm<
/280=18mm满足要求
b、横梁计算
对各点进行受力验算，横梁最不利的弯矩和剪力、轴力为：
＝88900N.m
=158900NN＝79740N
所以有：
6.6+27.6N/mm2<
=215N/mm2安全
=31.9N/mm2<
=125N/mm2安全
采用组合1计算结果：
刚度验算：
＝1.2mm<
/280=22mm满足要求
对横撑进行受力计算，结果满足要求。
（5）底部大梁的计算
大梁按照简支梁结构计算，不考虑中间支座作用。
大梁截面500×500mm，上下面板δ20，立板为δ16，钢材Q235，底梁的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=2.5×106mm3；
I＝5.03×108mm4；
图13大梁计算简图
采用SAP2000计算，组合2计算结果如下：
图14底部大梁弯矩图
图15底部大梁剪力图
最不利的弯矩和剪力、轴力为：
＝1554620N.m
=519790N
所以有：
＝397.6N/mm2>
=215N/mm2
=233.0N/mm2>
=125N/mm2不安全
采用组合1计算结果：
刚度验算：
＝67.8mm<
/280=40mm不满足要求
整体稳定性验算：
＝1554620/（1.6×3400）>
=215N/mm2
如果考虑底梁下的千斤顶的支座作用，结构是满足要求的；如果不考虑支座作用，结构靠整个大梁受力，则需加大底梁截面。
因此，台车结构设计中在底纵梁与行走路面间每侧增加了8个底支撑螺杆，所以增加螺杆后，计算强度为：
＝66.3N/mm2＜
=215N/mm2
=38.8N/mm2＜
=125N/mm2安全
综上受力计算所述，该16m台车结构的刚度和强度能满足秀村隧道断面二次衬砌施工。
四、16m台车使用优点
1、因本隧道工期极为紧张，在Ⅱ、Ⅲ级围岩地段平均开挖进度需保证每月210m方可满足工期需求，根据以往施工经验，在正常情况下衬砌每2天施作1个循环，如果按照12m台车制作施工进度180m/月，今后将会出现步距超标现象（规范要求步距200m），可能造成掌子面停工现象；如果按16m台车定制，按每2天施工1个循环，每月可保证240m，因此可满足工期需要，提高了施工效率，降低人工费。
2、可减少施工缝设置，按照单洞全隧3825m计算，如按12m台车施工，施工缝需设置约320处，按照16m台车施工，施工缝设置只需240处，减少80处，将有效减少施工缝数量，降低施工缝渗漏水风险，提高整体外观质量。
3、通过隧道股份机械制造公司对16m台车受力计算，完全可以满足施工质量、安全需要。
4、16m台车采用新工艺固定钢板加固止水带方式进行，将有效提高止水带施工质量，以提高施工缝防渗漏水效果。
综上述优点，项目部建议秀村特长隧道采用16m衬砌台车组织衬砌施工，请业主、总监办领导核准使用。
附：
16m衬砌台车加工图
中铁隧道股份厦沙高速A8标项目部
2014年10月25日
升级会员 