隧道新型装配式中隔墙施工工法

隧道新型装配式中隔墙施工工法1.前言中国水电四局建个元高速公路TJ10标项目承建兴隆隧道为特长隧道，左线全长8840米，右线全长8843米，是红河州建水（个旧）至元阳高速公路项目的关键控制性工程，施工周期长，施工难度大。同时为便于施工及隧道后期运行管理，在隧道中后部花岗岩分布区布设有两条施工斜井，1#斜井全长1247m，综合坡度为9.42%；2#斜井全长917m，综合坡度9.53%。斜井在基于永临结合的设计思想，考虑通风效果、施工难度、工期要求等多方面因素，兴隆隧道创新性的采用“一斜井、四分割”的斜井断面形式，是国内特长隧道斜井通风方案中首次提出，此方案使斜井断面尺寸既能保证通风效果，又能辅助隧道主洞施工。兴隆隧道1#斜井“四分割”中隔墙原设计采用钢筋混凝土结构，尽管钢筋混凝土中隔墙技术已比较成熟，但仍有许多问题尚待解决。例如：施工过程比较复杂、工程进度较慢、施工质量不易把控、粗糙的墙面会显著增大通风阻力从而加大通风成本等。而钢波纹板材料是一种冷轧热卷钢板经波状成型后再通过热浸锌防腐工艺处理的板材，由于表面光滑、耐腐蚀、安装简便、制造和运输方便，钢波纹板近几年已被广泛运用于建筑工程、桥涵工程和隧道工程中。为解决钢筋混凝土中隔墙的不足，项目部科研小组经研究提出采用钢波纹板替代混凝土的新型中隔墙施工工艺，即装配式中隔墙施工技术，见图1.1。图1.1兴隆隧道1#斜井横断面布置图2.工法特点钢波纹板型中隔墙的特点主要体现在：一是施工的便捷性远高于钢筋混凝土，且生产、运输及安装一体化程度较高，且成型质量可控；二是施工步骤简单，施工周期远低于钢筋混凝土中隔墙，且施工安全性也得到了提高；三是在材料强度、变形及抗震性能方面优于钢筋混凝土封中隔墙，在运营期的安全性及可靠程度较高；四是人工成本、时间成本成本较低，环保效果较好。2.1施工便捷性优于钢筋混凝土结构传统混凝土结构，从混凝土构筑到投入使用的整个流程所涉及到的工序复杂，施工人员完成所有流程花费的施工时间非常多。可以说，传统建筑施工工期过长，受混凝土施工流程时间的影响非常大。钢筋混凝土隔墙施工步骤包括放线定位、钢筋绑扎、模板固定、混凝土运输及浇筑、拆模和养护，施工效率低下，不能满足特长隧道实际工期和投入运营节点要求。而钢波纹板材料重量较轻，为波纹板的安装、运输提供了便利的条件，且钢结构件是工厂规模化生产，可更加便捷地对隧道中隔墙进行针对性设计，加工精度高，成型速度快，有利于现场施工的精度控制。2.2较钢筋混凝土结构质量更易控制兴隆隧道原设计钢筋混凝土中隔墙厚度为300mm，斜井洞身衬砌施工时需预留钢筋以供中隔墙钢筋绑扎，但这种现浇混凝土中隔墙结构的缺点是：一是中隔墙高度大而厚度较薄，采用现浇方式非常不便，施工速度慢、成本高；二是中隔墙与隧道的连接处的混凝土浇筑质量很难保证，强度不够。而钢波纹板采用节段拼接的方式施工，相比传统钢筋混凝土结构施工需要立模、浇筑、拆模等工序，钢波纹板施工更加方便快捷。且相比钢筋混凝土的现场浇筑，钢波纹板的施工质量更易控制。2.3运营期的安全性及可靠程度较高通过钢波纹板隔墙在最大风压条件下产生的变形量是否在允许的范围内来进行验证其通风性能是否满足要求。通过ANSYS16.0有限元数值模拟进行验证分析得出刚波纹板隔墙产生的变形主要集中在中部，且最大变形出现在井口处，最大变形量为3.226mm。根据《钢结构设计规范》，在运营阶段钢波纹板围墙组合梁的最大允许挠度为8mm，由此可知钢波纹板围墙的横向稳定性可满足设计要求。同时通过ANSYS16.0中的Fluent模块建立钢波纹板隔墙模型，得出钢波纹板的风阻系数为3.74，而钢筋混凝土材料的粗糙度在25以上，可知钢波纹板隔墙的通风性能优于钢筋混凝土中隔墙，提高通风导洞的通风效率，从而降低通风风机的功耗。图2.3-2波纹板隔墙横向方向上集中作用力模拟结果2.4波纹板较混凝土隔墙投入成本低钢波纹板材料是采用标准化流水线生产，成批量安装施工，相比传统钢筋混凝土的施工，可节约大量人力、物力。且做为中隔墙材料，钢波纹板可采用多段同时施工的安装方式，从而大幅度降低时间成本。通过兴隆隧道斜井通风通道采用钢波纹板型隔墙在施工时间方面相比混凝土隔墙缩短80天（传统混凝土隔墙需要170天），且钢波纹板型隔墙在建设投入节省92.6万元（传统混凝土隔墙建设投入需1163万元）。3.适用范围本工法适用于特长隧道工程项目建设，为满足后期运营通常需设置通风通道，其一般采用混凝土隔墙将断面进行分割，以满足不同功能需求，其钢筋混凝土隔墙可用钢波纹板型隔墙进行替代。同时钢波纹板隔墙施工技术可简化用于临建料仓隔墙等，具有极强的可推广价值。4.工艺原理本工法主要是提出一种新型隧道中隔墙结构，通过新型模块化的波纹板隔墙单元拼接替代传统的钢筋混凝土中隔墙结构，以解决现有技术现浇混凝土隔墙结构存在的施工质量难以保证、施工进度慢、措施费用高等问题。其隧道新型装配式中隔墙施工工艺的工作原理为：前期准备过程中工字钢立柱涂刷防腐漆2遍→角钢通过膨胀螺栓固定在隧道衬砌顶与路面底部→涂刷防腐漆的工字钢通过隧道衬砌顶与路面底部的角钢采用焊接工艺进行牢靠处理→钢波纹板通过自攻钉固定在工字钢→整体波纹板中隔墙顶角采用L型波纹角条采用膨胀螺栓形式固定在衬砌顶部→波纹角条与波纹板采用炮钉方式固定在一起→钢波纹板底角通过设置M10砂浆进行底角封闭以杜绝相关水渗入腐蚀波纹板及工字钢材料→所有接缝处均采用环氧树脂进行密封以杜绝漏气。最终归纳总结形成一套隧道新型波纹板中隔墙建设工艺以取代传统的现浇钢筋混凝土中隔墙工艺。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程钢波纹板型隔墙施工工法其工艺流程为：前期准备→工字钢立柱→波纹板安装→防渗处理→防漏气处理。5.2具体实施方法如图5.2-1～图5.2-8所示前期准备过程中工字钢02立柱涂刷防腐漆2遍；角钢05通过膨胀螺栓04固定在隧道衬砌顶与路面底部；而后涂刷防腐漆的工字钢02通过隧道衬砌顶与路面底部的角钢05采用焊接工艺06进行牢靠处理；继而波纹板01通过自攻钉固定在工字钢02，波纹板01搭接上下搭接不少于30mm、左右搭接不少于30mm；整体波纹板中隔墙顶角采用L型波纹角条07采用膨胀螺栓形式09固定在衬砌顶部，而与波纹板采用炮钉方式08固定在一起；波纹板01底角通过设置M10砂浆03进行底角封闭已杜绝相关水渗入腐蚀波纹板及工字钢材料；期间所有接缝处均采用环氧树脂进行密封以杜绝漏气。1、首先根据施工图纸中工字钢的间距及横向距离，在隧道顶面和地面定出工字钢位置，斜井通风中隔板采用1025型1.2mm厚双层波纹板进行封闭，隔板内采用18型工字钢间距200cm进行加固（工字钢与连接部位通体采用防锈漆涂刷两遍以上），波纹板间缝隙采用密封胶进行封闭。2、工字钢位置的顶（衬砌顶面）、底面（路面）各打入2个12膨胀螺栓，利用膨胀螺栓把长度150mm的5号角钢固定在顶、地面上，同时角钢刷防锈漆两遍。3、工字钢立架时将腹板与角钢焊接牢固，清除焊接部位焊渣，刷防锈漆两遍。4、顶面交接处波纹板阴角密封做法：首先把1.2mm厚波纹板切割成宽度200mm的条状，然后利用折边机械加工成边长100mm的L型角条；把L型角条安装固定在顶面阴角处，角条利用炮钉固定在混凝土上，角条沿隔墙纵向通长布置；在角条与压型板接口处打环氧树脂胶密封。图5.2-2波纹板顶角采用L型角条进行密封5、底面接触处采用M10砂浆成三角区进行封闭，避免洞口雨水渗入。图5.2-3波纹板中隔墙内工字钢立柱涂刷2遍防锈漆图5.2-4波纹板中隔墙立柱及波纹板安装图图5.2-5波纹板中隔墙底角采用M10砂浆封闭避免外部雨水渗入图图5.2-6波纹板中隔墙顶面交接处波纹板采用炮钉封闭在混凝土上图图5.2-7波纹板连接缝隙采用环氧树脂进行封闭图图5.2-8钢波纹板型中隔墙整体结构示意图5.3实施效果图5.3-1传统方式钢筋混凝土隔墙表面粗糙且进度缓慢（其他隧道）图5.3-2波纹板型中隔墙施工简单快捷且表面光滑通风成本低（兴隆隧道）6.材料与设备6.1主要材料斜井波纹板隔墙施工所需材料配备表见表6.1。表6.1施工材料配置表序号名称单位数量备注1波纹板平53200波纹板封闭2工字钢吨289工字钢立柱3环氧树脂千克24接缝密封4卷扬机3t台15钢筋弯曲机GW40台16.2主要机械设备斜井波纹板隔墙施工主要机械设备表见表6.2。表6.2机械设备配置表序号名称单位数量备注1升降机台2工字钢立柱及波纹板安装2载重汽车台1材料运输及卸运7.质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1材料采购与进场管理：首先做好材料设备选样报批工作，对于选定的材料设备要及时对材料设备样进行封存。根据材料设备样板、选定的材料设备厂商，进行材料设备定货。材料设备定货计划要根据施工图纸要求及现场实际尺寸进行编制。材料设备进场严格执行检验制度，对照材料设备计划检查材料设备的规格、名称、型号、数量，看是否有出产品合格证、材料检验报告，把好材料质量关。7.1.2材料使用完毕要及时清理、回收，不得浪费材料。材料管理人员应做好材料收发存台账，及时收集材料的材质证明及产品合格证。材料搬运和贮存应按搬运储存规定进行，并应建立出入库台账；对材料、半成品、构配件进行分类堆放并进行有效标识。7.2机械设备质量控制7.2.1优先采用国内设备及离工程所在地较近且便于采购或租赁的设备。配置高效、环保性能好的机械设备，保证工程所需材料、半成品能及时运输至施工点，同时减少对周边环境的影响。7.2.2设备进场验收：对所有投入使用的施工机械设备或器具，在进场时严格按照企业有关管理程序，结合工程实际情况进行性能验收，对不符合要求的设备及时采取维修或清退更换处理。8.安全措施8.1本工法实施过程中严格执行国家“三规一标”（即《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）、《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）、《建设工程施工现场消防安全技术规范》（GB50720-2011）、《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011））和省、市、企业制定的施工现场及专业工种安全技术操作规程。8.2施工负责人须对全体工作人员进行有针对性的安全技术交底教育，认真作好教育记录，全体操作人员签字确认。8.3使用焊接的施工作业中应用石棉被或不燃物品接住火花，防止引燃可燃物品。8.4特种作业人员需持证上岗。8.5高空作业人员必须系好安全带，扣好安全扣。8.6拆除区域应设立围栏，挂警告牌，并派专人监护，严禁无关人员进入或逗留。9.环保措施文明施工是建筑施工形象的窗口，是施工现场综合管理水平的体现，贯穿于项目施工管理的始终，文明施工不仅涉及项目每位员工的生产、生活及工作环境，更主要的是对周围环境及居民的影响。为保证工程施工过程顺利进行，加强建设工程施工的现场管理，促进安全生产、文明施工；改善工地环境、提高劳动生产率，使现场工作规范化、制度化、科学化，不断提高企业的信誉，树立企业形象，我单位在该工程施工中贯彻文明施工的要求，推行现代化管理方法，科学组织施工，做好施工现场的各项管理工作。9.1扬尘控制措施施工现场车辆出入口处设置车辆冲洗及沉淀池，对进出车辆采取冲洗等措施确保车身、轮胎不带泥土，防止污染道路和环境。9.2施工固体废弃物控制措施建筑垃圾按要求运往指定垃圾场处理，需临时堆放时予以遮盖和围挡。9.3水土保持措施对施工临时用地，施工结束后应及时进行土地整治，考虑表土回填以利复耕或进行绿化恢复；尽量缩短施工周期，减少疏松地面的裸露时间，合理安排施工时间，尽量避开雨季和汛期；弃土、弃渣的堆放，要先建设拦挡墙及排水设施，后堆放弃渣，堆放结束后开始布置植物措施。10.效益分析10.1结构形式施工对比采用传统钢筋混凝土隔墙：机械化程度低；易出现爆模等质量问题，质量稳定性差；粗糙混凝土使得通风风阻增加进而通风成本加大；钢筋混凝土隔墙施工步骤包括放线定位、钢筋绑扎、模板固定、混凝土运输及浇筑、拆模和养护，工序繁琐，施工不便。采用新型钢波纹板型隔墙：机械化程度高；可标准化、流程化作业，构件工厂化预制，质量可控；波纹板表面比混凝土表面光滑，通风效率较高；钢波纹板隔墙流程仅为工程制作、实地安装、钢板铺设，流程缩短一半。10.2经济社会效益分析经营绩效：通过兴隆隧道斜井通风通道采用钢波纹板型隔墙在施工时间方面相比混凝土隔墙缩短80天（传统混凝土隔墙需要170天），且钢波纹板型隔墙在建设投入节省92.6万元（传统混凝土隔墙建设投入需1163万元）。社会责任绩效：中国水电四局建个元高速公路TJ10标项目特长兴隆隧道斜井隔墙改变传统混凝土中隔墙结构采用钢波纹板型结构，其能够在保证施工质量的同时，降低施工劳动强度，提高施工效率。综上知钢波纹板型隔墙可为兴隆特长隧道通风斜井隔墙施工建设提供更加高效、安全、经济的方案，可预测钢波纹板型隔墙将成为未来隧道隔墙建设的趋势。同时将该钢波纹板型隔墙施工技术可进行简化用于临建设施隔墙等，如拌合站储料区隔墙。目前该钢波纹板隔墙工艺已在中国水电四局其他项目临建工程中进行使用，工艺简单快捷，效果良好。11.应用实例11.1建个元高速公路兴隆隧道斜井隔墙本工法应用于中国水电四局建个元高速公路TJ10标项目兴隆隧道通风斜井中隔墙施工。该工法在兴