建筑行业隧道锚预应力定位支架整体滑移入洞就位施工工法

隧道锚预应力定位支架整体滑移入洞就位施工工法1前言1.0.1由于悬索桥大的跨越能力以及美观性，近来年我国悬索桥建设越来越多，悬索桥锚碇预应力锚固系统施工是悬索桥施工重点控制内容之一，如何加快预应力锚固系统的施工进度、如何确保预应力定位支架的施工质量一直是建设者们研究的课题。1.0.2重庆市江津白沙长江大桥工程是中建总公司科研立项项目，在白沙长江大桥隧道锚施工前，专门对隧道锚预应力锚固系统的施工进行了研究，提出了预应力定位支架整体滑移入洞就位施工方法，在实际施工中按照此方法加快了施工进度、节约了成本，确保了预应力定位支架的控制精度，技术可靠，效果明显，具有很好的推广性。2工法特点2.0.1装配化施工锚碇预应力定位钢架在钢结构加工场将各个杆件组装成片架，然后片架运至隧道锚洞口前场地组成空间桁架，利用吊车分段吊装。2.0.2定位精度高定位支架在钢结构加工场标准化生产、标记，组装精度高；吊装时组组装成空间桁架，整体刚度大，不易扭曲；洞口安装前精确测量，能保证预应力管道定位精度高。前锚面通过发明小工具精确调整，前锚面孔道中心及角度满足规范要求。2.0.3操作方便定位支架钢结构在车间加工、组装，避免了隧道内安装时光线不好、场地受限、机械设备无法使用等问题，洞外拼装更加方便可靠。2.0.4安全可靠将洞内作业风险转移，洞外拼装环境好，安全风险小，桁架分节段整体滑移施工技术成熟，安全风险可控。2.0.5施工进度快洞外场地平整，空间大，钢桁架施工进度快，在洞内主要进行桁架连接与固定工作，工作量大大减小。隧道锚施工是悬索桥施工工期控制性工程，场外预应力定位支架的加工、拼装可与隧道锚洞开挖同步进行，有效的促进了施工进度。3适用范围3.0.1本工法适用于悬索桥隧道锚预应力定位支架施工，对于重力式锚碇中预应力支架的定位施工也同样适用。4工艺原理4.0.1将设计图中预应力定位支架方案图进行深化设计，绘制详细的加工图，在钢结构施工场地进行加工并组装成片架。4.0.2在隧道锚洞前空地上搭设桁架拼装平台，将运达的片架拼装成分节段吊装的桁架，同时将预应力定位管道临时固定。4.0.3在隧道锚洞内铺设滑移轨道，并将轨道延伸至于洞外，利用吊车将分段桁架吊装到滑移轨道上，利用绞车缓慢将其下放到设计位置。4.0.4在隧洞内利用倒链和千斤顶精确调整桁架的位置，利用限位板调整预应力管道中心位置，即完成一个节段预应力定位支架施工。5工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.1.1隧道锚预应力定位支架安装工艺流程按图5.1.1进行。施工准备施工准备定位支架设计与计算定位支架设计与计算定位支架部件下料定位支架部件下料片架安装片架安装运输运输桁架组拼桁架组拼滑道安装现场吊运到滑道上滑道安装现场吊运到滑道上循环到下个节段施工循环到下个节段施工桁架下放桁架下放桁架及管道位置调整桁架及管道位置调整前锚面管道位置复核前锚面管道位置复核图5.1.1隧道锚预应力定位支架安装工艺流程5.2操作要点5.2.1施工准备正式施工前，相关人员熟悉图纸及技术方案、做好三级技术交底及安全交底；人员、材料、机械等各方面已准备就绪；隧洞开挖验收合格，定位支架材料采购准备，预应力管道采购准备，绞车的检查等等。5.2.2定位支架设计计算将设计图中定位支架进行方案图进行深化设计，方便定位支架标准化加工，对定位支架的吊装强度和刚度、吊点进行设计；对定位支架滑移的稳定性以及滑移轨道进行设计计算。图5.2.2定位支架弯应力计算模型（Mpa）5.2.3定位支架部件下料预应力定位支架属于辅助材料，主要作用是用于预应力管道的定位，为保证预应力定位位置精确，因此各部件下料尺寸也要求精确。下料时根据图纸对不同部件进行分类存放并进行标识，对下料好的部件根据图纸设计组装位置进行画线标记，以促进组装进度。5.2.4片架安装在搭设好的胎架上进行片架安装，片架结构比较简单，由弦杆和腹杆组成，安装时先固定好弦杆的位置，然后摆放腹杆，然后进行焊接。焊接后应将焊渣敲掉，由于是辅助结构，片架焊缝质量满足三级焊缝要求即可，焊接时应注意检查焊缝高度以及长度。片架焊接好后应应进行平放储存，至少应设置三处抄垫，防止片架变形。5.2.5桁架组拼由于桁架空间尺寸大，长宽高尺寸达9.5m×9.0m×8.5m，无法在钢结构加工场组拼好后进行运输，因此选择在隧洞外旁边的空地上临时设置拼装胎架进行分段桁架的组拼。拼装误差控制在±5mm，桁架拼装后其横向连接上安装定位板，定位板通过测量精确放样，误差控制在±2mm。预应力定位钢管临时固定在桁架上，在预应力定位钢管上焊接法兰盘，便于预应力定位钢管间的连接，减少隧洞内焊接工作。图5.2.5桁架侧面示意图5.2.6桁架下放桁架下放是预应力定位系统施工中较为关键的一道工序，桁架下放前应对滑移轨道，桁架拼装情况进行全面检查，之后还应进行轨道试车，确保符合设计要求后方可下放。轨道试车主要目的是检查轨道的平顺性，轨道间的相对高差，以保证桁架下放时不会出现轮子脱轨的现象，以免发生事故。图5.2.6-1轨道试车根据桁架的尺寸及重量，利用75t履带吊机下放，缓慢的将分段桁架放到轨道上，桁架上栓两根揽风绳，通过揽风绳调整桁架的位置，确保桁架轮子准确的放到轨道上。桁架放到轨道上后与绞车上引出的钢丝绳连接，然后将绳子慢慢收紧，再缓慢的送履带吊吊钩，桁架就平稳的放到了轨道上。利用绞车缓慢的将桁架沿着轨道下放，下放速度不应超过0.1m/s，下放到位后对桁架滑轮设置限位，防止继续下滑，同时保持下放绳处于受力状态。图5.2.6-2桁架下放5.2.7桁架及管道位置调整在隧洞内利用千斤顶或导链对下放的桁架进行微调，确保与设计位置相符合。调整到位后利用千斤顶顶升桁架，取出滑轮，四个滑轮取出完毕后将桁架与隧洞内支撑以及滑移轨道相连，确保桁架的整体性，并与隧道初期支护共同受力。图5.2.7-1桁架滑轮每一段桁架安装后将前后段桁架及预应力管道采用螺栓连接，同时利用全站仪对桁架前端预应力管道进行复测，保证管道坐标的准确性，复测后将预应力管道与桁架定位板焊接固定，这样一段桁架就安装完毕。图5.2.7-2前后桁架连接示意图5.2.8前锚面管道位置复核在安装最后一节段桁架时，前锚面的管道及锚具定位精度要求高，且锚具位于球面上，因而每个锚具仅仅通过测量仪器来定位非常复杂和不便。为了简化定位，同时满足精度要求，施工中精心设计了锚垫板调整器，通过预应力管道中心的精确定位来保证锚垫板空间位置的定位。锚垫板调整器施工按照图5.2.8进行。图5.2.8锚垫板调整示意图锚垫板调整器的原理是：调整器底板与锚垫板密贴，调整器钢管与预应力钢管平行，这样锚垫板就与预应力管道垂直，从而保证了锚垫板的安装角度。为方便套入，调整器钢管外径应比预应力钢管内径小3～4mm，这样的安装误差足可以保证锚垫板的安装精度。锚垫板定位后与预应力管道焊接，保证锚垫板固定牢固。材料与设备6.0.1具体材料与设备如表6.0.1所示。表6.0.1预应力锚固系统施工材料与设备序号材料设备名称规格型号用途备注1型钢[10、I20定位支架制造2钢板δ10定位钢板3钢管直径159mm、壁厚5mm预应力管道4吊车1台支架吊装5切割机1台型钢加工6电焊机5台支架焊接7全站仪1台管道测量8轨道35号钢轨滑移轨道9滑轮4个支架滑移直径200mm10绞车2台定位支架滑移10t11自制小车1台定位支架滑移12导链5个支架位置调整13千斤顶2个支架位置调整7.质量控制7.0.1工程质量控制标准工程施工质量标准按表7.0.1执行。表7.0.1预应力锚固系统施工质量标准序号项

目允许偏差1前锚孔道中心位置（mm）10mm2前锚面孔道角度（°）±0.23钢锚导管轴线与锚垫板垂直度（°）±0.54型钢支架加工尺寸偏差（mm）±10mm5型钢支架安装位置偏差（mm）±20mm7.0.2工法执行标准1JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》2GB50017-2014《钢结构设计规范》3GB50755-2012《钢结构工程施工规范》7.0.3预应力定位支架制作及安装要求1预应力定位钢支架选择在洞外型钢加工场统一制作，每榀定位支架制作时均应按照图纸长度准确进行下料。2加劲工字钢架制作时由于每榀中的杆件长度均有所不同，所以在这些杆件加工完成后要进行编号分开存放，以确保定位支架各杆件安装位置的准确。3型钢杆件加工时，要将杆件端头毛边打磨圆滑，避免定位钢架组拼施工时划伤安装操作人员。4对于加工完成的型钢杆件，要存在在平整的场地上，并采取下垫上盖措施进行防护处理，避免杆件存放期间发生锈蚀。5定位钢支架安装时按照基架、骨架和片架的顺序进行。根据混凝土的浇筑情况逐步延伸加长，直到预应力管道安装完成。支架运输、安装过程中，要避免碰撞变形。为了方便钢支架安装施工，采取分节段由吊车配合进行吊装定位。定位钢支架的定位检测与调整三维坐标测量的方法进行的。8.安全措施8.0.1为加强现场安全施工管理工作，在施工前对全体参与施工人员进行全面的安全生产教育，全面进行安全施工交底，在施工过程中认真按照各项安全操作规程执行，杜绝各种安全事故的发生，以保证安全施工的顺利进行。8.0.2参加施工的人员必须熟知本工种的安全操作规程，在操作规程中严格遵守，听从指挥，特殊工种须经过专业培训，持证上岗。8.0.3施工过程中经常检验钢丝绳、滑轮，排除因构件磨损带来的安全隐患。8.0.4在吊装区域、安装区域设置临时围栏、警示标志，临时拆除安全设施（洞口保护网、洞口水平防护）时也一定要取得安全负责人的许可，离开操作场所时需要对安全设施进行复位。操作结束时收拾现场、整理整顿，特别在结束后对工具进行清点。8.0.5防止高空坠物，设置安全带的临时挂点。8.0.6隧洞内进行焊接等作业时利用风机通风，保证洞内空气符合要求。8.0.7桁架吊装过程中，桁架及起重机吊臂下放严禁站人，桁架下放过程中，隧洞内严禁站人。9环保措施9.0.1定位支架制作工厂化预应力定位支架焊接大部分在加工场内完成，隧洞内只预留少部分的接口进行对接焊接，预应力管道之间用螺栓连接，减少了因焊接加工对施工现场造成的空气污染、光污染、噪声污染。9.0.2定位支架安装成品化定位支架完全成品化，将传统施工中洞内施工转换为洞外施工，极大的降低了现场安装人员的劳动强度。10效益分析10.1经济效益10.1.1可以在1天内完成一节的吊装，较之传统做法提高工效50%-80％。10.1.2较之传统做法节约机械及措施费用10%-20%。10.1.3运用该工法施工工期显著缩短，预应力定位支架的制造可以与开挖同步，隧洞开挖完成，初期支护完毕后即可进行预应力定位支架的安装，将传统的顺序作业改为同步作业，预应力定位支架安装时间仅半个月，比传统洞内散件安装方法节约工期两个月，总工期因此缩短两个月，经济效益和由于桥提前通车带来的社会效益十分显著。在隧道锚施工本身经济效益上，预应力定位系统需要人工50人，累计节约成本120万元。10.2工期效益10.2.1创新施工工艺，施工效率提高，安装作业时间显著缩短，为下步安装作业的提前跟进创造了条件。10.3质量效益10.3.1能有效保障焊接质量、安装质量，预应力管道定位质量，确保锚碇预应力定位系统的施工满足设计及施工规范要求；较之传统做法安装质量显著提高，一次验收合格率100%。10.4安全效益10.4.1将隧洞内作业转换为洞外作业，洞内作业强度极大的降低，改善了工人劳动作业条件，安全性显著提高，减轻了工人的劳动强度，有力地保障了安全生产、文明施工。10.5社会效益10.5.1锚碇预应力定位支架装配式施工，是传统隧洞内进行散件拼装的一种关键技术突破，创造性的实现了隧洞开挖与预应力支架制造的同步，能显著的节约工期，为今后类似工程的施工提供了参考依据。10.5.2隧道锚施工为悬索桥施工控制性工程，工期的节约将促使桥梁提前竣工，由于桥梁提前通车带动的周边发展会比较明显。同时大桥桥梁工程也是老百姓关注的重点项目，能给老百姓留下良好的口碑。10.5.3代表了现代施工水平，具有较好的推广效益。11应用实例11.0.1重庆市江津白沙长江大桥西岸隧道式锚碇重庆市江津白沙长江大桥主桥为主跨590m的双索面悬索桥，桥面路幅宽31m，双向六车道，主跨加劲梁采用扁平型钢箱梁，梁高3.5m，桥塔采用门式框架结构，东岸采用重力式锚碇，西岸采用隧道式锚碇。北岸隧道式锚碇由锚体和锚固系统两大部分构成，其中锚体又由锚塞体、散索鞍支墩及基础、前锚室、明洞四部分构成。锚塞体长度50米，与水平倾斜角为40度。锚塞体长度大，坡度大，洞内施工操作空间下，操作难度大，安装速度慢，预应力管道定位难度大，通过预应力定位支架分节段安装施工工艺解决了目前隧道锚预应力定位系统施工中的诸多问题。该技术已经成功运用于重庆市江津白沙长江大桥工程隧道锚施工中，预应力管道定位准确，施工中现场一次验收合格100%。实践证明该工法关键技术先进，操作简便，安全可靠，可成熟运用。11.0.2重庆市江津中渡长江大桥北岸隧道式锚碇重庆市江津中渡长江大桥主桥为主跨600m的双索面悬索桥，桥面宽33m，双向六车道，主跨加劲梁采用扁平型钢箱梁，梁高3.0m，桥塔采用门式框架结构，南岸采用重力式锚碇，北岸采用隧道式锚碇。北岸隧道式锚碇由锚体和锚固系统两大部分构成，其中锚体