隧道新型裝配式中隔墻施工工法

隧道新型裝配式中隔墻施工工法1.前言中國水電四局建個元高速公路TJ10標項目承建興隆隧道為特長隧道，左線全長8840米，右線全長8843米，是紅河州建水（個舊）至元陽高速公路項目的關(guān)鍵控制性工程，施工周期長，施工難度大。同時為便于施工及隧道后期運行管理，在隧道中后部花崗巖分布區(qū)布設(shè)有兩條施工斜井，1#斜井全長1247m，綜合坡度為9.42%；2#斜井全長917m，綜合坡度9.53%。斜井在基于永臨結(jié)合的設(shè)計思想，考慮通風效果、施工難度、工期要求等多方面因素，興隆隧道創(chuàng)新性的采用“一斜井、四分割”的斜井斷面形式，是國內(nèi)特長隧道斜井通風方案中首次提出，此方案使斜井斷面尺寸既能保證通風效果，又能輔助隧道主洞施工。興隆隧道1#斜井“四分割”中隔墻原設(shè)計采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，盡管鋼筋混凝土中隔墻技術(shù)已比較成熟，但仍有許多問題尚待解決。例如：施工過程比較復雜、工程進度較慢、施工質(zhì)量不易把控、粗糙的墻面會顯著增大通風阻力從而加大通風成本等。而鋼波紋板材料是一種冷軋熱卷鋼板經(jīng)波狀成型后再通過熱浸鋅防腐工藝處理的板材，由于表面光滑、耐腐蝕、安裝簡便、制造和運輸方便，鋼波紋板近幾年已被廣泛運用于建筑工程、橋涵工程和隧道工程中。為解決鋼筋混凝土中隔墻的不足，項目部科研小組經(jīng)研究提出采用鋼波紋板替代混凝土的新型中隔墻施工工藝，即裝配式中隔墻施工技術(shù)，見圖1.1。圖1.1興隆隧道1#斜井橫斷面布置圖2.工法特點鋼波紋板型中隔墻的特點主要體現(xiàn)在：一是施工的便捷性遠高于鋼筋混凝土，且生產(chǎn)、運輸及安裝一體化程度較高，且成型質(zhì)量可控；二是施工步驟簡單，施工周期遠低于鋼筋混凝土中隔墻，且施工安全性也得到了提高；三是在材料強度、變形及抗震性能方面優(yōu)于鋼筋混凝土封中隔墻，在運營期的安全性及可靠程度較高；四是人工成本、時間成本成本較低，環(huán)保效果較好。2.1施工便捷性優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)，從混凝土構(gòu)筑到投入使用的整個流程所涉及到的工序復雜，施工人員完成所有流程花費的施工時間非常多?？梢哉f，傳統(tǒng)建筑施工工期過長，受混凝土施工流程時間的影響非常大。鋼筋混凝土隔墻施工步驟包括放線定位、鋼筋綁扎、模板固定、混凝土運輸及澆筑、拆模和養(yǎng)護，施工效率低下，不能滿足特長隧道實際工期和投入運營節(jié)點要求。而鋼波紋板材料重量較輕，為波紋板的安裝、運輸提供了便利的條件，且鋼結(jié)構(gòu)件是工廠規(guī)模化生產(chǎn)，可更加便捷地對隧道中隔墻進行針對性設(shè)計，加工精度高，成型速度快，有利于現(xiàn)場施工的精度控制。2.2較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量更易控制興隆隧道原設(shè)計鋼筋混凝土中隔墻厚度為300mm，斜井洞身襯砌施工時需預(yù)留鋼筋以供中隔墻鋼筋綁扎，但這種現(xiàn)澆混凝土中隔墻結(jié)構(gòu)的缺點是：一是中隔墻高度大而厚度較薄，采用現(xiàn)澆方式非常不便，施工速度慢、成本高；二是中隔墻與隧道的連接處的混凝土澆筑質(zhì)量很難保證，強度不夠。而鋼波紋板采用節(jié)段拼接的方式施工，相比傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工需要立模、澆筑、拆模等工序，鋼波紋板施工更加方便快捷。且相比鋼筋混凝土的現(xiàn)場澆筑，鋼波紋板的施工質(zhì)量更易控制。2.3運營期的安全性及可靠程度較高通過鋼波紋板隔墻在最大風壓條件下產(chǎn)生的變形量是否在允許的范圍內(nèi)來進行驗證其通風性能是否滿足要求。通過ANSYS16.0有限元數(shù)值模擬進行驗證分析得出剛波紋板隔墻產(chǎn)生的變形主要集中在中部，且最大變形出現(xiàn)在井口處，最大變形量為3.226mm。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，在運營階段鋼波紋板圍墻組合梁的最大允許撓度為8mm，由此可知鋼波紋板圍墻的橫向穩(wěn)定性可滿足設(shè)計要求。同時通過ANSYS16.0中的Fluent模塊建立鋼波紋板隔墻模型，得出鋼波紋板的風阻系數(shù)為3.74，而鋼筋混凝土材料的粗糙度在25以上，可知鋼波紋板隔墻的通風性能優(yōu)于鋼筋混凝土中隔墻，提高通風導洞的通風效率，從而降低通風風機的功耗。圖2.3-2波紋板隔墻橫向方向上集中作用力模擬結(jié)果2.4波紋板較混凝土隔墻投入成本低鋼波紋板材料是采用標準化流水線生產(chǎn)，成批量安裝施工，相比傳統(tǒng)鋼筋混凝土的施工，可節(jié)約大量人力、物力。且做為中隔墻材料，鋼波紋板可采用多段同時施工的安裝方式，從而大幅度降低時間成本。通過興隆隧道斜井通風通道采用鋼波紋板型隔墻在施工時間方面相比混凝土隔墻縮短80天（傳統(tǒng)混凝土隔墻需要170天），且鋼波紋板型隔墻在建設(shè)投入節(jié)省92.6萬元（傳統(tǒng)混凝土隔墻建設(shè)投入需1163萬元）。3.適用范圍本工法適用于特長隧道工程項目建設(shè)，為滿足后期運營通常需設(shè)置通風通道，其一般采用混凝土隔墻將斷面進行分割，以滿足不同功能需求，其鋼筋混凝土隔墻可用鋼波紋板型隔墻進行替代。同時鋼波紋板隔墻施工技術(shù)可簡化用于臨建料倉隔墻等，具有極強的可推廣價值。4.工藝原理本工法主要是提出一種新型隧道中隔墻結(jié)構(gòu)，通過新型模塊化的波紋板隔墻單元拼接替代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土中隔墻結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)澆混凝土隔墻結(jié)構(gòu)存在的施工質(zhì)量難以保證、施工進度慢、措施費用高等問題。其隧道新型裝配式中隔墻施工工藝的工作原理為：前期準備過程中工字鋼立柱涂刷防腐漆2遍→角鋼通過膨脹螺栓固定在隧道襯砌頂與路面底部→涂刷防腐漆的工字鋼通過隧道襯砌頂與路面底部的角鋼采用焊接工藝進行牢靠處理→鋼波紋板通過自攻釘固定在工字鋼→整體波紋板中隔墻頂角采用L型波紋角條采用膨脹螺栓形式固定在襯砌頂部→波紋角條與波紋板采用炮釘方式固定在一起→鋼波紋板底角通過設(shè)置M10砂漿進行底角封閉以杜絕相關(guān)水滲入腐蝕波紋板及工字鋼材料→所有接縫處均采用環(huán)氧樹脂進行密封以杜絕漏氣。最終歸納總結(jié)形成一套隧道新型波紋板中隔墻建設(shè)工藝以取代傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土中隔墻工藝。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程鋼波紋板型隔墻施工工法其工藝流程為：前期準備→工字鋼立柱→波紋板安裝→防滲處理→防漏氣處理。5.2具體實施方法如圖5.2-1～圖5.2-8所示前期準備過程中工字鋼02立柱涂刷防腐漆2遍；角鋼05通過膨脹螺栓04固定在隧道襯砌頂與路面底部；而后涂刷防腐漆的工字鋼02通過隧道襯砌頂與路面底部的角鋼05采用焊接工藝06進行牢靠處理；繼而波紋板01通過自攻釘固定在工字鋼02，波紋板01搭接上下搭接不少于30mm、左右搭接不少于30mm；整體波紋板中隔墻頂角采用L型波紋角條07采用膨脹螺栓形式09固定在襯砌頂部，而與波紋板采用炮釘方式08固定在一起；波紋板01底角通過設(shè)置M10砂漿03進行底角封閉已杜絕相關(guān)水滲入腐蝕波紋板及工字鋼材料；期間所有接縫處均采用環(huán)氧樹脂進行密封以杜絕漏氣。1、首先根據(jù)施工圖紙中工字鋼的間距及橫向距離，在隧道頂面和地面定出工字鋼位置，斜井通風中隔板采用1025型1.2mm厚雙層波紋板進行封閉，隔板內(nèi)采用18型工字鋼間距200cm進行加固（工字鋼與連接部位通體采用防銹漆涂刷兩遍以上），波紋板間縫隙采用密封膠進行封閉。2、工字鋼位置的頂（襯砌頂面）、底面（路面）各打入2個12膨脹螺栓，利用膨脹螺栓把長度150mm的5號角鋼固定在頂、地面上，同時角鋼刷防銹漆兩遍。3、工字鋼立架時將腹板與角鋼焊接牢固，清除焊接部位焊渣，刷防銹漆兩遍。4、頂面交接處波紋板陰角密封做法：首先把1.2mm厚波紋板切割成寬度200mm的條狀，然后利用折邊機械加工成邊長100mm的L型角條；把L型角條安裝固定在頂面陰角處，角條利用炮釘固定在混凝土上，角條沿隔墻縱向通長布置；在角條與壓型板接口處打環(huán)氧樹脂膠密封。圖5.2-2波紋板頂角采用L型角條進行密封5、底面接觸處采用M10砂漿成三角區(qū)進行封閉，避免洞口雨水滲入。圖5.2-3波紋板中隔墻內(nèi)工字鋼立柱涂刷2遍防銹漆圖5.2-4波紋板中隔墻立柱及波紋板安裝圖圖5.2-5波紋板中隔墻底角采用M10砂漿封閉避免外部雨水滲入圖圖5.2-6波紋板中隔墻頂面交接處波紋板采用炮釘封閉在混凝土上圖圖5.2-7波紋板連接縫隙采用環(huán)氧樹脂進行封閉圖圖5.2-8鋼波紋板型中隔墻整體結(jié)構(gòu)示意圖5.3實施效果圖5.3-1傳統(tǒng)方式鋼筋混凝土隔墻表面粗糙且進度緩慢（其他隧道）圖5.3-2波紋板型中隔墻施工簡單快捷且表面光滑通風成本低（興隆隧道）6.材料與設(shè)備6.1主要材料斜井波紋板隔墻施工所需材料配備表見表6.1。表6.1施工材料配置表序號名稱單位數(shù)量備注1波紋板平53200波紋板封閉2工字鋼噸289工字鋼立柱3環(huán)氧樹脂千克24接縫密封4卷揚機3t臺15鋼筋彎曲機GW40臺16.2主要機械設(shè)備斜井波紋板隔墻施工主要機械設(shè)備表見表6.2。表6.2機械設(shè)備配置表序號名稱單位數(shù)量備注1升降機臺2工字鋼立柱及波紋板安裝2載重汽車臺1材料運輸及卸運7.質(zhì)量控制7.1工程質(zhì)量控制標準7.1.1材料采購與進場管理：首先做好材料設(shè)備選樣報批工作，對于選定的材料設(shè)備要及時對材料設(shè)備樣進行封存。根據(jù)材料設(shè)備樣板、選定的材料設(shè)備廠商，進行材料設(shè)備定貨。材料設(shè)備定貨計劃要根據(jù)施工圖紙要求及現(xiàn)場實際尺寸進行編制。材料設(shè)備進場嚴格執(zhí)行檢驗制度，對照材料設(shè)備計劃檢查材料設(shè)備的規(guī)格、名稱、型號、數(shù)量，看是否有出產(chǎn)品合格證、材料檢驗報告，把好材料質(zhì)量關(guān)。7.1.2材料使用完畢要及時清理、回收，不得浪費材料。材料管理人員應(yīng)做好材料收發(fā)存臺賬，及時收集材料的材質(zhì)證明及產(chǎn)品合格證。材料搬運和貯存應(yīng)按搬運儲存規(guī)定進行，并應(yīng)建立出入庫臺賬；對材料、半成品、構(gòu)配件進行分類堆放并進行有效標識。7.2機械設(shè)備質(zhì)量控制7.2.1優(yōu)先采用國內(nèi)設(shè)備及離工程所在地較近且便于采購或租賃的設(shè)備。配置高效、環(huán)保性能好的機械設(shè)備，保證工程所需材料、半成品能及時運輸至施工點，同時減少對周邊環(huán)境的影響。7.2.2設(shè)備進場驗收：對所有投入使用的施工機械設(shè)備或器具，在進場時嚴格按照企業(yè)有關(guān)管理程序，結(jié)合工程實際情況進行性能驗收，對不符合要求的設(shè)備及時采取維修或清退更換處理。8.安全措施8.1本工法實施過程中嚴格執(zhí)行國家“三規(guī)一標”（即《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ33-2012）、《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ46-2005）、《建設(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》（GB50720-2011）、《建筑施工安全檢查標準》（JGJ59-2011））和省、市、企業(yè)制定的施工現(xiàn)場及專業(yè)工種安全技術(shù)操作規(guī)程。8.2施工負責人須對全體工作人員進行有針對性的安全技術(shù)交底教育，認真作好教育記錄，全體操作人員簽字確認。8.3使用焊接的施工作業(yè)中應(yīng)用石棉被或不燃物品接住火花，防止引燃可燃物品。8.4特種作業(yè)人員需持證上崗。8.5高空作業(yè)人員必須系好安全帶，扣好安全扣。8.6拆除區(qū)域應(yīng)設(shè)立圍欄，掛警告牌，并派專人監(jiān)護，嚴禁無關(guān)人員進入或逗留。9.環(huán)保措施文明施工是建筑施工形象的窗口，是施工現(xiàn)場綜合管理水平的體現(xiàn)，貫穿于項目施工管理的始終，文明施工不僅涉及項目每位員工的生產(chǎn)、生活及工作環(huán)境，更主要的是對周圍環(huán)境及居民的影響。為保證工程施工過程順利進行，加強建設(shè)工程施工的現(xiàn)場管理，促進安全生產(chǎn)、文明施工；改善工地環(huán)境、提高勞動生產(chǎn)率，使現(xiàn)場工作規(guī)范化、制度化、科學化，不斷提高企業(yè)的信譽，樹立企業(yè)形象，我單位在該工程施工中貫徹文明施工的要求，推行現(xiàn)代化管理方法，科學組織施工，做好施工現(xiàn)場的各項管理工作。9.1揚塵控制措施施工現(xiàn)場車輛出入口處設(shè)置車輛沖洗及沉淀池，對進出車輛采取沖洗等措施確保車身、輪胎不帶泥土，防止污染道路和環(huán)境。9.2施工固體廢棄物控制措施建筑垃圾按要求運往指定垃圾場處理，需臨時堆放時予以遮蓋和圍擋。9.3水土保持措施對施工臨時用地，施工結(jié)束后應(yīng)及時進行土地整治，考慮表土回填以利復耕或進行綠化恢復；盡量縮短施工周期，減少疏松地面的裸露時間，合理安排施工時間，盡量避開雨季和汛期；棄土、棄渣的堆放，要先建設(shè)攔擋墻及排水設(shè)施，后堆放棄渣，堆放結(jié)束后開始布置植物措施。10.效益分析10.1結(jié)構(gòu)形式施工對比采用傳統(tǒng)鋼筋混凝土隔墻：機械化程度低；易出現(xiàn)爆模等質(zhì)量問題，質(zhì)量穩(wěn)定性差；粗糙混凝土使得通風風阻增加進而通風成本加大；鋼筋混凝土隔墻施工步驟包括放線定位、鋼筋綁扎、模板固定、混凝土運輸及澆筑、拆模和養(yǎng)護，工序繁瑣，施工不便。采用新型鋼波紋板型隔墻：機械化程度高；可標準化、流程化作業(yè)，構(gòu)件工廠化預(yù)制，質(zhì)量可控；波紋板表面比混凝土表面光滑，通風效率較高；鋼波紋板隔墻流程僅為工程制作、實地安裝、鋼板鋪設(shè)，流程縮短一半。10.2經(jīng)濟社會效益分析經(jīng)營績效：通過興隆隧道斜井通風通道采用鋼波紋板型隔墻在施工時間方面相比混凝土隔墻縮短80天（傳統(tǒng)混凝土隔墻需要170天），且鋼波紋板型隔墻在建設(shè)投入節(jié)省92.6萬元（傳統(tǒng)混凝土隔墻建設(shè)投入需1163萬元）。社會責任績效：中國水電四局建個元高速公路TJ10標項目特長興隆隧道斜井隔墻改變傳統(tǒng)混凝土中隔墻結(jié)構(gòu)采用鋼波紋板型結(jié)構(gòu)，其能夠在保證施工質(zhì)量的同時，降低施工勞動強度，提高施工效率。綜上知鋼波紋板型隔墻可為興隆特長隧道通風斜井隔墻施工建設(shè)提供更加高效、安全、經(jīng)濟的方案，可預(yù)測鋼波紋板型隔墻將成為未來隧道隔墻建設(shè)的趨勢。同時將該鋼波紋板型隔墻施工技術(shù)可進行簡化用于臨建設(shè)施隔墻等，如拌合站儲料區(qū)隔墻。目前該鋼波紋板隔墻工藝已在中國水電四局其他項目臨建工程中進行使用，工藝簡單快捷，效果良好。11.應(yīng)用實例11.1建個元高速公路興隆隧道斜井隔墻本工法應(yīng)用于中國水電四局建個元高速公路TJ10標項目興隆隧道通風斜井中隔墻施工。該工法在興