趙玉壁，周曉軍，毛露露

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031)

在不同類(lèi)型和規(guī)模的隧道工程建設(shè)中常涉及各種類(lèi)型和作用的豎井構(gòu)造的建設(shè)，這些豎井構(gòu)造統(tǒng)稱(chēng)為隧道豎井。隧道豎井截面有多種形式，其中以圓形最為常見(jiàn)，本文中的豎井專(zhuān)指盾構(gòu)隧道圓形截面接收井和始發(fā)井。由于豎井的施工具有深度大、截面大、施工危險(xiǎn)性大、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，而鋼管架工程作為豎井施工的基礎(chǔ)，其施工質(zhì)量及效率的高低將對(duì)整個(gè)豎井工程的質(zhì)量、進(jìn)度和造價(jià)產(chǎn)生直接影響。因此探索和總結(jié)出一套快速、簡(jiǎn)易，便于機(jī)械化和模塊化施工的鋼管架施工工法對(duì)于加快豎井工程進(jìn)度，保證工程質(zhì)量具有積極意義。

1 工程概況及施工問(wèn)題介紹

1.1 工程概況

水底盾構(gòu)隧道為廣東省天然氣管網(wǎng)二期工程中輸氣管道西干線項(xiàng)目控制性穿越工程，整體穿越長(zhǎng)度1 021.74 m，其中穿越水域?qū)挾葹?80.00 m。隧道接收井、始發(fā)井規(guī)模相同，深度25 m，截面直徑16 m，井壁采用80 cm厚地下連續(xù)墻外加60 cm厚鋼筋混凝土襯砌復(fù)合結(jié)構(gòu)。開(kāi)挖區(qū)土質(zhì)依次由人工填土、沖積淤泥、粉質(zhì)黏土構(gòu)成。降雨頻繁，土體含水量大，導(dǎo)致施工難度大且工期緊張，因此對(duì)鋼管架工程的施工質(zhì)量和進(jìn)度要求高。

1.2 實(shí)際施工中所存在的問(wèn)題

本工程的鋼管架采用碗扣式鋼管腳手架，滿堂支架進(jìn)行支模，其所存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn):

1)在鋼管架搭設(shè)過(guò)程中，所需材料類(lèi)型較多且吊運(yùn)頻繁，作業(yè)人數(shù)多，高空作業(yè)繁重且危險(xiǎn)性大，搭設(shè)過(guò)程繁瑣，進(jìn)度緩慢。

2)在鋼管架使用過(guò)程中，局部質(zhì)量問(wèn)題較多，結(jié)構(gòu)變形大，調(diào)整、返工作業(yè)量大。

3)在鋼管架拆卸過(guò)程中，由于豎井結(jié)構(gòu)及碗扣式腳手架自身特點(diǎn)限制，作業(yè)人員對(duì)于短小桿件和連接件只能由高處拆下并使其落至豎井底，待整個(gè)結(jié)構(gòu)解體后再統(tǒng)一分類(lèi)、分塊，吊裝出井。整個(gè)拆卸過(guò)程耗時(shí)耗力，而且由于墜落桿件對(duì)鋼管架和豎井壁的撞擊造成了嚴(yán)重的材料損耗和工程質(zhì)量問(wèn)題。

2 鋼管架模塊化施工工法闡述及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

2.1 模塊化施工工法介紹及總圖說(shuō)明

2.1.1 鋼管架模塊化施工工法介紹

鑒于傳統(tǒng)的扣件式或碗扣式滿堂腳手架施工具有材料需用量大、種類(lèi)多，高空作業(yè)量大，作業(yè)人數(shù)多，組裝、拆卸復(fù)雜，進(jìn)度慢，材料損耗大等缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)上述施工問(wèn)題進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)，提出了一整套鋼管架模塊化施工工法，該法可總結(jié)為“固定模塊、井外組裝;分塊吊運(yùn)，井內(nèi)拼接;重復(fù)利用，靈活可調(diào)”。

1)固定模塊，井外組裝:通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將整個(gè)圓形豎井的鋼管架工程分解為6類(lèi)固定模塊，并根據(jù)各個(gè)模塊的圖紙，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件在豎井外完成相應(yīng)模塊的組裝。

2)分塊吊運(yùn)，井內(nèi)拼接:采用合理的吊裝設(shè)備，依靠少數(shù)作業(yè)人員，利用標(biāo)準(zhǔn)連接構(gòu)件，在井內(nèi)將各個(gè)模塊進(jìn)行快速標(biāo)準(zhǔn)化拼接形成整體結(jié)構(gòu)。

3)重復(fù)利用，靈活可調(diào):通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，大量運(yùn)用具有長(zhǎng)度可變且性能可靠的連接件，使結(jié)構(gòu)固定的模塊具有可變的特性，以具備重復(fù)利用及適用于不同斷面豎井施工的功能。

2.1.2 組合式鋼架總體平面圖及總體立面圖說(shuō)明

整個(gè)鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由A-F共6個(gè)模塊組成，通過(guò)對(duì)這6個(gè)模塊的依次組裝與拼接完成圓形豎井鋼管架的施工。

圖1為結(jié)構(gòu)總體平面圖。4組A模塊首先組裝成環(huán)，然后B，C，D 3類(lèi)模塊依次成環(huán)拼接為支撐模板的部分，即圖2中的結(jié)構(gòu)＆，通過(guò)套在空心鋼筒F上面，由吊車(chē)上下提升達(dá)到預(yù)定高度然后固定，以起到支撐模板的作用。

圖1 結(jié)構(gòu)總體平面

圖2結(jié)構(gòu)E由幾組相同的單元模塊e組合而成，為上部結(jié)構(gòu)＆提供豎向支撐并保持空心鋼筒F的穩(wěn)定，其中:A為核心體，B為基本體，C為邊緣體，D為延伸體，E為支撐體。

圖2 結(jié)構(gòu)總體立面

2.2 各部分模塊設(shè)計(jì)圖紙及說(shuō)明

2.2.1 核心體A

核心體A由可以套在F鋼筒上的3.8 m長(zhǎng)鋼筒和4層焊接其上的鋼管構(gòu)成，見(jiàn)圖3。每個(gè)模塊中的長(zhǎng)、短鋼管分別連接其他模塊的短、長(zhǎng)鋼管，短鋼管端頭配有可調(diào)托，用于鋼管接頭并調(diào)整長(zhǎng)度。

圖3 核心體A結(jié)構(gòu)(單位:mm)

2.2.2 基本體B

基本體B通過(guò)4組焊接在厚度5 mm鋼板上的雙層φ18鋼筋圓弧與固定其中的鋼管形成模塊平面，通過(guò)豎向固定鋼管保持鋼筋圓環(huán)之間的間距，鋼板上帶有螺栓孔(圖4)，用于4部分基本體B之間連接成環(huán)。

圖4 基本體B結(jié)構(gòu)

2.2.3 邊緣體C

邊緣體C通過(guò)橫向彎曲鋼管和豎向固定鋼管形成模塊骨架，鋼管采用回轉(zhuǎn)扣件與橫向彎曲鋼管連接，4部分邊緣體C依靠彎曲鋼管端部的可調(diào)托接口拼接成環(huán)，也可采用回轉(zhuǎn)扣件連接(圖5)。

圖5 邊緣體C結(jié)構(gòu)

2.2.4 延伸體D

延伸體D通過(guò)焊接在5 mm厚鋼板上的雙層φ18鋼筋圓弧與固定其中的鋼管形成模塊。鋼板帶有螺栓孔，用于4部分模塊拼接成環(huán)，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)共需要4環(huán)16部延伸體D。延伸體D端部的支?？烧{(diào)托(圖6)用于傳遞整個(gè)結(jié)構(gòu)的作用力并支撐模板。

圖6 支?？烧{(diào)托

2.2.5 支撐體E

支撐體E由相同的模塊e通過(guò)在平面和豎向拼接組成。在平面上，模塊e之間的連接采用曲管接頭卡或者回轉(zhuǎn)扣件，見(jiàn)圖7。豎向的連接采用接頭卡并依靠可調(diào)托調(diào)整高度。

圖7 接頭卡

2.2.6 空心鋼筒F

空心鋼筒由3部分構(gòu)成，內(nèi)筒、加強(qiáng)固定孔部受力的外筒以及支座，鋼筒高度可根據(jù)實(shí)際工程情況采用一次焊接成型或分段焊接成型。固定孔間距與孔徑同核心體A上固定孔匹配，采用固定孔插入鋼管或同等性能的型鋼固定。

2.3 本工法所需材料類(lèi)型及數(shù)量

本工法所需材料類(lèi)型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 材料統(tǒng)計(jì)

3 總結(jié)

3.1 本工法的意義

豎井鋼管架模塊化施工工法是為達(dá)到鋼管架工程安全快速施工，組裝和拆卸簡(jiǎn)潔，最大程度減少作業(yè)人數(shù)，最大幅度壓縮高空作業(yè)內(nèi)容和強(qiáng)度的目的而設(shè)計(jì)的施工工法。通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及對(duì)傳統(tǒng)連接構(gòu)件的改進(jìn)，使固定模塊具備了可變的特性，從而可以適應(yīng)不同規(guī)模圓形豎井工程的施工。此工法施工順序以及鋼管架各部分結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)工法區(qū)別明顯，對(duì)于鋼管架工程的施工提供了一種新型、實(shí)踐性強(qiáng)的施工方法。

3.2 本工法運(yùn)用范圍的拓展

豎井鋼管架模塊化施工工法不僅能夠運(yùn)用于盾構(gòu)隧道圓形豎井工程的施工，還可運(yùn)用于其他如圓形儲(chǔ)油井、導(dǎo)彈發(fā)射井等地下圓形大截面、不同深度工程的施工。在工程前期制作一整套模塊，施工中就可以有效地推進(jìn)工程進(jìn)度且材料重復(fù)使用效率高，能夠有效地降低成本，保證施工安全。

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