隧道仰拱裝配式施工技術(shù)及機(jī)械化配套研究

1、開題報(bào)告二組隧道仰拱裝配式施工技術(shù)及機(jī)械化配套研究一、國內(nèi)外現(xiàn)狀二、支護(hù)結(jié)構(gòu)承載機(jī)理與力學(xué)特性三、裝配式仰拱設(shè)計(jì)理念四、預(yù)制方法及質(zhì)量保證措施五、機(jī)械選用及仰拱安裝六、研究課題目標(biāo)及成果一、國內(nèi)外現(xiàn)狀文獻(xiàn)查閱 目前對(duì)隧道仰拱結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)方面主要還是采用老式的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，隨著隧道的地質(zhì)條件的改變，主要改變的是隧道仰拱的厚度或者在地質(zhì)條件相對(duì)較好的情況下取消仰拱的設(shè)置，并沒有提出新的、適應(yīng)性較強(qiáng)的仰拱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式。 城市軌道交通地鐵車站施工中，已經(jīng)開始采用裝配式施工，隧道仰拱裝配式的施工技術(shù)及配套機(jī)械設(shè)備在隧道建設(shè)中基本上沒有。 在未來更多的大跨隧道中不可避免需要設(shè)計(jì)出更多異形、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)可靠的

2、新型仰拱結(jié)構(gòu)。同時(shí)研究出新工藝施工配套的相關(guān)機(jī)械設(shè)備，將會(huì)是我國隧道施工中一個(gè)新的研究方向。 二、支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載機(jī)理與力學(xué)特性 仰拱是隧道襯砌結(jié)構(gòu)的的主要組成部分之一，仰拱的設(shè)置能夠?qū)⑺淼郎喜康牡貙訅毫νㄟ^隧道邊墻結(jié)構(gòu)或?qū)⒙访嫔系暮奢d有效的傳遞到地下，同時(shí)還有效的抵抗隧道下部地層傳來的反力。 采用理論分析與數(shù)值模擬性結(jié)合的方法進(jìn)行研究，綜合考慮結(jié)構(gòu)受力、變形、安全系數(shù)、施工可行性，分析圍巖彈性抗力系數(shù)、裝配式仰拱支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)、重點(diǎn)研究接頭方式和防水措施，以及配套機(jī)械設(shè)備，分析裝配式仰拱現(xiàn)場推廣可行性。三、裝配式仰拱設(shè)計(jì)理念1、概況：仰拱裝配式施工，就是將仰拱分塊預(yù)制，安裝。高鐵隧道斷面如下：隧

3、道開挖寬度13.8米，隧道斷面相關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：底拱半徑：16.750(m)；底拱半中心角：21.000(度)底拱厚度：0.500(m)側(cè)拱半徑：6.650(m)側(cè)拱角度：55.000(度)側(cè)拱厚度：0.500(m)頂拱半中心角：85.000(度)頂拱拱頂厚度：0.500(m)圖3.1 隧道斷面形狀 2、分塊：采用預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，根據(jù)仰拱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沿環(huán)向分成A、B、C三塊：BAC3、接頭連接 A塊和C塊與邊墻連接一端均設(shè)有多根外伸鋼筋，可連接，可焊接。 環(huán)向與縱向預(yù)制塊采用高強(qiáng)螺栓連接。增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，環(huán)向采用T36型，縱向采用T30型。 每塊中心位置設(shè)置注漿孔。 4、防水 仰拱結(jié)構(gòu)防水遵循“以

4、防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道設(shè)防、因地制宜、綜合治理”的原則。 接頭部位防水采用1道遇水膨脹止水條+1道三元乙丙橡膠密封墊方式，預(yù)制構(gòu)件張拉鎖緊后，從預(yù)制構(gòu)件注漿孔注水泥漿，填充仰拱背后孔隙。 同一層中相鄰兩根橫向鋼筋及同一層中相鄰兩根縱向鋼筋之間的間距為250mm，上下兩層橫向鋼筋以及上下兩層的縱向鋼筋之間的豎直距離均為400mm；橫向鋼筋和縱向鋼筋的外側(cè)均設(shè)有厚度不低于40mm的混凝土保護(hù)層；豎向箍筋沿橫向鋼筋的法線方向設(shè)置。5、鋼筋布置6、理論計(jì)算：6.1 理正巖土軟件整體計(jì)算- 計(jì)算條件 - 基本參數(shù) 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)： 砼規(guī)范 GB50010-2010 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.00 襯砌斷面類型： 馬

5、蹄形 每段計(jì)算的分段數(shù)： 10 計(jì)算迭代次數(shù)： 10 抗力驗(yàn)證要求： 高 荷載組合參數(shù) 編號(hào) 荷載名稱 是否計(jì)算 分項(xiàng)系數(shù) 1 襯砌自重 1.00 2 頂巖壓力 1.00 3 底巖壓力 1.00 4 側(cè)巖壓力 1.00 5 內(nèi)水壓力 1.00 6 外水壓力 1.00 7 頂部灌漿壓力 1.00 8 其余灌漿壓力 1.00 9 地震作用力 1.20 計(jì)算結(jié)果 注： 縱筋面積和配筋率結(jié)果中，如果出現(xiàn)紅色數(shù)字，則表示配筋率大于2.5%。 下面內(nèi)力配筋結(jié)果的中內(nèi)力（軸力、剪力、彎矩）未包含0，配筋時(shí)乘以此系數(shù)。- 內(nèi)力配筋計(jì)算(以下內(nèi)力疊加了地震作用效應(yīng)) -計(jì)算結(jié)論:經(jīng)過5次計(jì)算,達(dá)到各點(diǎn)設(shè)定抗力條

6、件和法向位移一致!- 配筋結(jié)果 -襯砌內(nèi)側(cè)縱筋最大面積As = 1000.0mm2，外側(cè)縱筋最大面積As1 = 1000.0mm2；拉結(jié)筋最大面積Av = 174.8mm2。截面尺寸(抗剪)驗(yàn)算： 滿足。-軸向力 剪力 彎矩 切向位移 法向位移 轉(zhuǎn)角 圍巖抗力 單側(cè)縱筋(配筋率) 拉結(jié)筋面積 截面驗(yàn)算 N Q M U V W As（瘢 Av (kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm2) (mm2)底拱(從中心向左等分10段): 0 -3551.711 359.101 19.139( -21.475) 0.000 0.466 0.000 0.2 1000.

7、0( 0.23%) 156.3 滿足 1 -3551.016 -359.145 19.099( -21.515) -0.161 0.462 -0.000 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 2 -3548.894 -361.292 19.623( -20.990) -0.321 0.451 -0.000 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 3 -3545.240 -367.532 22.633( -17.980) -0.480 0.432 -0.000 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 4 -3539.896 -378.988 31

8、.071( -9.542) -0.639 0.413 0.001 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 5 -3532.708 -394.000 47.853( 7.240) -0.797 0.405 0.003 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 6 -3523.692 -404.793 73.198( 32.585) -0.954 0.436 0.009 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 7 -3513.330 -393.394 99.614( 59.001) -1.114 0.546 0.019 0.3 1000.0( 0.23

9、%) 156.3 滿足 8 -3502.998 388.876 104.715( 64.101) -1.279 0.771 0.031 0.4 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 9 -3495.371 543.635 44.479( 3.865) -1.454 1.116 0.041 0.6 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足10 -3494.376 813.608 -146.029( -186.642) -1.642 1.475 0.032 0.7 1000.0( 0.23%) 174.8 滿足側(cè)拱(從下向上等分10段): 0 -3526.134 -554.963

10、-146.029( -186.642) -1.950 1.034 0.032 0.5 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 1 -3490.107 -489.019 -40.341( -80.954) -2.201 1.086 0.015 0.5 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 2 -3459.761 -422.432 20.671( -19.942) -2.447 1.002 0.011 0.5 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 3 -3434.347 -379.734 46.202( 5.589) -2.681 0.891 0.014 0.4 100

11、0.0( 0.23%) 156.3 滿足 4 -3412.062 -361.311 52.459( 11.846) -2.904 0.799 0.018 0.4 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足 5 -3391.569 359.806 52.413( 11.799) -3.119 0.739 0.023 0.4 1000.0( 0.23%) 156.3 滿足6.2 單元分塊計(jì)算建立一環(huán)模型：圖3.1 單位厚度模型側(cè)面圖3.2 單位厚度模型正面荷載作用下的位移圖：荷載作用下的內(nèi)力圖： A塊、B塊以及B塊、C塊的連接處設(shè)置在隧道斷面彎矩最小的位置，受力合理，技術(shù)可行。 A、C塊長度3

12、.4m，寬2m，厚度0.5m，單塊重10.94t，B塊長度6.3m，寬度2m，厚度0.5m，單塊重16.2t。吊裝受力計(jì)算：6.3 局部受力分析榫槽受力計(jì)算：6.3 局部受力分析高強(qiáng)螺栓、吊環(huán)計(jì)算：試驗(yàn)研究：受力試驗(yàn)、抗?jié)B試驗(yàn)6.4 試驗(yàn)受力分析（1）應(yīng)力量測 在孫槽局部位置預(yù)埋混凝土應(yīng)力計(jì)和鋼筋應(yīng)力計(jì)，表面粘貼混凝土應(yīng)變計(jì)。（2）接頭連接力的量測 采用軸力計(jì)，分析螺栓受力情況。（3）接縫張開位移的量測 在接縫處跨縫布置裂縫計(jì)，研究在接縫張開位移與壓力關(guān)系。四、預(yù)制方法及質(zhì)量保證 裝配式預(yù)制塊采用工廠化施工，流水作業(yè)，較傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工工藝，在質(zhì)量、進(jìn)度控制、文明施工、綠色環(huán)保等方面均有較大提升。

13、工廠化預(yù)制仰拱分塊 1、仰拱預(yù)制工藝 仰拱是隧道結(jié)構(gòu)的主體，需承受外界土層壓力，地下水壓力以及隧道內(nèi)的各種動(dòng)荷載沖擊，其質(zhì)量直接關(guān)系隧道整體使用安全。 其預(yù)制質(zhì)量控制主要在以下幾個(gè)方面：2、仰拱預(yù)制質(zhì)量保障措施質(zhì)量模板控制鋼筋制作安裝混凝土質(zhì)量澆筑過程蒸汽養(yǎng)護(hù)脫模修補(bǔ)二次養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品檢驗(yàn)五、機(jī)械選用及仰拱安裝1、運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸設(shè)備采用自制轉(zhuǎn)盤運(yùn)輸車。將B塊順?biāo)淼婪较蜓b于板車上，重心位于轉(zhuǎn)盤中心，運(yùn)輸至工作面后，解鎖轉(zhuǎn)盤，旋轉(zhuǎn)90度至橫向，以便于吊裝，一次運(yùn)輸兩塊，塊之間用方木支撐。A塊、C塊一起裝車運(yùn)輸，一次運(yùn)輸四塊。2、吊裝設(shè)備吊裝裝備采用自制高低腿龍門吊，支腿分別立于仰拱填充和初期支護(hù)上，龍門吊尺寸10m9m，仰拱填充處凈高4.5m，滿足施工車輛通行要求。3、拼裝流程B塊吊裝：預(yù)制塊運(yùn)輸就位，通過棧橋移動(dòng)小車調(diào)整棧橋與仰拱填充的距離，不小于3m。B塊吊裝：用龍門吊吊裝B塊至設(shè)定位置。吊裝時(shí)進(jìn)行先軸線、后標(biāo)高精度控制。精準(zhǔn)到位后高強(qiáng)螺栓固定。A、C塊吊裝：起吊A塊，通過收放吊索，調(diào)整A塊角度，緩慢下方，完成拼接。C塊的吊裝同A塊。仰拱拼裝完成后進(jìn)行拱底注漿，確保其穩(wěn)定密貼。拼裝加注漿預(yù)計(jì)時(shí)間4小時(shí)，進(jìn)而可進(jìn)