滑模技术在隧道通风竖井施工中的应用分析

汤渊

摘 要：竖井滑模施工技术是一种高效、经济、实用的技术，广泛应用于矿山、水利、交通等工程。通过将模板固定在滑模装置上，并利用液压或电动方式驱动滑模装置向上或向下移动，使竖井施工更加便捷和高效。兴业快线（北段）工程成功应用案例分析表明，滑模的结构构造、受力验算、施工方法和质量控制等技术要求要严格遵守施工步骤和注意事项，才能充分发挥竖井滑模施工的优势。

关键词：滑模；通风竖井；施工工艺；滑升

中图分类号：U459.2                            文献标识码：A                                    文章编号：2096-6903（2023）11-0045-03

0 引言

滑模施工是一种非常实用的施工方法，其能在短时间内完成竖井的施工，并且保证施工质量。相比传统的施工方法，滑模施工具有许多优点。首先，它能够减少模板的安装和拆除次数，降低施工成本。其次，竖井采用滑模施工可以连续作业，加快施工进度，提高施工效率。最后，通过滑模施工方式可以提高混凝土质量，保证施工质量。通过了解滑模施工的原理、方法、步骤和质量控制措施等，相关工程技术人员可以更好地掌握这种施工方法，提高施工效率和质量。

1 工程概况

兴业快线（北段）是连接梅华路和唐家的快速路，穿越城市住宅区和生活区，分为东西两条隧道以适应地形高差。1#通风竖井位于西线隧道附近，距离左线隧道进口2 191.708 m，内径11 m，井深86 m。2#通风竖井位于东线隧道附近，距离右线隧道进口3 122.880 m，内径11 m，井深122.5 m。通风竖井的0～7.3 m为锁扣圈，7.3～29.6 m为地面风塔结构，采用现浇钢筋混凝土进行衬砌，井身段和地下联络风道则采用复合式衬砌结构。

2 滑模结构的组成

本工程竖井二衬和中隔板混凝土施工中采用整体液压滑模进行施工。以整体钢结构作为滑模结构，并使用液压自动调平控制台控制滑模，配套JYD-60型滑模专用千斤顶。模板以液压千斤顶为滑升动力，用直径Φ48×3.5mm的钢管作为爬杆。竖井滑模主要由模板系统、操作平台系统、液压提升体系等组成，其余部分都是钢结构按桁架结构设计制作。竖井滑模组成如图1所示。

操作平台的横梁采用[10槽钢，横梁的纵横间距均为0.6 m，与提升架通过[16槽钢围圈相连，围圈沿环向通长设置，每根长0.42 m的[10槽钢钢承托围圈。平台上满铺5 cm厚木跳板。内操作平台的中心位置架设置3个出入孔，供人员上下操作平台。

3 滑模的受力计算

3.1 构件选择及性能特征

模板采用1200高钢模板，单横梁为“[]”形提升架，槽钢围圈。采用Φ48×3.5钢管支承杆，质量为3.84 kg/m，截面面积为4.89 cm2，外表面积为0.152 m2/m，弹性模量E为2.1×105 MPa。截面特征W为5.096 cm3，I为12.296 cm4，r为1.58 cm。

根据理论计算活荷载-变形曲线分析得出，在进行滑模施工时，在滑模施工中当采用Ф48×3.5钢管作为支撑杆且处于混凝土外体时，其最大悬挑长度不应超过2.5 m（采用6 t大吨位液压顶起器，工作起质量为3 t），最好控制在2.4 m以内，支撑杆的稳定性是有保障的。

GYD-60型（滚珠式）千斤顶，自身质量为25 kg，额定起重能力为6 t，工作起质量为3 t，理论行程为35 mm，实际行程在20～30 mm，工作压力为8 MPa。

3.2 計算支撑杆和千斤顶的数量

操作平台的面积为94.99 m2，取定的施工荷载为1.5 kN/m2。操作平台的施工荷载为142.5 kN，相当于15 t。模板与混凝土之间的摩阻力系数取2.0 kN/m2，计算结果为90.4 kN，相当于9 t。平台实际荷载计算包括提升架、围圈及平台檩条、平台木板、模板、高压油管、内吊架平台、斜撑等。

提升架质量分别如下：①[141.6 cm×1根×30套×25.16 kg/m=1 069 kg。②[120.55 cm×2根×30套×28.16 kg/m=2 044 kg。③[140.9 cm×1根×30套×25.16 kg/m=1 057 kg。④[140.14 cm×2道×30套×25.16 kg/m=2 113 kg。⑤[146 cm×2道×30根×25.16 kg/m=2 204 kg。⑥（10 mm厚钢板）0.252×3.14×0.01×7 850=62.12 kg。

围圈及平台檩条质量为[3.14×12×1×4道]×10.01 kg/m= 1 507 kg。平台木板（50 mm）质量按照荷载规范600～700 kg/m3，113 m2×0.05 m×0.7 t/m3=4.0 t。模板系统质量为3.14×12×1×1.2×40 kg/m2=2 261 kg。

千斤顶质量为28台×25 kg/台=700 kg。高压油管质量为300 kg。液压控制台质量为150 kg。

内吊架、平台（宽530 mm，离外库壁100 mm），施工荷载标准值（包含自重的有效荷载）为2.0 kN/m2。质量为3.14×12×1×0.53×2.0=4.0 t。斜撑质量为6.32 m×1根×30套×10.01 kg/m=1 896 kg。

料斗支架向平台直分散混凝土所产生的集中荷载计算公式如式（1）所示。

W =γc×（π×r2） × h+V                                           （1）

其中，γc为混凝土的密度，取25 kN/m3；r是料斗口的半径，取0.15；h0是料斗内混凝土表面至料斗口的最大高度，取1.3 m；h1为测定卸料时料斗口至平台卸料处的最大高度，取0.5 m；h=h0+h1，V取0.15 m3 （可能堆积的最大混凝土量）。

将上述取值代入公式，计算得W=6.95 kN，滑模施工总荷载N=15 t+9 t+24.06 t=48.06 t。

支承杆Ф48×3.5 mm允许承载力计算公式如式（2）所示。

P0=（a/K）×（99.6-0.22L）                                       （2）

式中：L=90 cm，K=2.0，a=0.8，可计算出P0=31.92 kN。L为支承杆长度，K为安全系数，a为工作条件系数，千斤顶和支撑杆的数量n可以通过公式N/P来计算，其中N表示总的垂直荷载，P表示单个千斤顶的计算承载力。支撑杆的数量应选取允许承载力和千斤顶允许承载力（通常为额定承载力的一半）之间的最小值。

根据表1得知千斤顶（GYD-60滚珠式）工作起重量为30 kN，支承承载能力杆允许值为31.92 kN。在工程竖井中，每隔不超过2 m设置一个千斤顶，总共有28个千斤顶，另外备用2个。单个千斤顶的承载能力为1.72 t，小于3 t，因此满足工程使用要求。

4 滑模的施工工艺

4.1 滑模衬砌施工工艺

滑模衬砌施工工艺主要有施工准备、码头门段施工、模板及滑升平台组装及调试、安装模板、防水层铺设、钢筋绑扎、浇筑混凝土和滑升等。

竖井井筒段衬砌在井筒开挖初期支护完后，自下而上进行。滑模安装调试完成后，首先完成各马头门段二衬浇筑施工，施工段高度约6 m。马头门施工时，将支撑杆提前预埋到位，支撑杆支撑在底板处，不得悬空[1]。马头门施工完成后逐步进行竖井井筒部位施工，待滑模滑升至锁口圈顶部时，开始进行地面以上风塔部分施工。

4.2 滑模安装

施工前，应在竖井底部放出中心十字线和断面尺寸边线，设置模板拼装基准，并标明吊装架和模板边缘的位置。施工缝处的混凝土表面应进行打磨，以便于连接。

滑模安装顺序为：起重机→围圈→斜撑→环梁→钢筋→模板→井架→操作平台→支承杆→垂直运输系统→液压系统和安全设施→脚手架。安装过程中不需要起重设备，各构件质量轻，可由人工或简易提吊设备配合进行安装。

提升架安装应按其布置、型号逐一进行，要使各提升架都在同一水平面上，并用水平尺和线锤等检查其水平和垂直度，用仪器检查其中心位置，然后临时固定。提升架安装是整个滑模装置的基准，故务必谨慎小心。

围圈安装时，应按先内后外先上后下的顺序，将各段围圈依次连接于提升架的支托或弯钩螺栓上，再将连接螺栓拧紧固定。

模板安装在钢筋绑扎验收后进行，遵循先内后外的顺序，安装内模后，必须绑扎好超过内模高度的钢筋，方可安装外模。

操作平台包括井架、平台板等，应在提升架和围圈、模板安装之后进行，各节点的连接必须牢固，受力螺栓必须紧密结合。操作平台的铺板，应与模板上口相平或稍高于模板上口（便于混凝土入模）。铺钉平台铺板前，应将内吊脚手架的部件按要求运至平台下部的基础底面上，当模板滑升到一定高度时（一般为3 m左右），应及时安装内外挂架。操作平台及挂架，均应设置防護栏杆，其高度不小于1.2 m，并应挂上安全网。

4.3 混凝土浇筑及滑模地滑升

先浇筑10 cm厚的半骨料混凝土，然后按分层30 cm浇筑第二层。当厚度达70 cm时，暂停3～5 h，待底部混凝土强度达0.3～0.4 MPa后，滑升3～6 cm。继续浇筑30 cm混凝土，根据下部混凝土硬度确定停歇时间，一般为30 min。初次浇筑和滑升过程中，全面检查模板结构和液压系统。再进行第四、五、六层的混凝土浇筑，并在每层浇筑后相应滑升6 cm、12～15 cm和20 cm。如无异常，开始安装钢筋、浇筑混凝土与模板提升操作。

试升时，先检查千斤顶是否正常工作，确认正常后，插入支承杆，安装限位卡，限位卡离千斤顶顶部的距离为300 mm。滑模提升应在钢筋绑扎后和混凝土浇筑前进行，每次滑升高度约为30 cm。根据混凝土的凝固时间、脱模强度、温度变化、劳动力配备等因素，日滑升高度应控制在约2.4 m。初始提升前，全面检查液压设备、模具结构及相关设施。正常提升时，两次提升的间隔不应超过1.5 h。在支撑杆上加装扣件限位器，以保持操作平台的水平稳定。每天作业时，保证各千斤顶的相对标高差在40 mm之内，相邻提升架上的千斤顶升差在20 mm之内[2]。

5 滑模施工质量控制

5.1 高程和轴线控制

高程测量使用水平仪将基准标高传递到支撑杆，每次使用测量尺向上测量标高，同时使用伸长的钢尺精确测量已完成的支撑墩身，在使用全站仪进行校验。轴线测量采用线锤法与激光垂度仪法结合，以平台水平为基准，在提升架横向和纵向轴线上设校准点，每次升高30 cm，调整限位器确保装置位置正确。完成后观察线锤情况，结合水平进行调整。每升高10 m，用激光垂度仪检查横向和纵向轴线，确保偏差不积累。

严格控制滑升速度，不超速，并控制各千斤顶的相对高度不能大于10 mm，相邻两提升架的千斤顶其相对高差不能大于10 mm。及时检查支承杆，发现弯曲后，先停止千斤顶工作，弯曲不大时，另用钢筋绑焊。弯曲较大时，除绑焊外，应与结构钢筋相连。弯曲严重时，应割除通下接头，重新安装，底部加垫板。在滑升过程中，每提升一次应进行中心校对，发现偏差及时纠正，纠偏过程分步进行，不能一次到位。操作平台的倾斜度应控制在1%以内，浇灌混凝土应从偏差处向相反的部位开始。发现滑升设备旋转应及时纠扭，一般采用千斤顶相邻高差产生的环向切线水平力迫使平台旋转，或改变混凝土浇注方向，用导链拉相邻提升架上下端，使提升架产生环向水平力来扭转[3]。

5.2 滑升过程中的质量控制

在提升过程中，应注意以下4点：①应对结构的垂直度、水平度、扭曲及截面尺寸等偏差进行记录和检查。②时刻关注操作平台结构、支撑杆的工作状态以及混凝土的凝固状态，并准备好紧急应对措施。③及时清理粘在模板上的多余砂浆，并清理转角模板、收分模板与活动模板之间的夹灰，以防止硬化的干灰掉入模板内并混入混凝土中。④不允许出现油污。任何被油污污染的钢筋和混凝土都应及时处理干净。

6 结束语

在兴业快线（北段）工程建设中，两个通风竖井采用了滑模施工技术。该技术为工程的顺利完成提供了支持，模板系统保证了施工精度和质量，操作平台系统为施工提供安全可靠的环境。整体液压滑模施工技术展示了高效、精确、可靠等优点，为工程的顺利完成提供有力保障，也为类似工程的施工提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 杨胡成.滑模在引水竖井混凝土施工中的运用[J].云南水力发电，2020，36（4）：135-139.

[2] 焦金军.关山隧道通风竖井滑模施工技术[J].陕西煤炭，2022， 41（4）：126-129，137.

[3] 李志富.浅谈水利隧洞竖井衬砌滑模施工技术的应用研究[J].砖瓦，2021（4）：137-138.