变断面衬砌（精选3篇）
变断面衬砌 篇1
摘要：当前国家对小型农田水利建设的投入很大, 而在小型灌溉渠道改造中大量使用预制混凝土U型槽进行防渗衬砌。但因小型灌溉渠道量大面广, 针对每条渠道如按传统设计方法确定U型槽规格的大小, 显得十分复杂而繁琐。结合江西的实际应用经验, 通过分析研究得出相对应表格, 介绍了利用表格查询合理选用U型槽规格的实用方法, 快捷简洁, 提高了设计效率。
关键词：小型渠道,U型槽,渠道衬砌,灌区改造
近些年来, 国家对农村水利建设的投入很大, 其中小型灌溉渠道的防渗衬砌占了很大的份额。通常情况下, 小型灌溉渠道防渗衬砌方式有以下几种:预制混凝土U型槽衬砌、预制混凝土板衬砌、现浇混凝土衬砌以及其他复合材料、砖、石衬砌等等。因为U型槽可采用预制装配式施工, 操作简便;且具有良好的防渗效果、水力性能及抗外力性能等优点, 省工省料省时、占地少、便于管理, 又可提前进行预制, 因此, 目前在小型灌溉渠道的防渗衬砌中应用较多。为了既满足灌溉防渗要求又节省资金, 本文就U型槽衬砌断面大小规格的选定进行了研究与探讨, 提出了简便易行之方法。
1 U型槽衬砌断面常用型式与规格
U型槽衬砌一般适合于流量Q≤0.4 m3/s的小型灌溉渠道, U型槽的制作现在绝大多数都是机械化生产, 既可保证施工质量, 又可缩短工期。经过反复的设计研究与实践论证, 形成了目前常用的U型槽横断面形式, 其横断面示意图如图1。
r为下圆弧半径, cm;h1为圆弧段水深度, h1=r (1-sin α) , cm;α为直立段外倾角度, 根据相关研究成果及市场现有U型槽模具规格, 取α=14°;θ为圆弧段圆心角, θ=180°-2α;h2为圆弧段以上至水面的深度, cm;h为总水深, cm;H为衬砌渠槽深度, cm;B为衬砌渠槽口宽, cm; a, a1为渠堤和衬砌超高, m;δ为衬砌厚度, cm;b为两翼伸出长度, 一般采用 (2～3) δ, 其作用是增加渠槽刚度并防止地表水进入衬砌体与基土的结合面, cm;i1为渠堤顶面向外的坡度, 一般采用1/30～1/50。
U型槽的常用大小规格为UD30～80 (D=2r, 即直径, 单位cm, UD即U型槽规格, UD30即直径D为30 cm的U型槽) 。按照渠道设计流量、比降的不同, 采用不同规格的预制混凝土U型槽。断面设计时, 计算糙率取n=0.014, 渠堤超高取a=0.2 m, 衬砌超高取a1=0.1 m。
2 U型槽大小规格的选定
2.1 计算出不同直径、水深、比降的相对应流量表。
U型槽断面直径、水深、比降是确定其过流能力的三要素, 通常在已知直径D、水深h、比降i的情况下, 按照明渠均匀流流量计算式 (1) , 计算流量, 并根据计算流量和设计流量的差值, 调整直径D或水深h。
式中:Q为流量, m3/s;W为过水断面面积, m2;R为水力半径, m, 即w/x (x为湿周) ;C为谢才系数;i为渠底比降。
为了查算方便, 表1给出了不同直径、水深、比降相对应的流量表, 同时, 结合江西的实际经验, 给出了对应的渠深H和U型槽的厚度, 供实际应用参考。
2.2 U型槽大小规格的选定
在已知渠道设计流量和渠道比降情况下, 选择何种规格的U型槽, 是我们经常要遇到的问题。现在这问题变得简单了, 根据以上“不同直径、水深、比降相对应流量表”, 即可选定合适规格的U型槽型号。在此要强调的是, 在已知渠道设计流量和渠道比降选择U型槽型号时, 应优先选用深窄式槽, 也就是直径小, 水深较深的U型槽, 一是可以减少占用土地面积, 二是有利于抬高水面线便于自流灌溉。此外, 如实际比降与表中所列比降不一致, 可采用“内插法”选定。
现举例如下:
某渠道设计流量Q=0.1 m3/s, 渠底比降i=1/1 500, 采用预制混凝土U型槽衬砌。
查“不同直径、水深、比降相对应流量表”, 比降i1=1/1 500列, 满足流量要求的有UD50深50 cm槽和UD60深45 cm槽, 按优先选用深窄式槽的原则, 选定槽型为UD50深50 cmU型槽。
3 结 语
小型灌区改造、大中型灌区田间配套、土地整理等, 都涉及末级渠道的防渗衬砌。U型槽以机械化生产、防渗效果好等优点, 被广泛使用。在总结实践经验的基础上, 通过水力计算, 制作实用的图表, 可为快捷、方便选型提供便利。
参考文献
[1]田富.实用水利技术手册[M].北京:中国水利水电出版社, 1995.
[2]水利电力部西北水利科学研究所.小型水利水电工程设计图集渠道防渗衬砌分册[M].北京:水利电力出版社, 1983.
变断面衬砌 篇2
北京地铁五号线雍和宫站位于北二环雍和宫桥南侧的雍和宫大街下,现状道路的西侧。车站东侧距雍和宫红墙的最近距离约17 m,北侧为北二环的辅路和雍和宫立交桥,北二环北侧为护城河,东北侧为环线地铁雍和宫站。该站在环线地铁雍和宫站的下方穿过,与环线地铁呈“L”字型换乘。
车站的规模受环线预留换乘节点(右线利用既有的换乘节点)和北京地铁五号线盾构试验段(雍和宫—北新桥)区间工程的限制,长约126 m,宽31.45 m。车站南端约104 m长的范围采用明挖顺作法施工,为四跨三层矩形框架结构;北端约21.45 m(局部27.4 m)长的范围位于北二环的辅路下,采用暗挖法施工,为满足建筑功能和单向换乘的要求,该段结构为四跨结构,其中三跨为双层,一跨为三层。结构总高为13.57 m(双层)和18.37 m(三层),顶板覆土厚度为10.4 m(双层结构)和5.5 m(三层结构)。
该工程是国内首次采用浅埋大跨度多层多跨矩形框架暗挖技术设计施工的地铁车站,是目前国内规模最大的矩形框架暗挖断面,整个断面横向分9个导洞,纵向分3个导洞,共22个小导洞进行开挖。
2 周围环境及地下管线情况
周边环境复杂,其东侧为雍和宫重点文物保护古建筑群,距雍和宫外墙只有17 m,结构上方为二环辅路,距雍和宫桥桩也很近,二环辅路下埋设的管线主要有:800×1 100电信管孔、Φ600雨污水及Φ600上水管线、Φ600污水管线、Φ400燃气管线。1 100×2 000电力方沟埋深为3.6 m,加底板保护层埋深约4.5 m。在施工监测过程中应对周边环境和管线位置处的地表沉降进行重点监测。
3 施工监测方案
1)地表沉降观测。
根据现场实际情况,在暗挖段顶部和雍和宫大街两侧的地表共布置45个测点。利用上述45个测点监测施工过程中地表沉降变形情况。
2)初衬顶板沉降观测。
暗挖段横向分9个导洞,纵向分3个
导洞,根据施工步骤先施工Ⅰ号,Ⅴ号,Ⅸ号导洞;再依次施工Ⅲ号,Ⅶ号导洞;然后施工Ⅱ号,Ⅳ号,Ⅵ号,Ⅷ号导洞。沿结构纵向每8 m设一组观测断面,初衬顶板沉降点布置如图1所示。
3)初衬收敛观测。
布点原则与初衬顶板沉降观测相同,初衬收敛测点布置如图2所示。
4 监测结果分析
4.1 地表沉降规律分析
针对地表沉降变形监测结果,主要从时间和空间(横向、纵向)两个方面对地表沉降变形规律进行分析,如图3所示。
1)各点的沉降变形速率随着施工阶段的推进不断变化,并在开挖Ⅰ号,Ⅴ号,Ⅸ号下导洞和Ⅱ号,Ⅳ号,Ⅵ号,Ⅷ号上导洞时出现两个高峰,沉降速率较大。这种情况的出现,并不一定仅仅与这两步开挖有关,有可能是由于施工工序间隔时间短,前几步开挖沉降变形的同时叠加所致。
2)二衬施工完毕的1个月～2个月后,变形逐渐趋于稳定,但随着中隔板、中隔壁的拆除和中部导洞的开挖,地表沉降值有所增加,此时应分段拆除中隔板、中隔壁,及时采取有效的受力转换措施,并加强监控。
4.2 初衬顶板沉降规律分析
为更好地掌握施工期间隧道初衬的顶板沉降情况,确保施工的安全,对初衬顶板的沉降变形进行了监测。监测点布置如图4所示。
4.2.1 初衬顶板沉降变形随时间(工况)变化规律分析
选取监测时间较长,监测数据较完整的A1进行分析可知:
1)隧道掌子面经过A1监测点时,洞顶沉降变化速率较大;随着掌子面的推进,沉降速率减缓,并趋于稳定,上导洞开挖引起的沉降约占总沉降量的50%～60%。
2)中导洞和下导洞的开挖进一步加剧了初衬顶板的沉降,下导洞开挖完毕后,沉降趋于稳定,总沉降保持在20 mm左右。
4.2.2 初衬顶板沉降变形随空间(纵向)变化规律分析
1)Ⅰ号上导洞A1,B1,C1,D1这四个点的初衬顶板沉降规律基本一致,但沿隧道纵向,中间部位的洞顶沉降变形数值大于两个端部,这与地表变形规律基本一致。
2)C5处的洞顶沉降小于两端其他各点,说明初衬顶板沉降变形还受施工等其他因素的影响。
4.3 初衬侧墙收敛变形规律分析
针对初衬侧墙收敛变形监测结果,主要从时间(工况)和空间(纵向)两个方面对初衬侧墙收敛变形规律进行分析。
4.3.1 初衬侧墙收敛变形随时间(工况)变化规律分析
与洞顶沉降结果分析时选取Ⅰ号上导洞A1监测点对应,选取Ⅰ号上导洞侧墙水平收敛监测点11A-11B,由侧墙水平收敛随时间和施工工序的变形规律可知:
1)隧道掌子面经过11A-11B监测点时,侧墙水平收敛变化极为明显,收敛速率较大。随着掌子面的推进,收敛速率未见减缓,收敛变形并未渐渐趋于稳定。与洞顶沉降变形相比,侧墙水平收敛的变形周期明显加长。
2)中导洞的开挖进一步加剧了侧墙水平收敛变形,但下导洞的开挖对上导洞侧墙水平收敛的影响不是十分明显,在此期间,上导洞的侧墙水平收敛渐渐趋于稳定。与洞顶沉降变形不同,Ⅲ号上导洞的开挖对11A-11B再一次产生了较为强烈的影响,侧墙水平收敛的最大值为7 mm～8 mm。
4.3.2 初衬侧墙收敛变形随空间变化规律分析
从Ⅰ号上导洞、Ⅰ号中导洞和Ⅴ号上导洞的侧墙水平收敛变形趋势可以看出:
1)Ⅰ号上导洞和中导洞的四个侧墙水平收敛的变形规律基本一致,但沿隧道纵向,中间部位的侧墙水平收敛变形数值大于两个端部,这与地面变形基本一致。
2)13A′-13B′侧墙水平收敛的最终变形值达到近12 mm,说明侧墙水平收敛变形还受施工等其他因素的影响。
3)通过对比发现Ⅴ号上导洞的侧墙水平收敛数值比Ⅰ号收敛变形的数值要大,而中导洞的收敛数值要大于上导洞,所以应加强中导洞、下导洞及处于隧道中间位置的其他导洞的侧墙水平收敛监测,特别是在开挖新的导洞和开凿中隔板、中隔壁这种产生结构应力转换传递的关键阶段。
5 结语
该工程是国内首次采用浅埋大跨度多层多跨矩形框架暗挖技术设计施工的地铁车站。施工过程中采用多手段对各工况的地表沉降和结构应力应变状况进行全面的现场监控量测,实测结果表明:
1)雍和宫暗挖段采用多层多跨矩形框架暗挖技术,在保证洞内变形符合规范要求的前提下,解决了工程难题,社会经济效益显著;
2)雍和宫暗挖段中隔板临时支撑有效地控制了初衬侧墙的水平变形,改善了初衬结构的变形和受力状况,也为上下导洞的分层开挖和支护施工创造了良好的工作条件。
参考文献
变断面衬砌 篇3
北京地铁5号线崇文门—东单区间隧道南北走向,全长621.063 m。区间隧道为双线隧道,左右线间距16.8 m。左线主要下穿崇文门内大街,右线基本位于密集民房下方。在地铁5号线K7+535.79处设新建5号线与既有1号线的联络线。考虑运营时,地铁1号线与既有5号线之间车辆互通,在区间的左右线间设单边渡线。渡线、联络线与区间正线形成3个交叉口大断面。每个交叉口大断面均由H形断面,G形断面,F形断面,E形断面,D形断面,C形断面,J形断面等不同断面组成。具体见图1。
2 二次衬砌施工方法
2.1 施工工艺
考虑渡线交叉口两端标准断面二次衬砌已经完成,利用空间“梁效应”,从中间小断面C,J断面向两侧D,E,F,G,H断面依次衬砌(见图2)。
按照施工顺序对于断面较大的H,G,F断面的临时支撑分段拆除;对于E,D,J,C断面相对较小的,考虑按照施工顺序一次性拆除临时支撑,施工按照底板、边墙、拱部3次浇筑。
二次衬砌底板采用木模板,边墙采用钢模板+方木支撑+碗扣式脚手架,拱部采用钢模+弧形木板拱架+碗扣式脚手架施工。
由于H,G,F形断面结构尺寸较大,考虑拆除的安全,具体措施如下。
2.1.1 纵向分段拆除临时支撑
考虑大断面二衬施作空间,同时防止全部拆除造成拱顶下沉,G,H,F断面临时支撑拆除分为两阶段(见图3):
第一阶段:先拆除中间4 m～6 m范围内临时支撑,清理基面,施作防水及衬砌。
第二阶段:拆除剩余支撑,拆除时根据纵向衬砌顺序依次拆除。
2.1.2 大断面衬砌步序
大断面衬砌步序如图4所示。
1)清底,底板铺设防水板,施作垫层及中间底板二衬①;2)采用Ⅰ22将中隔壁支撑坐在底板二衬混凝土上;3)拆除两侧临时支撑Ⅲ,割断中隔壁下部临时支撑,两侧底板铺设防水板,施作垫层及底板二衬混凝土②;4)清理基面,施作防水及边墙二衬③;5)拆除两侧临时支撑Ⅳ,清理基面,施作两侧拱部二衬④,拱部混凝土与中隔壁采用型钢支撑连接;6)拆除剩余临时支撑,浇筑拱部混凝土⑤。
根据现场施工条件,采用这种方法相对操作空间大,同时支撑体系完整,有利于结构稳定,也容易保护防水板,使防水板不被破坏,以及钢筋绑扎、焊接、二衬混凝土的施工质量更容易保证。
2.2 防水施工
防水板铺设要求对初支混凝土面进行处理。基面处理工艺要求结构不允许漏水,表面可有少量、偶见的湿渍。总湿渍面积不大于总防水面积的6/1 000,单个湿渍最大面积不大于0.2 m2。区间隧道防水层设计为无纺布+ECB防水板,均采用无钉孔铺设。
2.3 混凝土施工
2.3.1 底板二衬施工
1)底板二衬施工。
按防水板施工交底要求铺设完底部防水层,检查合格后施作保护层。
2)底板关模。
底板钢筋检查合格后准备关模;底板与边墙施工缝位置为轨顶标高上550 mm,为保护防水板,靠防水板侧底板钢筋端头套塑料管。底模每侧采用方木作骨架,在方木外侧钉4 cm厚的木板,在木板外钉上8 mm厚玻璃板加工的木模,木模底板钢筋预焊定位钢筋;模板横向架设3道方木横撑,缝隙采用木楔楔紧,防止跑浆,堵头采用30 mm厚木板关紧,固定牢固。模板安装时应做好施工缝处防水板及止水带的保护。
3)混凝土施工。
混凝土工程属于隐蔽工程,在浇筑前应进行隐蔽工程验收,检查浇筑项目的轴线和标高,以及模板、支架、预埋件的正确性和安全性。
底板混凝土一次浇筑;边墙处需分层循环浇筑,分层厚度为50 cm左右。混凝土浇筑时间同一施工段应尽量连续浇筑,并应在底层混凝土初凝之前将上一层混凝土浇筑完毕,间隔时间C30混凝土在气温低于25 ℃时不得超过210 min、高于25 ℃时不得超过180 min,采用插入式振捣棒。浇筑完后及时进行养护。
2.3.2 边墙二衬施工
1)边墙关模。
边墙及拱部(两侧)模板采用钢模板+方木支撑+脚手架,采用200钢模板,立档采用12 cm×12 cm方木,纵向每750 mm一列;牵杠采用12 cm×12 cm方木,竖向每600 mm一道。
2)混凝土施工。
施工工艺与底板混凝土浇筑相同。
2.3.3 拱部二衬施工
边墙及拱部两侧混凝土达到设计强度后,保留支撑体系,割断中隔壁上部部分,进行换撑,施作基面处理,施作拱部防水板,绑扎拱部钢筋,详细检查预埋件位置、数量,防止遗漏,浇筑完成后拆除整体支撑;拱部模板采用钢模+弧形木板拱架+碗扣式脚手架,模板采用200 mm×1 500 mm×50 mm定型钢模;固定钢模采用木支撑体系,外环支撑采用木板刨成弧形拱架,下侧采用12 cm×12 cm方木直撑+斜撑固定,形成良好的托架体系。拱部支撑体系架设前,需架设纵向方木支撑,间距600 mm。
由于拱部混凝土浇筑压力大,所有支撑体系必须严格检查,剪刀撑、斜撑以及拐角加强撑必须仔细检查,方木间铁丝和钯钉固定牢靠。
堵头采用厚木板加工,尺寸由木工现场确定,由于采用定形钢模,中间无法设置浇筑孔和观察孔,故在拱顶正中设置浇筑孔和观察孔,该处模板采用木板单独加工,最后预留管浇筑拱顶混凝土。
3 结语
二次衬砌混凝土浇筑属于特殊过程和关键工序,钢筋工程属于隐蔽工程,因此要严格控制施工过程并检验,应采用技术、质检、试验和施工人员4方联合值班控制,严把质量关。北京地铁通过二次衬砌质量优良,经无损检测合格率达100%,使用正常。
参考文献
[1]黄成俊.马鞘岭隧道F7断层初期支护与二次衬砌接触压力估算[J].铁道建筑技术,2004(sup):23-24.
[2]赵光泉,孔保德.大跨度地铁隧道二次衬砌施工技术[J].铁道建筑,2006(10):30-31.