二衬仰拱栈桥的设计与受力计算

隧道施工采用无轨运输，仰拱超前衬砌，二衬施工采用一次全幅灌注方式，一次灌注长度12 m。

为解决仰拱施工与开挖运输作业面的干扰，采用仰拱栈桥来保证仰拱施工时运输道路的通畅。

1.仰拱栈桥设计
（1）行走车辆的情况
在衬砌前，通过仰拱栈桥的主要施工机械、车辆为小松W A380A3装载机、红岩金刚自卸汽车、上海汇众砼运输车，挖掘机等，其自重、宽度等基本参数见表1。

主要施工机械车辆状况
（2）荷载的确定
根据表1，以红岩金刚自卸汽车重载时作为仰拱栈桥的验算荷载，其前桥重量12t，后桥重量为28 t。

（3）宽度及每片梁的工字钢数量
仰拱栈桥的单片宽度1.25m，中心距离2．15 m,为达到仰拱栈桥的宽度，考虑每片梁采用5组工字钢组成，工字钢的间距为15cm,总宽为1.25m。

（4）仰拱栈桥长度
根据单根工字钢的长度为12m，确定仰拱栈桥的长度为12m，计划每次捡底8m，每段的搭接长度1.5m。

（5）最不利荷载
当红岩金刚自卸汽车的第一个后轮位于过轨梁中间时，为最不利荷载，前轮与后轮的间距为3500mm,两个后轮的间距为1300mm，前轮重6T,两后轮分别重7t的荷载作用在单片梁上，梁的长度为9m。

其受力示意图为：
2.受力验算
（1）单片梁的最大弯矩
单片梁由5根工字钢拼成,由5根工字钢共同承受汽车荷载,则：
P1=6000x9.8=58.8KN
P2=7000x9.8=68.6KN
选取工字钢为I32a,其每延米重量为52.7kg/m,即q=0.52KN/m,其受力示意图为：
由汽车荷载产生的跨中最大弯矩为：
M汽=293.511KN.m
由工字钢自重产生的最大弯矩为：
M重=ql2/8=5.265KN.m
单片梁跨中最大弯矩为:
M max= M汽+ M重=293.511+5.265=298.776 KN.m
（2）工字钢的安全系数
根据最大弯矩得出工字钢最大应力，即：σ=Mmax／Wx，Wx为工钢截面模量，查表知单根I32a工字钢的载面模量为：Wx=692cm3，5根工字钢的最大应力为：
σ=Mmax／Wx=298.776x106/5x692x103=86.351MPa<215 MPa
工字钢的材料为Q235，其抗拉强度为215MPa,可知工字钢的最大应力小于其抗拉强度，安全系数为2.5，服合要求。

（3）工字钢的确定
由计算可知，使用5片I32a工字钢，其安全系数2.5,满足施工要
求。

（4）仰拱栈桥加工
每幅仰拱栈桥由两片梁板组成，每片梁板由5根I32a工字钢焊接而成，梁长12 m，工字钢间距15 cm，设8组中间连接，间距1.5m，每两根I32a工字钢中间用I20工字钢焊接联接成一个整体。

梁板上面满焊间距为10cm的Φ22钢筋。

每根工字钢间隔1.5m,采用12mm厚钢板焊接进行加劲,具体加工见图l、图2。

（5）仰拱栈桥数量确定
测定混凝土的养护时间为4d能达到行车要求，仰拱施工作业循环时间为2 d，每循环施工8 m，每幅仰拱栈桥月进尺40m。

掌子面开挖平均月进尺100m，要仰拱施工与掌子面开挖进度相匹配，需2幅(4片)仰拱栈桥才能满足要求。

仰拱栈桥梁板断面图
仰拱栈桥梁侧面示意图。