浅谈隧洞工程衬砌的拆模时间

浅谈隧洞工程衬砌的拆模时间
摘要：隧洞钢筋混凝土衬砌的拆模时间比其它现浇钢筋混凝土结构的拆模时间要短很多，隧洞工程衬砌承重模板的拆模时间一般在24 h之内。

根据规范要求的混凝土拆模时间，结合宝瓶水电站引水隧洞工程，对承重模板的拆模时间进行了分析和论证，并进行了实践，说明提前拆模是可行和经济合理的，能够保证工程的质量和安全，为隧道衬砌施工积累了宝贵的施工经验。

关键词：混凝土衬砌、承重模板、拆模时间
1工程概况
黑河宝瓶水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县和青海省祁连县之间的黑河（界河）上的潘家河沟至夹道沟河段内，工程采用引水式开发方式，主要任务是发电，总库容2050万m3，电站额定水头132.00m，电站总装机容量为123MW，单机容量2×50＋23MW，多年平均发电量4.1375亿Kwh，年利用小时数3364h。

区内山高坡陡，海拔高程均在2475m以上。

坝址距发电厂房（左岸）8.0km，距张掖市约165km，距祁连县约27km。

枢纽经厂房至张掖有正式公路相通，张掖市有312国道及兰新铁路通过，交通条件较为便利。

引水发电隧洞布设于黑河左岸，设计引水流量98m3/s，洞身设计断面型式为园形，洞径5.8m，采用全断面钢筋混凝土衬砌。

宝瓶水电站引水隧洞混凝土衬砌施工过程中采用模板台车，拆模时间控制在16小时，工程施工期间根据规范要求的混凝土拆模时间，结合宝瓶水电站引水隧洞工程，对承重模板的拆模时间进行了分析和论证，并进行了实践，说明提前拆模是可行和经济合理的，能够保证工程的质量和安全。

为隧道衬砌施工积累了宝贵的施工经验。

2混凝土的拆模强度的规范要求
根据《水利水电工程模板施工规范》规定现浇结构的模板拆除时的混凝土强度应符合设计要求；当设计无具体要求时，侧模拆除时混凝土强度应能保证其表面及棱角不因拆除模板而受损坏。

现浇混凝土衬砌结构顶部大多属于拱的形式。

规范规定衬砌混凝土顶拱的跨度不大于8 m时，其强度应达到设计的混凝土强度标准值的75％以上才能拆模；而跨度大于8 m时，其强度应达到设计的混凝土强度标准值的100％时才能拆模。

如果按照上述强度拆模，需要经过漫长等待，拆模时间将长达14~ 28d。

但同时也规定：经过计算和试验复核，混凝土的实际强度已经能够承受自重及其它荷载时，可提前拆模。

因此，在地下工程混凝土施工中，通过仔细计算和试验复核，当衬砌结构混凝土的实际强度已经能够承受自重及其它荷载时，提前拆模是可行的。

3混凝土的荷载受力说明
隧洞衬砌拆模时间控制主要在顶拱，我们来讨论一下荷载特点：
(1)拆模时顶拱结构仅承受钢筋混凝土的自重荷载。

因为：①顶拱衬砌时
洞室已经稳定，洞室变形已经很小；②顶拱混凝土浇筑时由于工作面狭小，浇筑后混凝土收缩，顶拱中心部位混凝土和顶部围岩并未接触，存在着一定的空隙，需要经过回填灌浆才能保证紧密结合，故灌浆前顶部围岩荷载不会传到顶拱结构上；③混凝土浇筑完成后，人员、设备是无法上到顶拱混凝土结构的上面去的，拆模后的顶拱不可能存在施工人员和设备荷载；④施工期围岩渗水通过埋设的排水管排除掉了，内部不会过水，不存在内外水压力。

故顶拱拆模时，拱部钢筋混凝土结构一般只承受其自重荷载，荷载较小。

(2)隧洞工程混凝土衬砌顶部多为圆形拱，顶拱混凝土相当于弹性固定于围岩和下部混凝土上的无铰拱，由于拱的作用，使顶拱混凝土结构内的拉应力减小，甚至全部为压应力，相应的拉应力区也减小。

混凝土的抗压强度远高于其抗拉强度，这样能尽量发挥混凝土的承载能力，对提前拆模是有利的。

由于顶拱衬砌混凝土仅承受自重，再加上拱和锚杆的作用，混凝土浇筑完成后能够在较短的时间能承受自重和其它荷载。

因此，顶部拱的作用，减小了混凝土的拉应力和拉应力区的范围。

(3)为了保证运行期间衬砌钢筋混凝土结构和围岩作为一个整体受力，施工时往往将锚杆和衬砌钢筋网焊接在一起。

由于锚杆深入到围岩的内部，可以承受较大的拉力，和锚杆焊接在一起的衬砌钢筋网的重量完全由锚杆承担，不需要模板承担。

拆模时，混凝土已达到一定强度，锚杆和钢筋网一起在混凝土内部形成一个个“支座”，相当于减小了顶拱混凝土结构的跨度，大大改善了顶拱混凝土的受力，减少了混凝土所承受的拉应力。

因此，锚杆和顶部钢筋的联合作用，改善了顶拱混凝土的受力条件。

4 提前拆模的实际意义
隧洞工程混凝土衬砌模板一般采用模板台车，钢模台车造价很高，而且制造复杂，安装调试工期长，为节省工程投资，尽量减少钢模台车的数量，提高钢模台车的使用效率。

提高钢模台车的周转速度与混凝土浇筑时间有关外，还与模板的拆除时间密切相关。

衬砌浇筑完成以后，钢模台车必须要等待一定的时间，混凝土达到必要的强度才能拆除，拆模时间的长短会影响衬砌施工速度，如果能缩短拆模时间，提前拆除承重模板缩短模板周转期。

实践证明，提前拆模是可以保证质量和安全的，同时还能加快工程进度，节省工程投资
5提前拆模计算复核及经验分析
我们也对宝瓶引水隧洞顶拱混凝土衬砌进行计算复核，来证明虽然24 h内时混凝土的强度还很低，但混凝土的实际强度已经能够承受自重及其它荷载，提前拆除承重模板是可行和安全的。

前面已经说明了顶拱混凝土仅承受自重，采用有限元程序对引水隧洞顶拱混凝土进行计算，计算时混凝土的重力密度取25 kN ／m3，泊松比取0．167。

计算结果为：引水隧洞顶拱混凝土最大变形为0.42 mm，
(在顶拱中央的内侧)。

最大压应力为0.22MPa，最大拉应力为0.11 MP。

通过计算我们可以看出，由于顶拱仅承受自身的重力荷载，且由于拱的作用，顶拱
混凝土结构内的拉应力很小，引水隧洞最大拉应力为0.11MPa，拉应力仅为同期混凝土立方体抗压强度的3.6％，试验表明，混凝土的抗拉强度约为抗压强度1／10，故拉应力小于抗拉强度0.3 MPa，混凝土的拉应力区也很小，压应力为0.22MPa，远远小于同期混凝土立方体抗压强度3.0MPa。

以上计算未考虑衬砌钢筋和锚杆的作用，锚杆和衬砌钢筋焊接起来，具备较大的承载能力，但在计算中没有考虑，计算结果还有比较大的安全安危空间的。

甘肃黑河宝瓶水电站引水隧洞工程衬砌在混凝土浇筑完16h后钢模台车脱模，由于引水隧洞衬砌混凝土的跨度为5.8m，按规范，承重模板跨度小于8 m 的顶拱需要达到设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75％方能拆模，即要到21 d后才能拆模，其拆模时间提前许多。

根据由现场实验室取样试件试验资料，混凝土16 h抗压强度为3.0MPa，仅达到设计抗压强度标准值的10％左右，远低于规范规定的75％。

如果按照规范要求，我们是不能拆模的，但以往我项目部所做几个工程的都是这么早拆模的，并通过了安全鉴定、验收。

另外，我项目部对第一仓拆模的混凝土仔细观察，未见任何异常，提前拆模未出现任何安全问题，衬砌混凝土没有因提前拆模出现任何质量缺陷和质量事故，说明提前拆模是可以保证质量和安全的。

6 结语
隧洞工程混凝土衬砌和普通现浇混凝土是有区别的，衬砌结构的顶部都是拱形的，其荷载有其自身特点，拆模时衬砌混凝土的内应力并不大，拉应力及拉应力区都很小，拆模后的变形非常小，在混凝土浇筑完24 h内提前拆除承重模板是可行的，但必须经过计算和试验复核。

在保证质量和安全的前提下，提前拆模能提高模板的使用效率，大大加快工程的进度，降低工程成本, 为隧道衬砌施工积累了宝贵的施工经验。

参考文献：
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