9無門架新型隧道模板臺車襯砌施工工法工法

1、無門架新型隧道模板臺車襯砌施工工法中鐵隧道集團(tuán)有限公司n1 .前言近幾十年來，門架式臺車一直擔(dān)負(fù)著我國隧道襯砌施工任務(wù)，在施工實踐中經(jīng)過不斷改進(jìn)， 克服了諸多難題，但門架式襯砌臺車因設(shè)計制造的局限性，一些問題一直延續(xù)至今，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜 性、變斷面襯砌工藝復(fù)雜、隧道通風(fēng)阻力大等問題。無門架新型隧道模板臺車較好地解決了上 述問題，還增加了許多新的主要功能和輔助功能。如自動控制模板在襯砌過程中的位移變形和 自動清理、配管等。無門架新型隧道模板臺車不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全液壓立模、脫模、自動行走，而 且具有襯砌表面光潔度高，襯砌工藝簡單，操作方便，定位速度快，改善了隧道通風(fēng)等特點。本工法的開發(fā)依托鐵道部科研課題隧

2、道快速施工關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究其中的子課題新 型鋼模板臺車研究設(shè)計項目，由中鐵隧道集團(tuán)有限公司在貴廣鐵路同馬山隧道、南廣鐵路五 指山隧道和云桂鐵路富寧隧道施工中成功的應(yīng)用了該項研究成果，總結(jié)形成了該工法。2 .工法特點2.1 本工法所采用的無門架新型隧道模板臺車，其設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎，現(xiàn)代化程度高，增大了有 效凈空面積，減小了隧道排風(fēng)阻力。2.2 本工法采用的新型臺車結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，操作方便，整體剛度大，結(jié)構(gòu)變形小，穩(wěn)定性可靠。2.3 襯砌施工過程中臺車定位速度快，接管、澆筑、振搗容易，不易跑模，能提高襯砌混凝 土的內(nèi)在和外觀質(zhì)量。2.4 本工法循環(huán)作業(yè)時間短，能較大提升襯砌施工能力，文明環(huán)保，施工安全性提

3、高。3 .適用范圍本工法適用于鐵路、公路、水利、市政等領(lǐng)域中，先施作仰拱、填充，后進(jìn)行拱墻整體襯 砌的隧道工程。4 .工藝原理無門架新型隧道模板臺車，整套模板系統(tǒng)通過八個小臂與底部平臺的滑動機(jī)構(gòu)連接，滑動 機(jī)構(gòu)通過底部平臺側(cè)面的四個油缸實現(xiàn)邊模的開合，從而實現(xiàn)立模與收模；該模板臺車微調(diào)性 能好，下部安裝有模板臺車自動報警裝置，通過一套位移傳感器控制模板襯砌過程中的位移， 可使錯臺減小，襯砌表面平整度提高；增加了伸縮底模，可使底模與仰拱緊密接觸，實現(xiàn)了襯 砌不跑模；臺車內(nèi)凈空增加，減少了風(fēng)阻，改善了大直徑通風(fēng)管的穿越條件；底部平臺上方為 車輛行走平臺，臺車作業(yè)時，支撐在地面，供車輛行走；臺車移動

4、時，四個舉升油缸將底部平 臺升起，一并行走。5 .施工工藝流程及操作要點5.1所示。5.1 施工工藝流程無門架新型隧道模板臺車襯砌施工工藝流程圖見圖推我臺日設(shè)計木工州裝圖5.1 無門架新型隧道模板臺車襯砌施工工藝流程圖5.2 操作要點5.2.1 模板臺車設(shè)計、加工、組裝無門架新型隧道模板臺車，由臺車模板總成、底部平臺、液壓系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)組成，其主 要結(jié)構(gòu)見圖5.2.1 。臺車組裝時，以前進(jìn)方向模板為首根模板，先安裝第三根模板。整體往洞內(nèi)運輸順序為：基礎(chǔ) 底架一橫移架一第三根下模板及花架支撐一第四根下模板及花架支撐一第五根下模板，待上述安裝 完畢后再運輸?shù)谒母夏０暹M(jìn)行安裝，然后依次對第六、

5、七、八根下模板及其上模板進(jìn)行運輸安裝。 待此側(cè)安裝完畢后，將其余模板運至另一側(cè)進(jìn)行反向安裝。圖5.2.1為無門架新型隧道模板臺車結(jié)構(gòu)示意圖。DD-i 一 I 二二二二二一 E = =-一E =丁二二注：圖中1-20分別表示：1、頂模板總成 2、邊模板總成 3、基礎(chǔ)底架4 、支撐底架5、車輛行走支架 6、風(fēng)筒安裝架 7、排氣管8、行走裝置9 、升降油缸10、平移油缸11、展開油缸（下）12、展開油缸（上）13 、固定連接桿 14、底模展開油缸 15、連接絲杠（一）16、連接絲杠（二）17、連接絲杠（三）18、工作窗19、注漿口 20、行走梯圖5.2.1 A-A 截面示意圖5.2.2 變斷面操作(

6、1)變斷面方式一一弧長變換方式當(dāng)斷面改變時，設(shè)計襯砌面的弧長也會改變。模板總成制造好后弧長是不變的，在以往的常規(guī)隧道變斷面襯砌采用梅花瓣模板方式時，通過加減 底?；蚋淖冮T架的方式來解決模板弧長與斷面加大或縮小后的弧長不相等問題。無門架新型隧道模 板臺車采用加減底模方式，將邊模與底模的接縫布置在水溝蓋板底部標(biāo)高線以下，底模通過改變伸 縮底模與邊墻基礎(chǔ)搭接來解決周長改變問題(如圖5.2.2-1所示)。通過這種設(shè)計解決了不拆裝結(jié)構(gòu)而又能進(jìn)行斷面變換問題。U'河R=6410mm伸維嫌狀態(tài)R二6580mm佛支窩讓圖5.2.2-1變斷面原理示意圖(2)斷面變換操作當(dāng)需要適應(yīng)加寬斷面時，去除固定連接

7、桿三角座上螺栓，伸出上展開油缸，待油缸支撐到位， 旋轉(zhuǎn)三角座，使之另一面螺栓孔與下模板上螺栓栓孔對齊，栓接完畢，則上下模板發(fā)生適當(dāng)旋轉(zhuǎn)位 移，即可適應(yīng)加寬斷面狀態(tài)。調(diào)整完畢后，上、下模板仍為一整剛體，此時立、收模操作方式與標(biāo) 準(zhǔn)斷面時相同。采用上述方式進(jìn)行斷面變換所需要的操作工序比較簡單，快速方便，節(jié)省時間，降低施工成本 (如圖5.2.2-2 所示)。R=ft50grri圖5.2.2-2變斷面操作過程示意圖5.2.3 臺車行走前準(zhǔn)備(1)臺車行走前要檢查地螺桿是否旋起，防止損壞螺桿及臺車。(2)臺車行走底模和邊模應(yīng)處于收回狀態(tài)，防止臺車行走時與其他物體發(fā)生干涉；橫移油缸應(yīng) 處于中間狀態(tài)，使橫移

8、架處于中間可調(diào)整位置。(3)臺車行走前要清理仰拱地面，防止臺車到位后出現(xiàn)棧橋無法與地面有效接觸、損壞棧橋的 現(xiàn)象發(fā)生。(4)臺車行走應(yīng)清除臺車周圍的物品，防止行走時刮傷模板表面和碰撞臺車。(5)臺車行走前檢查臺車的電纜線應(yīng)整理好。(6)臺車行走前要鋪放好導(dǎo)軌，枕木鋪設(shè)完成后，導(dǎo)軌的鋪設(shè)要嚴(yán)格關(guān)于隧道中線對稱，防止 中線偏移過大，而使橫移架難以滿足臺車中線的調(diào)整需要。5.2.4 臺車行走在臺車行走的過程中要密切觀察臺車是否與其他物體發(fā)生碰撞，電纜線拖動是否順利，導(dǎo)軌是 否發(fā)生傾斜，以防止事故發(fā)生。一旦有問題出現(xiàn)，要立即停車，將問題排除后再進(jìn)行行走。如果導(dǎo) 軌傾斜嚴(yán)重，要將臺車退回，將導(dǎo)軌擺正后再

9、進(jìn)行移動臺車，以防止導(dǎo)軌翻轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。5.2.5 臺車就位前的準(zhǔn)備在臺車就位前要清除臺車表面粘附的混凝土塊，并均勻涂上脫模劑，以防止影響脫模及襯砌的 表面質(zhì)量。5.2.6 臺車就位就位時先就位臺車的后端面，再就位臺車的前端面，兩個端面的就位方法相同，所以這里就介紹后端面的就位過程。首先要將模板的中線與隧道的中線對齊。均勻升起四個升降油缸，將臺車升起使模板的最高點與上環(huán)襯砌的最高點相距大約5cm左右，然后通過橫移油缸調(diào)整模板臺車，使模板臺車的中線與隧道中線對齊，其次將邊模展開。將中心線對齊后，伸出邊模油缸，將兩側(cè)邊模推到距上次襯砌面約 7cm的地方，根據(jù)觀察搭接模與襯砌間的縫隙，對模板進(jìn)行進(jìn)一

10、步的調(diào)整，消除模板與襯砌間的縫 隙。最后展開底模，將伸縮底模拉出即完成就位。測量組配合襯砌班組進(jìn)行模板臺車就位，其中線、標(biāo)高、斷面尺寸和凈空大小必須符合設(shè)計圖 紙要求。5.2.7 加固臺車為保證臺車在澆筑混凝土?xí)r油缸基本不受力，就位完成后要對臺車進(jìn)行加固。將底部螺桿向下旋緊，保證底部螺桿與地面有效接觸。安裝邊模絲桿，將邊模固定，然后安裝底模絲桿。安裝完成后，要多次反復(fù)旋緊各絲桿，以保 證每個絲桿都要旋緊。5.2.8 澆筑混凝土拱墻二次襯砌采用無門架新型隧道模板臺車、混凝土攪拌運輸車運輸、泵送混凝土灌注，振搗 器搗固，堵頭模板采用木模。灌注混凝土?xí)r兩側(cè)要盡量均勻灌注，振動棒振搗。當(dāng)混凝土高度達(dá)到

11、 第一個作業(yè)窗的位置時，開啟輔助振動器，振動器要間斷開啟，且每次開啟時間不宜過長，應(yīng)控制 在30s以內(nèi)。當(dāng)混凝土注入高度達(dá)到邊模與頂模較接位置時，振動器開啟時間可根據(jù)需要適當(dāng)延長。5.2.9 脫模脫模時要先拆除邊模絲桿及底模絲桿，然后將升降油缸的螺桿旋下，將頂部的抗浮螺桿旋下。 之后收起底模，將邊模收回，緩慢降下升降油缸進(jìn)行脫模，當(dāng)脫模完成后，將底部螺桿旋起，并將 橫移架移動到中間位置，為下次就位做準(zhǔn)備。5.2.10 注意事項(1)在就位過程中，操作油缸時一定要使同類油缸均勻伸縮，如果油缸伸縮差別太大，則可能 導(dǎo)致油缸產(chǎn)生嚴(yán)重的徑向變形，而使油缸無法正常伸出。(2)在加固臺車過程中，要保證每個

12、絲桿都是向外頂緊，而不是向內(nèi)拉緊，否則可能出現(xiàn)模板 變形的現(xiàn)象。旋緊頂部的抗浮螺桿，將螺桿頂?shù)蕉错?，以防止在灌注時臺車產(chǎn)生上浮。5.3 勞動力組織根據(jù)施工現(xiàn)場工程量和施工環(huán)境情況，勞動力組織見表5.3.表5.3勞動力組織情況表序號工種所需人數(shù)備注1技術(shù)人員2負(fù)責(zé)現(xiàn)場管理和技術(shù)工作2工班長1協(xié)助技術(shù)人員工作，負(fù)責(zé)勞動力安排3拌合站司機(jī)1負(fù)責(zé)攪拌混硼土4裝載機(jī)司機(jī)1負(fù)責(zé)拌合站上料5罐車司機(jī)4負(fù)責(zé)運輸混凝土6混凝土工6負(fù)責(zé)澆建L混硼土7電工1負(fù)責(zé)電力供應(yīng)、照明等8焊工2負(fù)責(zé)施工過程中的焊接9木工6負(fù)責(zé)堵頭模板安裝10安全防護(hù)1負(fù)責(zé)現(xiàn)場安全工作合計256 .材料與設(shè)備本工法所用材料已在施工工藝流程及操

13、作要點中說明，無需特別說明的材料，采用的機(jī)具設(shè)備 見表6.1。表6.1機(jī)具設(shè)備表序號設(shè)備名稱規(guī)格、型號單位數(shù)量備注1裝載機(jī)ZLC50臺12拌和機(jī)HZS120座13混凝土運輸車_ 38m輛44輸送泵HBT60A臺15無門架新型隧道模板臺車12m臺16振動棒ZX-50-8臺47 .質(zhì)量控制7.1 工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)無門架新型隧道模板臺車施工質(zhì)量執(zhí)行客運專線鐵路隧道工程施工指南(TZ214-2005)以及客運專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)鐵建設(shè)2005160號的標(biāo)準(zhǔn)。7.2 質(zhì)量保證措施7.2.1 堵頭模板安裝必須穩(wěn)固牢靠，接縫嚴(yán)密，不得漏漿。7.2.2 操作油缸時一定要使同類油缸均勻伸縮，防止油缸

14、產(chǎn)生較嚴(yán)重的徑向變形。7.2.3 堵頭模板安裝時，先用鋼釬將伸縮底模固定好，各伸縮底模間的縫隙要用適當(dāng)?shù)哪緣K填 堵，確保不出現(xiàn)較大的錯臺而影響襯砌外觀質(zhì)量。7.2.4 混凝土澆筑時，泵送混凝土入倉自下而上，分層對稱澆筑，防止偏壓使模板變形。當(dāng)混凝土澆注達(dá)到第一個作業(yè)窗口位置時，間斷開啟輔助振動器，每次開啟的時間不宜過長，控制在30s以內(nèi)。7.2.5 在混凝土澆筑時，若出現(xiàn)臺車位移控制傳感器自動報警，應(yīng)立即停止?jié)仓炷?，檢查 臺車中的絲桿是否擰緊，加固措施是否到位。8 .安全措施8.1 必須遵守建筑安裝工人安全技術(shù)操作規(guī)程及建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程外。8.2 無門架新型隧道模板臺車動力電源電壓

15、為380V,電工必須經(jīng)過培訓(xùn)方可上崗，操作時需穿絕緣虹。8.3 臺車行走前必須認(rèn)真檢查車輛行走平臺離地面的高度，防止平臺與地面副擦，拉壞臺車。而且在行走前必須檢查各操作平臺上物品是否擺放穩(wěn)妥，確保人、物安全。8.4 車輛行走平臺下方支撐必須墊穩(wěn)，不得臨空，防止車輛行走導(dǎo)致平臺架變形，牽連臺車變形。8.5 由于臺車受力部位為模板總成，應(yīng)注意經(jīng)常對模板臺車模板進(jìn)行清理，以便觀察各個部位 的變形狀態(tài)。8.6 在車輛行走平臺前方應(yīng)做好警示標(biāo)識。過往車輛通過車輛行走平臺時，要減緩行車速度， 謹(jǐn)慎操作，安全通過。8.7 不得從臺車操作平臺上向下拋投物品，防止砸壞車輛行走平臺，影響行車。9 .環(huán)保措施9.1

16、 無門架新型隧道模板臺車在安裝、拆卸過程中應(yīng)注意潤滑油、機(jī)油等對環(huán)境的污染。9.2 由于無門架新型隧道模板臺車采用的都是重型鋼材，材質(zhì)較好，在使用過程中應(yīng)注意保護(hù)， 不要被碰撞損壞，以便重復(fù)利用。9.3 應(yīng)隨時保持臺車的清潔，以便觀察臺車的運行狀態(tài)。防止達(dá)到極限破壞，導(dǎo)致浪費。9.4 車輛行走平臺下方必須支撐、墊設(shè)穩(wěn)固，減少車輛通行產(chǎn)生噪音。10 .效益分析10.1 本工法能快速的進(jìn)行施工，減小了循環(huán)作業(yè)時間，保證了施工步距，避免了因施工步距不 達(dá)標(biāo)而引起的掌子面停工，在保證安全的前提下加快進(jìn)度節(jié)省人工、機(jī)械費，從而節(jié)約了成本。10.2 無門架新型隧道模板臺車與舊式門架臺車相比，凈空面積增加了

17、47%減小了阻風(fēng)率，通 風(fēng)更加順暢，改善了洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境。10.3 無門架新型隧道模板臺車移位、定位時間快，循環(huán)作業(yè)時間減小，縮短了工期，同時在施 工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、形象等方面取得了良好的效果，贏得了業(yè)主和社會各界的廣泛好評。11 . 應(yīng)用實例11.1 工程實例一11.1.1 工程概況新建云桂鐵路云南段站前工程I標(biāo)富寧隧道位于云南省文山州富寧縣境內(nèi)，全長13625m,富寧隧道 2 號橫洞及富寧隧道出口位于富寧縣新華鎮(zhèn)。由中鐵隧道集團(tuán)有限公司富寧隧道出口項目部承 擔(dān)施工任務(wù)。富寧隧道出口施工里程為D4K349+014D4K352+651,長3637m,其中山級圍巖 1475m, IV級圍巖178

18、5m, V級圍巖 368m,明洞9m11.1.2 工程施工情況無門架新型隧道模板臺車主要在出口段正洞采用。其施作里程為：D4K352+169.7D4K352+491;開始時間為：2010年12月20日，共施工了 27組（共321.3m）,每組循環(huán)時間平均為：16h,作業(yè)人員減少為：4人。經(jīng)檢測，襯砌平整度均控制在2mm內(nèi)，相鄰兩組錯臺均控制在5mm內(nèi)，襯砌斷面凈空符合設(shè)計要求。其通風(fēng)效果為：粉塵濃度10%A上游離二氧化硅小于2mg/m3,較原門架3 式臺車時減少6mg/m。通過無門架新型隧道模板臺車的應(yīng)用充分證明：臺車就位速度快，相鄰兩組襯砌間的錯臺大大減小，襯砌表面光潔度高，循環(huán)作業(yè)時間縮短

19、，提高了襯砌的施工能力，保證了隧道的施工步距， 大大降低了安全隱患，提高了工程質(zhì)量。11.1.3 應(yīng)用效果1） 針對新建云桂鐵路富寧隧道出口，采用無門架新型隧道模板臺車施作二次襯砌施工，面對襯砌斷面大，襯砌困難，無門架新型隧道模板臺車經(jīng)受住了嚴(yán)酷的考驗。未出現(xiàn)過二次襯砌施工質(zhì)量 問題及模板臺車安全事故。2） 采用無門架新型隧道模板臺車施工襯砌，比普通模板臺車施工人員、機(jī)具設(shè)備投入相對較少，提高了經(jīng)濟(jì)效益。3） 采用無門架新型隧道模板臺車施工，通風(fēng)斷面大，節(jié)約了掌子面通風(fēng)、排煙時間，提高施工 效率。11.2 工程實例二11.2.1 工程概況新建云桂鐵路云南段站前工程I標(biāo)富寧隧道位于云南省文山州富

20、寧縣境內(nèi)，全長13625mo富寧隧道進(jìn)口施工里程為D4K339+026D4K341+364,長2388s11.2.2 工程施工情況無門架新型隧道襯砌模板臺車在富寧隧道進(jìn)口段正洞采用。其施作里程為：D4K339+026-D4K339+391.8;開始時間為：2010年11月26日，共施工了襯砌 31組（共365.8m）,施工作業(yè)人員 減少4人。經(jīng)檢測，襯砌平整度均控制在2mmA內(nèi)，相鄰兩組錯臺均控制在5mm內(nèi)，襯砌斷面凈空符合設(shè)計要求。其通風(fēng)效果為：粉塵濃度10%A上游離二氧化硅小于2mg/m3,較原門架式臺車時減少6mg/m3。11.2.3 應(yīng)用效果1 ）針對新建云桂鐵路富寧隧道進(jìn)口，采用無門

21、架新型隧道模板臺車施作二次襯砌施工，面對襯砌斷面大，襯砌困難，無門架新型隧道模板臺車經(jīng)受住了嚴(yán)酷的考驗。未出現(xiàn)過二次襯砌施工質(zhì)量 問題及模板臺車安全事故。2 ） 采用無門架新型隧道模板臺車施工襯砌，比普通模板臺車施工人員、機(jī)具設(shè)備投入相對較少，提高了經(jīng)濟(jì)效益。3）采用無門架新型隧道模板臺車施工，通風(fēng)斷面大，節(jié)約了掌子面通風(fēng)、排煙時間，提高施工 效率。11.3 工程實例三11.3.1 工程概況新建貴廣鐵路同馬山隧道起止里程DK172+10卜DK186+029,全長13929m,隧道內(nèi)縱坡為人字坡。出口工區(qū)施工里程段 DK180+668DK186+029共5361c11.3.2 工程施工情況2010年12月16日2011年11月30日，同馬山隧道出口采用無門架新型隧道襯砌模板臺車施 工，其施作里程為：DK184+814DK186+029,共施工了 103組隧道襯砌，共1215s每組作業(yè)循環(huán)時間平均為：17