穿行式模板台车快速衬砌施工技术

穿行式模板台车快速衬砌施工技术摘要针对TBM单工序、快速掘进施工的特点,必须有一套适应满足其施工特点并与之相配套的快速衬砌施工技术。本篇文章着重介绍了穿行式模板台车快速衬砌施工技术,为完善TBM施工的长大隧道配套技术提供了非常宝贵的第一手资料。关键词TBM单工序穿行式模板台１概况秦岭特长隧道是西安—安康铁路的重点控制工程,也是目前国内最长的铁路单线隧道（全长18.46km）。隧道Ⅰ线采用TBM（机型TB880E）施工,隧道设计掘进断面为直径φ8.8m的圆形断面,衬砌断面为直径φ7.7m～φ7.8m的圆形断面（隧道断面图见图1）,为创国优工程。图1隧道衬砌断面示意图秦岭隧道Ⅰ线于1999年9月6日贯通,工期要求在2000年6月1日前达到铺轨条件。在短短的10个多月时间里,要完成TBM拆机（至少3个月）、附属洞室开挖、衬砌（共29个）、洞身衬砌（模筑混凝土衬砌3957m,钢纤维衬砌1310m）、5883.39m的弹性整体道床和水沟电缆槽及其它所有附属工程的施工任务和退场工作。加之因Ⅱ线平导无法利用,所有的后期施工全为独头运输施工。工期紧、指标高、质量要求高,任务非常艰巨。为适应和满足以上要求,中铁隧道集团一处结合TBM配套科研项目,成功开发、研制了两台穿行式模板台车,精心组织布署,合理安排,成功运用该技术及其配套技术,创模筑混凝土衬砌月进尺1075m的全国纪录,并成功实现了长大隧道独头运输六个工作面平行快速施工技术,5个月完成模筑衬砌、4个月完成弹性整体道床、沟槽施工任务,提前保质完成了秦岭隧道Ⅰ线进口标段的全部施工任务,工程合格率100%,优良率100%,取得了显著的经济效益和社会效益。为确保工期,并针对多工作面长大隧道独头运输快速施工的特点及现场实际情况,后期施工采取由洞内向洞口方向进行,按先衬砌、再道床、而后沟槽的施工顺序组织施工。模筑衬砌施工采取三个工作面平行作业：两台穿行式模板台车负担TBM掘进施工段二次衬砌任务,一台普通模板台车负责TBM预备洞钻爆法施工段衬砌。结合秦岭隧道喷射钢纤维混凝土作为永久衬砌设计,二次衬砌施工安排见图2。DK70+245DK64+621.5+361.61TBM拆卸洞（分界里程）DK70+200DK69+650DK69+390DK69+010DK66+500DK66+230DK66+090DK65+600预备洞(洞门)1×3钢纤维1×3F4断层（钻爆法预先处理）1×31×2钢纤维1×2钢纤维1×31×2图2二次衬砌施工安排示意图进度安排：模筑衬砌进度指标：890m/月,1×3每天两个循环（33m/d）,1×2每天一个循环（16.5m/d）。２穿行式模板台车的工作原理及特点２.１穿行式模板台车的组成穿行式模板台车由2～3组模板总成（每组模板长16.5m）、一台穿行架、一台防水板铺设架、一台后部处理架、一组浮放道岔组成,是一集机、电、液于一体的大型施工设备,为轨行式,利用TBM施工轨道的两条外轨作为其走行轨道,台车内部安设有浮放轨,以利在衬砌期间车辆通行。２.２穿行式模板台车的工作原理２.２.１穿行原理：穿行式模板台车的特点是穿行架与模板总成可以分离,且模板总成在与穿行架分离后能够自稳,满足混凝土强度发展要求。穿行方式详见图3。图3穿行式模板台车穿行示意图２.２.２台车转移、定位（见图4）：图4穿行式模板台车定位、转移示意图台车转移：台车前移时,由防水板铺设架、后部处理架利用链条提升起浮放道岔,使之脱离施工轨面以上30～40cm；穿行架背后一组模板总成,随同混凝土泵一起在铺设架、穿行架、处理架走行轮同步带动下前行转移。台车定位：由穿行架走行轮、升降油缸、水平平移油缸、穿行架与模板总成间的各伸缩油缸动作完成对接、中线、水平定位,并由穿行架与模板总成间及其自身结构的连接销、锁定螺栓（杆）完成锁定。变截面处理：模板台车每组模板部成包括顶模、两侧边模、两底模共五大块,各块之间连接采取铰接,设计基本半径为400cm,通过顶模、侧模的相应动作,可适应R=390～408cm之间的各种半径衬砌需要。因截面变化不大,因此除基本半径外,在各变截面定位过程中,只保证顶模中线顶点,两侧模底边三点位于变截面圆周上。２.３穿行式模板台车的特点２.３.１由2～3组配套的自身具有自稳性的模板总成交替循环作业实现快速衬砌施工作业,大大节省了混凝土脱模等强时间,同时也满足了一台穿行架连续作业要求,衬砌月进尺达1000m以上。２.３.２配备有防水板铺设架、后部处理架等衬砌相关作业平台,满足各工序快速平行作业的要求。２.３.３配备有一套完善的浮放轨轨线运输系统,不影响其它工作面的施工,特别适用于6km及以上的长大独头运输隧道施工。３施工准备３.１穿行式模板台车设计、制造：穿行式模板台车的设计、制造均由中铁隧道集团一处承担。３.２台车组装：1×3台车在TBM拆卸洞进行组装,1×2台车在洞口进行组装。３.３混凝土生产、运输、灌注设备准备：为满足穿行式模板台车快速衬砌施工要求,每组模板设计混凝土用量约120m3,相应的设备配备如下：３.３.１混凝土生产：混凝土由洞外两台50m3/h（并备用一台30m3/h拌合站）自动计量混凝土拌合站生产。３.３.2混凝土运输：由5列混凝土运输车运输混凝土,每列车由1辆机车两辆混凝土车组成,轨行式混凝土车净容10m3。３.３.３混凝土灌注：由两台60m3/h轨行式输送泵灌注混凝土入模,泵设置在台车两端,一泵灌一侧,两泵负担同量的混凝土。３.４运输轨线系统调整后期施工行车编组与TBM开挖行车编组不同,在后期施工前对洞外轨线作了调整。调整原则：３.４.1保证1#、2#、3#拌合站可同时生产,并在生产完混凝土后行车互不干扰,每一个拌合站都可独立行车。３.４.２尽可能地提高倒运效率,并尽最大限度缩小调整量。３.５洞内施工准备及界面条件３.５.1边基施工：边基设计、施工见图5,并做好接茬筋。３.５.２特殊地段处理：a.附属洞室施工：在台车衬砌之前,所有的附属洞室（在TBM掘进时无法同时开挖）开挖完毕,并对较深的洞室进行提前立模灌注一部分,留不大于1.5m的长度与二次衬砌同时完成。在台车到达之前,立好洞室模板,达到与台车接合条件。b.洞内轨线偏差超出台车调整限差地段须提前处理。图5边基施工示意图４施工工艺４.１工艺流程（见图6）图6穿行式模板台车工艺流程图４.２工艺细节４.２.１防水板铺设：防水板采用PE板、土工布,事先按每环22m,幅宽3m卷卷加工好,利用铺设架采用无钉铺设法。防水板搭接缝焊采用自动热合机焊接为双焊缝,用手工焊补强。４.２.２台车转移、定位台车转移（详见图4）定位程序：首先通过穿行架走行轮,四个升降油缸,两个水平平移油缸动作完成该组模板后端与上一循环模板实现对接,插上对接销子,连上两颗大连接螺栓,再由人工用仪器依次按高程、中线顺序指挥台车前端升降油缸、平移油缸动作定出顶模位置并锁定；然后操作两侧模伸缩油缸定出两侧模位置,并锁定,之后放下两底模,上紧所有锁定、连接螺栓（杆）,完成定位。定位技术要求：a.要达到两模板高精度对接,台车垂直度、中线水平的高精度定位尤为关键,定位精度要求：中线、高程±2mm。b.台车紧固锁定时要求两侧对称同时进行。４.２.３堵头板安装：定好位并锁定后,即进行堵头安装。因断面较为规则,堵头采用气囊堵头。４.２.４预埋件处理：所有预埋件提前安装。４.２.５浇注振捣：a.混凝土灌注施工严格按规范、技术要求进行。b.灌注混凝土时应左右对称分层进行,确保两侧混凝土灌注面等高、同步,用震动器捣固,大跨以下部分用高频低幅震动器捣固；管路出口应尽量对准混凝土灌注面,勿使混凝土喷出时直伸模板或岩壁。c.在灌注混凝土过程中,严禁损坏防水层。４.２.６养生等强、脱模：在正常情况下,混凝土自灌注完成后养生等强6.5～7h后穿行架即可脱离此模板进入下一循环；此循环模板在自灌注完成后39～40h即可脱模。４.２.７脱模后检查整修：整修工作利用后部处理架进行。要求：确保衬砌表面平顺,颜色一致,整体效果协调统一。5安全质量保证措施5.1成立”安全质量管理小组”,实行安全质量行政负责终身制,职、权、责明确到人头,层层把关,一级对一级负责。5.2铺设防水层必须组织技术熟练、责任心强的技术工人组成专业班进行施工,确保防水层铺设质量。5.3穿行架脱离前,模板总成所有丝杆务必全部紧固一道,防止此循环混凝土报废事故发生。5.4台车定位操作,必须严格按技术要求进行,确保混凝土表面质量。为确保模板对接良好,必须保证台车定位精度,避免错台、漏浆现象。台车定位后,所有丝杆必须全部紧固一道,以免灌注过程中跑模。堵头板质量务必确保,杜绝堵头垮塌、混凝土泄露事故发生。圆形模板浮力很大,抗浮千斤顶务必支顶牢靠。5.5混凝土生产、运输、灌注必须严格按技术要求进行施工。灌注时,两侧对称均匀灌注,防止偏压跑模。在灌注封顶时,混凝土必须确保连续供应,插好排气孔,注意封顶程序,确保安全和封顶密实,封顶时,只能用一台泵进行灌注,并应有专人指挥,排气孔观察人员与混凝土泵司机要保持密切联系,排气孔一有漏浆,立即停止正常泵送,采取点动控制泵送,确保灌注安全。5.6在台车穿行前移过程中,安有专人指挥、专人操作,遇障碍必须提前停止,防止冲撞,排除障碍后再行穿行。台车穿行时,模板必须收拢到穿行要求位置,模板上所有作业窗一律关闭、上紧,否则不得穿行,浮放轨、铺设台架、处理台架,所有挂钩连接安全、可靠,确保穿行安全。5.7气囊堵头在应用过程中要有专人负责,严格按照操作细则进行作业,防止发生意外。5.8在防水层施作过程中,应安全用电,要有漏电保护装置,使用射钉弹,必须专人负责,在凹凸不平的基面上发射时必须佩带安全防护罩。5.９确保堵头板安装质量和附属洞室模板立模质量,要有专人看模,遇险情立即通知停止灌注,并使人员撤离至安全地段。6效益分析6.1采用穿行式模板台车施工,利用各组模板循环灌注施工,减少了混凝土等强时间,缩短了循环周期,减少了设备投入,提高了衬砌施工速度,为高精度、高指标的整体道床施工赢得了宝贵时间,确保了施工工期,为保证西康线提前投入运营创造了有利条件,相应地带来了可观的经济效益。6.2采用了浮放道岔技术,成功解决了隧道独头运输多个工作面平行作业难题,为以后隧道独头快速施工提供了经验,同时节约投资,社会效益显著。7结束语7.1为确保衬砌混凝土表面质量和台车的正常顺利使用,模板台车要达到良好的对接效果,作为硬件的模板台车其加工刚度、精度是前提,规范操作是关键。7.２长大隧道多工作面独头运输施工,线长点多,行车密度大,相互干扰严重,只有以运输组织为中心加强现场施工管理,完善配套设施,合理优化各工作面间工序衔接关系,缩短工序衔接时间,提高工效。在秦岭隧道Ⅰ线后期施工中,曾创多工作面平行作业模筑衬砌月进尺1075m、整体道床月进尺2250m的记录。7.3该工艺还可用于水工隧道和TBM施工的其它同形隧道工程,为TBM快速掘进施工提供了成功的配套施工技术,具有重要的现实意义。作者简介徐军哲，男，27岁，助理工程师，道路工程专业，学士学位，TBM公司副总工程师