穿行式模板臺車快速襯砌施工技術

摘 要 針對TBM單工序、快速掘進施工的特點,必須有一套適應滿足其施工特點并與之相配套的快速襯砌施工技術。本篇文章著重介紹了穿行式模板臺車快速襯砌施工技術,為完善TBM施工的長大隧道配套技術提供了非常寶貴的第一手資料。關鍵詞 TBM 單工序 穿行式模板臺
１ 概況 秦嶺特長隧道是西安—安康鐵路的重點控制工程,也是目前國內最長的鐵路單線隧道（全長18.46km）。隧道Ⅰ線采用TBM（機型TB880E）施工,隧道設計掘進斷面為直徑φ8.8m的圓形斷面,襯砌斷面為直徑φ7.7m～φ7.8m的圓形斷面（隧道斷面圖見圖1）,為創國優工程。圖1 隧道襯砌斷面示意圖秦嶺隧道Ⅰ線于1999年9月6日貫通,工期要求在2000年6月1日前達到鋪軌條件。在短短的10個多月時間里,要完成TBM拆機（至少3個月）、附屬洞室開挖、襯砌（共29個）、洞身襯砌（模筑混凝土襯砌3957m,鋼纖維襯砌1310m）、5883.39m的彈性整體道床和水溝電纜槽及其它所有附屬工程的施工任務和退場工作。加之因Ⅱ線平導無法利用,所有的后期施工全為獨頭運輸施工。工期緊、指標高、質量要求高,任務非常艱巨。為適應和滿足以上要求,中鐵隧道集團一處結合TBM配套科研項目,成功開發、研制了兩臺穿行式模板臺車,精心組織布署,合理安排,成功運用該技術及其配套技術,創模筑混凝土襯砌月進尺1075m 的全國紀錄,并成功實現了長大隧道獨頭運輸六個工作面平行快速施工技術,5個月完成模筑襯砌、4個月完成彈性整體道床、溝槽施工任務,提前保質完成了秦嶺隧道Ⅰ線進口標段的全部施工任務,工程合格率100%,優良率100%,取得了顯著的經濟效益和社會效益。為確保工期,并針對多工作面長大隧道獨頭運輸快速施工的特點及現場實際情況,后期施工采取由洞內向洞口方向進行,按先襯砌、再道床、而后溝槽的施工順序組織施工。模筑襯砌施工采取三個工作面平行作業：兩臺穿行式模板臺車負擔TBM掘進施工段二次襯砌任務,一臺普通模板臺車負責TBM預備洞鉆爆法施工段襯砌。結合秦嶺隧道噴射鋼纖維混凝土作為永久襯砌設計,二次襯砌施工安排見圖2。
DK70+245 DK64+621.5+361.61

TBM拆卸洞（分界里程）

DK70+200 DK69+650 DK69+390 DK69+010 DK66+500 DK66+230 DK66+090 DK65+600

預備洞(洞門)

1×3

鋼纖維

1×3

F4斷層（鉆爆法預先處理）

1×3

1×2

鋼纖維

1×2

鋼纖維

1×3

1×2

圖2 二次襯砌施工安排示意圖

進度安排：模筑襯砌進度指標：890m/月,1×3每天兩個循環（33m/d）,1×2每天一個循環（16.5m/d）。２ 穿行式模板臺車的工作原理及特點２.１ 穿行式模板臺車的組成穿行式模板臺車由2～3組模板總成（每組模板長16.5m）、一臺穿行架、一臺防水板鋪設架、一臺后部處理架、一組浮放道岔組成,是一集機、電、液于一體的大型施工設備,為軌行式,利用TBM施工軌道的兩條外軌作為其走行軌道,臺車內部安設有浮放軌,以利在襯砌期間車輛通行。２.２ 穿行式模板臺車的工作原理２.２.１ 穿行原理：穿行式模板臺車的特點是穿行架與模板總成可以分離,且模板總成在與穿行架分離后能夠自穩,滿足混凝土強度發展要求。穿行方式詳見圖3。
圖3 穿行式模板臺車穿行示意圖２.２.２ 臺車轉移、定位（見圖4）：圖4 穿行式模板臺車定位、轉移示意圖
臺車轉移：臺車前移時,由防水板鋪設架、后部處理架利用鏈條提升起浮放道岔,使之脫離施工軌面以上30～40cm；穿行架背后一組模板總成,隨同混凝土泵一起在鋪設架、穿行架、處理架走行輪同步帶動下前行轉移。臺車定位：由穿行架走行輪、升降油缸、水平平移油缸、穿行架與模板總成間的各伸縮油缸動作完成對接、中線、水平定位,并由穿行架與模板總成間及其自身結構的連接銷、鎖定螺栓（桿）完成鎖定。變截面處理：模板臺車每組模板部成包括頂模、兩側邊模、兩底模共五大塊,各塊之間連接采取鉸接,設計基本半徑為400cm,通過頂模、側模的相應動作,可適應R=390～408cm之間的各種半徑襯砌需要。因截面變化不大,因此除基本半徑外,在各變截面定位過程中,只保證頂模中線頂點,兩側模底邊三點位于變截面圓周上。２.３ 穿行式模板臺車的特點２.３.１ 由2～3組配套的自身具有自穩性的模板總成交替循環作業實現快速襯砌施工作業,大大節省了混凝土脫模等強時間,同時也滿足了一臺穿行架連續作業要求,襯砌月進尺達1000m以上。２.３.２ 配備有防水板鋪設架、后部處理架等襯砌相關作業平臺,滿足各工序快速平行作業的要求。２.３.３ 配備有一套完善的浮放軌軌線運輸系統,不影響其它工作面的施工,特別適用于6km及以上的長大獨頭運輸隧道施工。３ 施工準備３.１ 穿行式模板臺車設計、制造：穿行式模板臺車的設計、制造均由中鐵隧道集團一處承擔。 ３.２ 臺車組裝：1×3臺車在TBM拆卸洞進行組裝,1×2臺車在洞口進行組裝。３.３ 混凝土生產、運輸、灌注設備準備：為滿足穿行式模板臺車快速襯砌施工要求,每組模板設計混凝土用量約120m3,相應的設備配備如下：３.３.１ 混凝土生產：混凝土由洞外兩臺50m3/h（并備用一臺30m3/h拌合站）自動計量混凝土拌合站生產。３.３.2 混凝土運輸：由5列混凝土運輸車運輸混凝土,每列車由1輛機車兩輛混凝土車組成,軌行式混凝土車凈容10m3。３.３.３ 混凝土灌注：由兩臺60m3/h軌行式輸送泵灌注混凝土入模,泵設置在臺車兩端,一泵灌一側,兩泵負擔同量的混凝土。３.４ 運輸軌線系統調整后期施工行車編組與TBM開挖行車編組不同,在后期施工前對洞外軌線作了調整。調整原則：３.４.1 保證1#、2#、3#拌合站可同時生產,并在生產完混凝土后行車互不干擾,每一個拌合站都可獨立行車。３.４.２ 盡可能地提高倒運效率,并盡最大限度縮小調整量。３.５ 洞內施工準備及界面條件３.５.1 邊基施工：邊基設計、施工見圖5,并做好接茬筋。３.５.２ 特殊地段處理：a.附屬洞室施工：在臺車襯砌之前,所有的附屬洞室（在TBM掘進時無法同時開挖）開挖完畢,并對較深的洞室進行提前立模灌注一部分,留不大于1.5m的長度與二次襯砌同時完成。在臺車到達之前,立好洞室模板,達到與臺車接合條件。b.洞內軌線偏差超出臺車調整限差地段須提前處理。圖5 邊基施工示意圖
４ 施工工藝４.１ 工藝流程（見圖6）圖6 穿行式模板臺車工藝流程圖
４.２ 工藝細節４.２.１ 防水板鋪設：防水板采用PE板、土工布,事先按每環22m,幅寬3m卷卷加工好,利用鋪設架采用無釘鋪設法。防水板搭接縫焊采用自動熱合機焊接為雙焊縫,用手工焊補強。 ４.２.２ 臺車轉移、定位臺車轉移（詳見圖4）定位程序：首先通過穿行架走行輪,四個升降油缸,兩個水平平移油缸動作完成該組模板后端與上一循環模板實現對接,插上對接銷子,連上兩顆大連接螺栓,再由人工用儀器依次按高程、中線順序指揮臺車前端升降油缸、平移油缸動作定出頂模位置并鎖定；然后操作兩側模伸縮油缸定出兩側模位置,并鎖定,之后放下兩底模,上緊所有鎖定、連接螺栓（桿）,完成定位。定位技術要求：a.要達到兩模板高精度對接,臺車垂直度、中線水平的高精度定位尤為關鍵,定位精度要求：中線、高程±2mm。b.臺車緊固鎖定時要求兩側對稱同時進行。４.２.３ 堵頭板安裝：定好位并鎖定后,即進行堵頭安裝。因斷面較為規則,堵頭采用氣囊堵頭。４.２.４ 預埋件處理：所有預埋件提前安裝。４.２.５ 澆注振搗：a.混凝土灌注施工嚴格按規范、技術要求進行。b.灌注混凝土時應左右對稱分層進行,確保兩側混凝土灌注面等高、同步,用震動器搗固,大跨以下部分用高頻低幅震動器搗固；管路出口應盡量對準混凝土灌注面,勿使混凝土噴出時直伸模板或巖壁。c.在灌注混凝土過程中,嚴禁損壞防水層。４.２.６ 養生等強、脫模：在正常情況下,混凝土自灌注完成后養生等強6.5～7h后穿行架即可脫離此模板進入下一循環；此循環模板在自灌注完成后 39～40h即可脫模。 ４.２.７ 脫模后檢查整修：整修工作利用后部處理架進行。要求：確保襯砌表面平順,顏色一致,整體效果協調統一。5 安全質量保證措施5.1 成立”安全質量管理小組”,實行安全質量行政負責終身制,職、權、責明確到人頭,層層把關,一級對一級負責。5.2 鋪設防水層必須組織技術熟練、責任心強的技術工人組成專業班進行施工,確保防水層鋪設質量。5.3 穿行架脫離前,模板總成所有絲桿務必全部緊固一道,防止此循環混凝土報廢事故發生。5.4 臺車定位操作,必須嚴格按技術要求進行,確保混凝土表面質量。為確保模板對接良好,必須保證臺車定位精度,避免錯臺、漏漿現象。臺車定位后,所有絲桿必須全部緊固一道,以免灌注過程中跑模。堵頭板質量務必確保,杜絕堵頭垮塌、混凝土泄露事故發生。圓形模板浮力很大,抗浮千斤頂務必支頂牢靠。5.5 混凝土生產、運輸、灌注必須嚴格按技術要求進行施工。灌注時,兩側對稱均勻灌注,防止偏壓跑模。在灌注封頂時,混凝土必須確保連續供應,插好排氣孔,注意封頂程序,確保安全和封頂密實,封頂時,只能用一臺泵進行灌注,并應有專人指揮,排氣孔觀察人員與混凝土泵司機要保持密切聯系,排氣孔一有漏漿,立即停止正常泵送,采取點動控制泵送,確保灌注安全。5.6 在臺車穿行前移過程中,安有專人指揮、專人操作,遇障礙必須提前停止,防止沖撞,排除障礙后再行穿行。臺車穿行時,模板必須收攏到穿行要求位置,模板上所有作業窗一律關閉、上緊,否則不得穿行,浮放軌、鋪設臺架、處理臺架,所有掛鉤連接安全、可靠,確保穿行安全。
5.7 氣囊堵頭在應用過程中要有專人負責,嚴格按照操作細則進行作業,防止發生意外。5.8 在防水層施作過程中,應安全用電,要有漏電保護裝置,使用射釘彈,必須專人負責,在凹凸不平的基面上發射時必須佩帶安全防護罩。5.９ 確保堵頭板安裝質量和附屬洞室模板立模質量,要有專人看模,遇險情立即通知停止灌注,并使人員撤離至安全地段。6 效益分析6.1 采用穿行式模板臺車施工,利用各組模板循環灌注施工,減少了混凝土等強時間,縮短了循環周期,減少了設備投入,提高了襯砌施工速度,為高精度、高指標的整體道床施工贏得了寶貴時間,確保了施工工期,為保證西康線提前投入運營創造了有利條件,相應地帶來了可觀的經濟效益。6.2 采用了浮放道岔技術,成功解決了隧道獨頭運輸多個工作面平行作業難題,為以后隧道獨頭快速施工提供了經驗,同時節約投資,社會效益顯著。7 結束語7.1 為確保襯砌混凝土表面質量和臺車的正常順利使用,模板臺車要達到良好的對接效果,作為硬件的模板臺車其加工剛度、精度是前提,規范操作是關鍵。7.２ 長大隧道多工作面獨頭運輸施工,線長點多,行車密度大,相互干擾嚴重,只有以運輸組織為中心加強現場施工管理,完善配套設施,合理優化各工作面間工序銜接關系,縮短工序銜接時間,提高工效。在秦嶺隧道Ⅰ線后期施工中,曾創多工作面平行作業模筑襯砌月進尺1075m、整體道床月進尺2250m的記錄。7.3 該工藝還可用于水工隧道和TBM施工的其它同形隧道工程,為TBM快速掘進施工提供了成功的配套施工技術,具有重要的現實意義。作者簡介徐軍哲，男，27歲，助理工程師，道路工程專業，學士學位，TBM公司副總工程師