新型無骨架隧道襯砌模板臺車洞內安裝方法

邢 泊，姚 宇

(1.中鐵隧道裝備制造有限公司，鄭州 450016;2.中鐵隧道集團四處有限公司，南寧 530000)

0 引言

在隧道鉆爆法施工中，模板臺車已成為二次襯砌必不可少的設備。但隨著我國對隧道施工標準的提高，配套設備高性能、快速高水平施工、人性化管理等已成為隧道施工發展的新方向，表現為快速支護、襯砌及與其相關聯的施工通風與環境控制。

傳統模板臺車門架采用桁架結構，支撐螺桿密布，凈空較小，通常僅供1輛渣車通行，回風性能差，掌子面處空氣流通不暢，這直接影響到工人工作環境，危及作業人員健康，當用于長大隧道時，這種現象更為突出。為此，多個項目曾作出努力，例如在贛龍線貓頭嶺隧道出口工區和圓梁山隧道出口工區均采用雙軟管混合式通風［1－2］，洞內作業環境得到很大改善，但長期應用此種方法，能耗增多，施工成本增大;太中銀鐵路張家寨隧道和柳林隧道施工方則均從成本方面考慮，并未對臺車主體進行過多更改［3－4］。

富寧隧道全長13 748 m，隧道地質復雜，是云桂鐵路云南段最長的隧道，被列為全路45座Ι級風險隧道。本文通過介紹該長大隧道的邊界條件及新型大凈空無骨架模板臺車的結構，總結出其洞內安裝方法，并分析通過改進模板臺車結構設計給施工成本及環境帶來的積極效果，為類似項目提供參考。

1 工程概況

云桂鐵路云南段富寧隧道一項目十一工區出口位于云南省富寧縣新華鎮，該工區全長3 757 m，是新型無骨架隧道襯砌模板臺車試驗區間，圍巖等級Ⅲ級，為多種斷面設計。基礎斷面隧道凈寬13.55 m，凈高9.61 m，襯砌厚度為350 mm。2#橫洞長度為200 m，斷面尺寸遠小于新型模板臺車襯砌尺寸，不允許臺車在洞外安裝后整體移動至洞內，因此新型無骨架隧道襯砌模板臺車(以下簡稱“新型模板臺車”)需要在正洞內進行組裝。

2 新型模板臺車簡介

2.1 新型模板臺車主體結構

參照傳統模板臺車結構設計［5－7］，并在其結構上取消門架。新型模板臺車主體結構如圖1所示。

圖1 模板臺車主體結構圖Fig.1 New type of lining formwork trolley

1)由于需要適應變斷面襯砌，設計時將模板分為上模板和下模板，兩者通過固定桿和三角座連接，轉換三角座不同栓接面即可適應變斷面襯砌。

2)橫移架置于基礎底架上，并安裝了滑軌、升降油缸、下展開油缸、橫移油缸等。滑軌與下模板小臂連接，使整個模板與橫移架形成閉環結構，操作液壓系統可實現兩邊模板升降、開合、平移動作。

3)車輛走臺供襯砌時車輛行走之用。在襯砌狀態下車輛走臺底座放置地面，但其高于基礎底架，以防車輛行走時將振動傳到模板。待襯砌完畢后，車輛走臺油缸升起使其脫離地面與臺車一起行走。

2.2 新型模板臺車的結構特點

1)取消門架設計，兩側模板靠頂部鉸銷連接，底部由銷軸將小臂與升降座滑軌連接，通過下展開油缸的伸縮，以頂部鉸銷為圓心，鉸銷至小臂滑塊直線距離R=8.397 m的圓弧運動，襯砌時可將頂部鉸銷及兩側小臂滑塊軸看作三角形三頂點，使模板與基礎底架形成整體閉環結構，可有效提高模板剛度。

2)基礎底架功能與傳統模板臺車門架功能相近，襯砌時連接兩側模板，但其高度已降低至可供車輛行走，使臺車整體凈空增加。

2.3 傳統模板臺車安裝方法

傳統模板臺車主體結構如圖2所示。

圖2 傳統模板臺車Fig.2 Conventional formwork trolley

傳統模板臺車主體結構由頂模、邊模和門架組成，洞內組裝順序［8］為:門架—頂模—邊模，組裝時洞頂需要打錨桿，可不擴挖。由于傳統模板臺車各部分質量較輕，因此配套機械只要1臺挖掘機或裝載機輔助作業即可完成。

新型模板臺車結構改變較大，由于初次設計，在考慮安全的前提下，各部件質量都相應增加，設計完成后鋼結構總質量為150t，單純依靠錨桿無法將模板吊裝到位，因此需要將傳統安裝方法進行更新。經過多次試驗，總結出新型模板臺車在大斷面隧道內的安裝方法。

3 新型模板臺車主體安裝

3.1 安裝邊界條件

為保證臺車安裝順利進行，還要將隧道某處擴挖。新型模板臺車安裝時洞內條件如圖3所示。

圖3 新型模板臺車安裝時洞內條件示意圖(單位:m)Fig.3 Constraining conditions for assembly of new type of formwork trolley(m)

該工區開挖方式為由2#橫洞進入分別向兩側開挖正洞，至新型模板臺車安裝時，出口方向挖出70 m，進口方向還未開挖，由于工期及安全因素，要求安裝人員利用70 m開挖距離進行臺車組裝，進口方向開挖面爆破時所有人員撤離躲避。

錨桿位置距已開挖面約20 m，擴挖長度2 m，深度0.45 m，在擴挖處共打入4根φ22鋼筋作為錨桿，并填充足量錨固劑。洞頂擴挖及錨桿位置見圖4。

考慮到洞頂錨桿承載能力，安裝方案制訂時擬采用汽車起重機吊裝下模板，并分別租賃16 t及25 t進行洞內吊裝下模板試驗，最終決定由2臺中聯QY25同時吊裝整榀下模板。由于現場條件限制，并未對頂部錨桿進行全負荷的預拉試驗，僅對1塊上模板(約2 t)進行了拉力測試，結果證明，利用頂部錨桿可將上模板順利吊起。

圖4 頂部擴挖及錨桿位置簡圖(單位:mm)Fig.4 Tunnel cross-section enlargement and positions of bolts(mm)

3.2 安裝前準備工作

3.2.1 勞動力組織

新型模板臺車首次進行洞內安裝，為保證施工進度，共配備安裝人員16人，分白班和夜班各12 h，每班8人，各由3名熟練工人和5名現場臨時工人組成，同時租賃挖掘機及吊車均配備專職起重工，起重機根據需要進入洞內吊裝，具體由各班負責人安排。在現有勞動力配備的情況下，預計28 d完成新型模板臺車主體安裝。安裝人員分配見表1。

表1 安裝人員分配表Table 1 Labor organization

3.2.2 主要輔助設備清單

由于新型模板臺車取消門架，因此在吊裝過程中難以找到固定點，要使各模板與基礎底架及相互之間實現空中對接，需要多種設備輔助進行，主要輔助設備清單見表2。

表2 主要輔助設備清單Table 2 Major assistant equipment

3.2.3 安全事項培訓

為了防止生產安全事故，在新型模板臺車安裝前，特別對參與安裝人員進行了安全培訓，主要內容如下:

1)安裝人員要建立完善的交接班制度。在交接班時，交班人應將本班組的施工情況、出現的問題及解決措施等向接班人詳細交代，并做好交接班記錄。

2)所有進入隧道的施工人員，必須按規定佩戴好安全防護用品。由于新型模板臺車安裝需要高空作業，因此安裝人員在高處作業時要系好安全帶。

3)做好防護工作。由于開挖長度限制，進行爆破時，所有安裝人員必須撤離躲避，并在躲避前將臺車液壓泵站、電機、電焊機等設備用木板遮擋，以免設備受到飛石損害。

4)嚴格遵守《施工安全用電規定》。不得私自亂接亂用，該類事項由每班所配電工負責。

5)遇到突發事件需要停止安裝時，要及時清場，拉閘斷電，鎖好開關箱。

6)對于租賃公司所配專職起重工的要求。操作前應進行設備檢查，正常情況下才能進洞作業;操作時鳴鈴警告;指揮信號明確后起吊;貨物載人及綁扎不牢時不起吊;其他事宜均嚴格按照專職起重工培訓手冊進行，不得違規操作。

3.2.4 安裝步驟

鋪軌—基礎底架安裝—2組橫移架分別放在基礎底架第6榀和第7榀位置—第7榀～第1榀下模板安裝—第1榀～第7榀上模板安裝—第8榀下模板安裝—第8榀上模板安裝。

1)鋪軌。平整場地，鋪設鋼軌，鋼軌長度37.5 m，軌距9.4 m，兩側鋼軌軌頂標高誤差為±3 mm。

2)基礎底架安裝。ZL50裝載機將基礎底架散件運進洞中，用DH215－9挖掘機吊裝底架各零件使其對接完整，完成后兩側連接梁頂面再次抄平，確保其在同一水平面上，為模板安裝奠定基礎。

3)橫移架初裝。將橫移架1和橫移架2分別放置在基礎底架第7榀和第6榀模板對應空當中間位置(如圖5所示)，在基礎底架上安裝好電氣系統、液壓系統，調整基礎底架可以在鋼軌上行走自如。

圖5 基礎底架初始安裝圖(單位:mm)Fig.5 Primary assembling of foundation frame(mm)

4)下模板安裝。下模板弧長8.41 m，共16塊，每塊質量約4.5 t，加上花架質量2 t，每榀下模板質量約為11 t。花架輔助下模板安裝，主要功能是使每榀2塊下模板定位一致，并為整榀下模板安裝提供吊點。花架共2組，經不斷拆裝以輔助每榀下模板安裝。下模板及花架散件由ZL50裝載運至洞內錨桿下方，組裝完畢后，起吊、空中定位對接靠2臺zoomlion QY25V汽車起重機實現。

首先安裝第7榀下模板。將基礎底架開至仰供邊緣處，短距離內用DH215－9挖掘機將2塊下模板、1組花架運至錨桿下方組裝成1榀。2臺QY25V汽車起重機分別對稱于仰供中心水溝兩側布置。為保證吊鉤零行程時可將模板吊起脫離地面，起重機主臂頂部需伸至擴挖面處進行吊裝。花架分2層4個吊點，分別用鋼絲繩在吊點位置拉緊，汽車吊主副鉤同時下降，用副鉤吊住上層吊點，主鉤吊住下層吊點，吊車同時收鉤，緩慢將模板拉起，使其趨于垂直并脫離地面。適當調整模板位置，使其中心線盡量與隧道中線對齊并在模板底部墊好枕木。開動底架至模板底部，通過調整升降油缸和下展開油缸使模板與小臂連接，從而完成第7榀下模板與底架連接。由于單榀模板寬度僅為1.5 m，為防止底架行走過程中模板傾翻，在花架四角分別拉3 t倒鏈至底架絲杠耳板以保證行走時模板的穩定性(見圖6)。

開走底架，帶動已安裝模板移至仰供邊緣處，避開擴挖位置，用裝載機將第6榀下模板運至洞內組裝，汽車起重機用上述方法將第6榀下模板吊起，吊點位置仍在擴挖處，微調吊車位置，使第6榀下模板分別與第7榀模板、橫移架2完成空中對接。

同上，依次將第5～第1榀下模板吊起并使之與前面的模板連接。當安裝完3榀模板后，倒鏈即可拆除。

在此過程中，不斷拆裝第2組花架及橫移架2使其連接新的下模板，直至與第1榀下模板連接后，其位置不再移動。在吊裝橫移架過程中，臺車不能移動，模板底部也需用枕木墊好。由于吊車主臂行程及空間限制，第8榀下模板要最后安裝。

5)上模板安裝。上模板弧長4.507 m，共16塊，每塊質量2 t，依靠挖掘機和擴挖處錨桿完成安裝。首先安裝第1榀左側上模板(圖5前進方向左側)，利用鋼絲繩穿過錨桿處吊鉤，一端連接上模板面板上已配焊吊耳，另一端連接挖掘機鏟斗，通過挖掘機向后移動將上模板吊起。移動基礎底架，使第1榀下模板與對應上模板銷軸連接，同時調整上模板旋轉角度即可用固定桿將兩者連接。用上述方法安裝第1榀右側上模板，為保證與左側上模板頂部對接時具備微調性，將固定桿換成臨時調節絲桿(見圖7)，通過調節絲桿的長短使2塊上模板頂部鉸點同軸，由2人負責打入頂部銷軸，完成后再去掉右側上模板臨時調節絲桿，換上固定桿(見圖8)。

圖6 吊點位置及3 t倒鏈布置位置簡圖Fig.6 Layout of hoisting points and 3t-capacity chain hoist

同理，其余上模板也靠此種方法安裝。

6)第8榀模板安裝。拆下花架1并利用倒鏈將其放置在掌子面，為保證吊車通過，挖掘機首先安裝車輛走臺，2臺汽車起重機分別通過車輛開到臺車內側，調好位置，輔助安裝第8榀下模板，仍利用上面方法將下模板安裝完畢(見圖9)。

拆除花架，吊車開出洞外。第8榀位置開至錨桿正下方并在模板底部墊好枕木，底架不再移動，挖掘機將車輛走臺撤走一部分，使橫移架1有足夠空間移至第8榀模板處并與模板連接。重新布置車輛走臺，挖掘機駛入臺車內側輔助安裝第8榀上模板。

至此，新型模板臺車主體安裝完畢。

4 成本分析及應用效果

通過上述方法，新型模板臺車已成功在云桂鐵路云南段項目經理部二分部十一工區完成洞內組裝，自2011年2月10開始安裝，至2月27日完成主體安裝，用時18 d，截至2010年6月7日，該設備已完成12環襯砌。由于初次設計，在考慮安全的前提下，新型模板臺車各部件質量都相應增加，鋼結構總質量約150 t，與施工方對臺車質量必須大于120 t方可進場規定相比，材料上確有增加，但隨著樣機成功應用，產品會進一步優化，整體質量也可趨于傳統臺車，對長期施工總體成本幾乎不構成影響。

試驗證明，引用該產品后隧道內通風環境得到改善，回風順暢，洞內空氣質量得到提高，從洞口透過臺車可以清晰看到正在掌子面作業的人員，如圖10所示。

圖9 第8榀下模板安裝示意圖Fig.9 Assembling of lower formwork of No.8 foundation frame

圖10 新型模板臺車應用Fig.10 Application of new type of formwork trolley in tunneling

5 結論與討論

施工環境概念已逐漸深入人心，在綜合考慮安全、快速、施工成本等因素的前提下，各項目都在積極采取措施有效改善施工環境。新型模板臺車在富寧隧道順利安裝完成，但該方法不一定能適用于后續所有無骨架新型模板臺車洞內安裝，諸如在隧道斷面較小、空間有限、汽車起重機不能立于洞中輔助安裝且模板質量較大、洞頂錨桿無力將模板拉起的情況;亦或是在恒斷面結構中，模板為整體結構而不再分為上模板與下模板時，整塊模板需要一次吊起。在此，希望各位同仁能提出寶貴的意見，使新型模板臺車洞內安裝實施更為便利、快捷和高效。

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