微改進隧道襯砌鋼模臺車在長大隧道中的應用

李 彬

(廣東省長大公路工程有限公司，廣州 510620)

0 概述

隨著我國高速公路建設的迅猛發展和隧道施工技術的日益提升，特長隧道的建設越來越多。隧道混凝土二次襯砌作為隧道洞內最后一道防水結構兼有防水、美觀等作用，而隧道模板臺車是隧道混凝土二次襯砌一次成型設備，根據設計的隧道斷面設計制造，是隧道施工中必備的主要施工設備之一，因此在隧道施工中有著廣泛的應用。近年來，隨著隧道施工機械化、開挖爆破技術等隧道快速掘進施工技術的不斷成熟和提高，隧道的開挖速度越來越快，如何實現隧道二次襯砌的施工速度與掌子面開挖掘進的施工速度相匹配，滿足現行的《隧道施工技術規范》和《廣東省高速公路工程施工安全標準化指南》關于二襯距掌子面的距離的要求，同時提高二次襯砌施工外觀質量，減少洞內狹窄作業環境的安全隱患，改善施工作業環境，成為必須面對的技術難題之一。

實踐經驗表明，傳統的二次襯砌臺車容易出現以下問題：一是通常采用Q235的普通鋼板作為鋼模臺車的面板，特別是在潮濕的環境下普通鋼板表面容易產生浮銹，需要經常進行打磨除銹；二是砼送料系統較為落后，經常造成堵管，轉管次數多，勞動強度大，且容易出現二襯外觀質量問題；三是臺車與通風管道立體交叉，容易和來往車輛相互干擾，造成通風管道損壞，影響行車安全；四是采用木板作為堵頭模板，造成止水帶安裝不順直，影響防水效果。以上種種問題，綜合產生的結果是提高施工成本，施工效率下降，產生質量通病，影響施工進度，增大安全風險，不利于作業人員的職業健康和安全施工作業環境，特別是在長大隧道施工時，情況更為突出。隨著“工匠精神”、“品質工程”等理念不斷深入人心，對隧道襯砌鋼模臺車進行微改進是長大隧道模板臺車設計與應用的趨勢。

大豐華高速公路鴻圖嶂隧道位于梅州市豐順縣與五華縣交界地段，為雙向四車道分離式隧道，隧道最大埋深739.9m，長6 337m，需單頭掘進超3km，隧道地質條件復雜，主要受區域性斷裂蓮花山(五華-深圳)斷裂帶及其伴生構造的影響較大，穿越多處斷層破碎帶，同時可能存在地熱、突泥涌水、巖爆、契型掉塊等不良地質情況。本文結合大豐華高速公路鴻圖嶂隧道施工實踐，對襯砌臺車進行微改進，總結了二次襯砌快速施工綜合技術，在實踐中取得了良好的施工效果。

1 二襯鋼模臺車面板的選擇

鴻圖嶂隧道長6 337m，采用雙向掘進施工，每臺襯砌鋼模臺車需施工超3km,臺車有效長度為12m，面板厚度要求為≥12mm，設計二襯厚度為30～60cm，每臺襯砌鋼模臺車需要襯砌250次以上。比選的臺車面板方案有Q235普通鋼板、不銹鋼復合鋼板(2mm不銹鋼+10mm普通鋼板)、不銹鋼板(12mm)。

1.1 Q235普通鋼板

Q235普通鋼板由于表面硬度低于不銹鋼，在同等的面板厚度條件下，作為二次襯砌臺車面板在長大隧道施工中容易發生表面變形，如果要增大表面硬度和剛度就勢必要增加面板厚度，從而增加二襯臺車的重量和成本。另外Q235普通鋼板容易在洞內潮濕的環境下產生浮銹，需經常打磨除銹，耗時耗力。

1.2 不銹鋼復合鋼板(2mm不銹鋼+10mm普通鋼板)

不銹鋼復合鋼板(2mm不銹鋼+10mm普通鋼板)的優點為有效地解決了普通鋼模臺車容易生銹、生產效率低下、外觀質量差等問題，同時提高了面板的整體強度和耐腐蝕性。但在施工特殊斷面如削竹式洞門和日常的打磨清理中，容易對臺車表面造成損傷，造成2mm不銹鋼磨損殆盡，同時受焊接工藝的影響，后期容易產生返修，尤其在長大隧道施工后期，不利于臺車面板優勢的保持和后期維修保養。

1.3 不銹鋼板(12mm)

采用不銹鋼板(12mm)作為鋼模臺車的面板可以很好地解決以上各種問題，并可以長期保持高質量、高效率的施工，減少清理打磨的時間。價格雖稍高于不銹鋼復合鋼板(2mm不銹鋼+10mm普通鋼板)，但可以通過增加鋼模臺車周轉次數和使用壽命以及減少脫模機的用量來攤銷成本。

通過查閱相關規范可知，304不銹鋼板(硬度HB為187)力學性能明顯優于Q235的普通鋼板(硬度HB為76.0～80.7)，作為二次襯砌模板臺車的模板面板，耐磨性和耐腐蝕性更好，可有效增加鋼模臺車的周轉次數，延長臺車使用壽命。綜合上述3種臺車面板，經對比分析采用不銹鋼板(12mm)作為二襯臺車的面板。

2 臺車砼分料系統對比

2.1 傳統方法

傳統的二襯模板臺車混凝土送料系統比較落后，經常造成堵管，轉管次數多，拆、接管時間長，下料高度大，容易造成混凝土離析，且需要靠振搗將中部的混凝土引致兩側，澆筑時間長，勞動強度大，襯砌施工進度慢且外觀存在局部蜂窩麻面、氣泡、冷縫等。

2.2 改進方法

為了實現混凝土逐窗入模分層澆筑，通過對傳統的襯砌臺車進行改進，加裝料斗與滑槽，將砼通過主料斗、主溜槽，“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽結合的方式，通過各級插板閥門，使砼流向各工作窗口，實現二襯拱墻砼的逐窗進料，做到均勻布料，并縮短了整體澆筑時間。

2.3 施工工藝流程

模板定位、輸送泵接管→關閉第二、三層分流槽插板閥門→泵送混凝土→第一層混凝土澆筑振搗→關閉第一層分流槽插板閥門、窗口→開啟第二層分流槽插板閥門→泵送混凝土→第二層混凝土澆筑振搗→關閉第二層分流槽插板閥門、窗口→開啟第三層分流槽插板閥門→泵送混凝土→第三層混凝土澆筑振搗→關閉第三層分流槽插板閥門進行拱頂澆筑封頂。

圖1 襯砌臺車溜槽(一側)

3 預留通風管道孔

傳統的襯砌鋼模臺車沒有預留通風管道的位置，通風管需從二襯臺車軌道旁穿過。通常兩車道二襯臺車軌距為6.3～6.5m，通風管道直徑按1.5m計算，再扣除門架支撐桿的距離和考慮作業人員、輔助材料等因素的影響，二襯臺車下的通行寬度不足3m，這將較大地影響洞內運輸車輛的通行效率和周邊環境的安全，且容易對通風管道造成損害，影響隧道內通風效果，延長通風時間，增加用電成本。

通過對臺車門架進行微改進，在隧道襯砌鋼模臺車門架上預留孔道，可固定通風管道，避免通風管道受通行車輛的剮蹭導致破損，解決以上各種問題，改善洞內作業環境(圖3)。

圖2 傳統的模板臺車門架結構

圖3 增加通風管道后的門架結構

4 定型鋼端模對比

4.1 傳統的木板端頭模

隧道二襯端頭模板一般采用木板，由于木板不易加固定位，不僅浪費木材，堵塞效果較差，容易破壞防水板，出現端頭跑模、漏漿，導致端頭混凝土不密實、防水效果差，止水帶、預埋件跑位等通病，也嚴重影響二襯施工的質量和進度。

4.2 新型的定型鋼端模

通過二襯模板定型鋼端模技術，可快速安裝和精確定位止水帶，既降低了工人的勞動強度，提高了工作效率，又保證了止水帶安裝質量和端頭混凝土的施工質量，從而提高了施工縫的防水效果。

新型二襯臺車定型鋼端模主要由內側鋼板(L型)、外側鋼板(L型)、支撐絲桿組成。內側鋼板通過可活動螺栓與臺車模板主體連接，寬度25cm，可橫向移動0～20cm，適用于不同厚度的二襯施工。外側鋼板采用可以翻動的活頁鋼板，寬度15cm，與內側通過螺栓連接，環形止水帶安裝在內、外側環形鋼板之間，通過活動螺栓精確定位和螺栓夾緊固定，再用側向絲桿進行支撐(圖4～圖5)。內側鋼板與防水板之間的空隙可用短木板堵塞，固定在定型鋼模預留的卡套中。

圖4 新型的二襯臺車鋼端模

圖5 端頭模施工效果

5 微改進二襯臺車工程應用及效果

在鴻圖嶂隧道進口段左、右洞施工過程中，2臺微改進隧道鋼模臺車各完成了1.8km和1.6km的襯砌任務，總共襯砌284次，臺車無變形，二襯外觀質量良好，通風管道穿越二襯臺車段完好無損，止水帶安裝順直，在使用過程中得到了有效驗證。

5.1 施工質量對比分析

根據《公路工程質量檢驗評定標準》JTG F80/1-2017中10.14.2條墻面平整度和10.16.2條止水帶實測項目允許偏差要求，通過對4臺臺車(2臺傳統臺車，2臺微改進隧道鋼模臺車)的數據分析比較，微改進隧道鋼模臺車較傳統的臺車質量大幅度提高。實測項目允許偏差如表1所示。

表1 二襯驗收允許偏差

5.2 二襯施工進度對比分析

以Ⅱ級圍巖為例，二襯厚度為30cm，無預埋鋼筋，每次澆筑方量為86.4m3，對比結果如表2所示。

表2 二襯施工進度對比

由表2可知，微改進隧道鋼模臺車較傳統的模板臺車每次施工可節約3h，按平均2d施工一次計算，在具備工作面的條件下，每個月微改進隧道鋼模臺車較傳統的模板臺車可多施工2次二襯。尤其是在隧道進入Ⅱ、Ⅲ級圍巖后，由于機械化施工和爆破效率的提升，隧道開挖掘進速度較快，而二襯臺車受到預埋件安裝繁瑣、機械維修、變斷面加固端頭模、打磨除銹、低溫拆模時間延長等情況影響，經常出現二襯施工速度趕不上開挖掘進速度，導致二襯距掌子面的距離越來越大，超過規范和安全標準化的要求。因此，通過對傳統的模板臺車進行微改進，可達到提高二襯施工效率，縮短二襯距掌子面的距離，減少工人勞動強度的目的，提高了社會效益及經濟效益。

5.3 其他效益分析

在隧道工程尤其是長大隧道施工中，持續不斷地反復清理和打磨二襯鋼模臺車，不但過程繁瑣、費工費時、增加管理難度，而且需要消耗大量的脫模劑，造成了較大的施工成本，嚴重時將影響二襯外觀質量。從全壽命周期的角度考慮，采用不銹鋼作為隧道鋼模臺車的面板可以提高鋼模臺車的耐磨性、耐腐蝕性，有效延長鋼模臺車的使用壽命。通過對在臺車門架預留通風管道，減少了對運渣車輛的干擾，加快了出渣效率，降低了安全風險，提高了掌子面掘進的速度，同時減少了通風管道的破損，減少了爆破后的通風時間和用電量，改善了工人的作業環境，由此也提高了社會效益及經濟效益。

6 結語

(1)微改進隧道襯砌鋼模臺車較傳統的二襯鋼模臺車，在施工效率、作業環境、施工成本、二襯外觀質量以及耐久性等方面都有著突出的優勢。但它仍存在以下問題：①不銹鋼面板在新建高速公路上較少使用，其真正的壽命周期有多長還需待時間的檢驗；②受不銹鋼材料價格影響，不銹鋼鋼模臺車一次性投入較大，不太適用于較短隧道的施工；③定型鋼端模安裝止水帶時受二襯厚度的調整與初期支護表面平整度的影響，對堵頭模板的長度有一定的影響，導致不能完全避免漏漿。

針對以上問題，一是在長隧道，尤其是特長隧道中推廣使用，積累實踐數據；二是在中短隧道中可采用不銹鋼復合鋼板技術，降低臺車造價；三是積極與臺車生產廠家聯系，加工可替換的外側鋼板配件，根據不同的二襯厚度更換配件。另外隨著二襯臺車改造技術的推廣應用，設備攤銷成本也會隨之降低。相信只要持續改進臺車的各個環節，成本逐步降低，新型改造升級的臺車應用市場將更加廣闊。

(2)在長大隧道施工過程中，隨著開挖鑿巖臺車和濕噴機等設備的出現，機械化施工是發展趨勢，微改進隧道襯砌鋼模臺車在傳統的模板臺車的基礎上進行改造升級：一是采用不銹鋼面板，增大模板剛度、耐腐蝕性和耐磨性，同時減少施工工序和脫模劑的消耗，減少變形，提高二襯施工質量，降低施工成本；二是通過砼分料系統和端頭模的改進，提高施工效率，減少質量通病；三是在臺車門架上預留通風管道口，改善洞內施工環境，降低用電施工成本，具有較好的社會經濟效益，為今后臺車的不斷改進和完善提供了參考。