整體自行式外模臺(tái)車在明洞施工中的應(yīng)用

茜小兵

(中鐵一局集團(tuán)有限公司第三工程分公司, 新疆庫爾勒 841000)

1 明洞襯砌施工

隨著國內(nèi)鐵路和高速公路建設(shè)增多，隧道施工作為工程的主要基礎(chǔ)設(shè)施，施工質(zhì)量要求越來越高，尤其是在高鐵和高速公路投入運(yùn)營以后，在隧道襯砌環(huán)節(jié)暴露出的質(zhì)量問題愈加突出。襯砌混凝土出現(xiàn)滲水、掉塊、裂縫問題比較普遍，嚴(yán)重影響行車安全[1]。為解決目前的襯砌混凝土的澆筑質(zhì)量問題，明洞襯砌施工需要一種全新的澆筑裝備和澆筑工藝。

目前國內(nèi)施工單位在明洞襯砌施工中所使用的傳統(tǒng)外模主要采用木?；蛘邩?biāo)準(zhǔn)鋼模板拼接而成，存在以下技術(shù)弊端，影響到施工內(nèi)在質(zhì)量和澆筑效果[2][3]：

(1)加固復(fù)雜繁瑣，由小塊模板拼接而成，不便于安裝和維護(hù)。

(2)無作業(yè)空間，作業(yè)環(huán)境擁擠，施工作業(yè)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

(3)整體穩(wěn)定性較差，易導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)、跑模和模板變形。

(4)混凝土一孔灌到底，容易產(chǎn)生人字坡冷縫和混凝土離析狀況，影響到襯砌內(nèi)在質(zhì)量，容易造成后期混凝土的裂縫和掉塊現(xiàn)象。

(5)每個(gè)澆筑段模板均需重復(fù)拼接安裝和拆除，無法整體重復(fù)投入使用，而且必須要吊車配合作業(yè)，所需作業(yè)人員較多，耗費(fèi)時(shí)間長，導(dǎo)致操作工人不愿意頻繁操作，施工效率低。

(6)模板間拼縫多，從而造成混凝土澆筑外觀質(zhì)量的下降。

為了解決以上問題，在庫爾勒隧道的施工現(xiàn)場(chǎng)，明洞襯砌施工采用了一種新型整體自行式外模臺(tái)車，其施工效率高、混凝土整體輪廓清晰、規(guī)則，施工質(zhì)量好，為現(xiàn)場(chǎng)施工做出了較大貢獻(xiàn)。

2 工程概況

庫爾勒隧道位于庫爾勒火車站東側(cè)庫爾勒市開發(fā)區(qū)境內(nèi)，為單線隧道。地形地貌屬庫魯塔格山前沖洪積傾斜平原區(qū)，地形稍有起伏，隧道通過區(qū)地勢(shì)呈中間高，兩邊低，海拔高程990～1 015m。

起訖里程為DYK1211+700～DYK1216+250，全長4 550m，其中明挖段長2 340m，暗挖段長度2 210m。除洞身1 294m位于R=800m的曲線上外，明洞段均位于直線上，襯砌厚度70cm。明挖段施工采用了整體自行式外模臺(tái)車(圖1)。

圖1 外模臺(tái)車

3 整體自行式外模臺(tái)車結(jié)構(gòu)

此外模臺(tái)車長度與內(nèi)模臺(tái)車相匹配為12.2m，采用60kg/m標(biāo)準(zhǔn)軌作為走行軌，電動(dòng)自行式行走，大塊鋼模板焊接成型，面板厚度8mm，液壓式調(diào)整就位,外模板上面總共設(shè)置觀察窗18個(gè)(單側(cè)3排，尺寸450mm×450mm)用于混凝土澆筑施工，外模板方案圖見圖2。

圖2 外摸板方案

模板臺(tái)車共分為五大結(jié)構(gòu)組成，分別為行走總成系統(tǒng)、門架總成系統(tǒng)、模板總成系統(tǒng)、工作梯總成系統(tǒng)、電、液控總成系統(tǒng)。

3.1 行走總成系統(tǒng)

由四組行走小車組成,自行臺(tái)車為兩組主動(dòng)輪組和兩組被動(dòng)輪組。各輪組由兩套輪軸與箱體裝配成小車箱體總成，其參數(shù)見表1。主動(dòng)輪組由電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和減速機(jī)變速,實(shí)現(xiàn)臺(tái)車的位移。行走小車箱體上部鉸接耳板與門架行走梁下部鉸接耳板由軸定位聯(lián)接,形成整體,分別為端兩側(cè)。電控操縱系統(tǒng)與液控系統(tǒng)為箱式,并由專業(yè)人員掌控操作。

表1 行走機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

3.2 門架總成系統(tǒng)

行走梁、立柱、橫梁組成，行走梁、立柱、橫梁、由Q235-12～14mm鋼板焊接制作，均為雙腹板，具有較好的抗變強(qiáng)度。兩端上橫梁的上平面為兩組平移系統(tǒng)，平移小車與頂伸油缸聯(lián)接，油缸上法蘭聯(lián)接上縱梁，使左右與上下得到運(yùn)動(dòng)。

3.3 模板總成系統(tǒng)

每個(gè)單元環(huán)向由一塊拱頂模板、兩塊側(cè)模板組成，縱向每塊模板寬度與門架等寬為2m，模板法蘭相互聯(lián)接,由6個(gè)單元形成縱向臺(tái)車長度12.2m。側(cè)縱聯(lián)與模板法蘭聯(lián)接,以可調(diào)雙頭絲杠與縱聯(lián)、立柱以鉸耳銷軸聯(lián)接,實(shí)現(xiàn)剛性支撐。拱頂模板與側(cè)模板以鉸接耳板銷軸聯(lián)接, 側(cè)模板與仰拱模板以鉸接耳板銷軸聯(lián)接,具有較好的可靠性。

3.4 工作梯總成系統(tǒng)

主要由爬梯和工作平臺(tái)，便于工作人員上下作業(yè)和安全操作。工作臺(tái)和爬梯主要由型鋼與矩型鋼制作而成,有較好的強(qiáng)度和可靠性。

3.5 電、液控總成系統(tǒng)

由液壓操縱柜與油箱組合成一體，其參數(shù)見表2。下部為油箱,上部為電控電器與液壓原件,箱面為電原總開關(guān)、臺(tái)車驅(qū)動(dòng)按扭、調(diào)壓閥、油壓表、組合閥操縱桿。組合閥操縱桿分單路操縱：左右平移兩端前后單操縱和聯(lián)動(dòng)操縱；側(cè)模板單側(cè)縱向端頭前后操縱和單側(cè)聯(lián)動(dòng)操縱；頂伸縮單點(diǎn)、單端綜合操縱。

表2 液壓系統(tǒng)參數(shù)

4 隧道采用整體自行式外模臺(tái)車施工工藝

隧道明洞施工采取先仰拱施工，完成后仰拱填充，最后拱墻襯砌整體澆注的施工順序。明洞施工工藝見圖3。

圖3 明洞施工工藝流程

明洞開挖采用墻底開挖，開挖方式采用分段橫向全寬開挖方式，分段長度100 ～120m，設(shè)馬道從DYK1215+010處向小里程方向開挖，首先挖至邊墻底標(biāo)高，再根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)行仰拱開挖。開挖棄土用自卸汽車運(yùn)至棄土場(chǎng)。

邊坡開挖前在開挖線5m外設(shè)置擋水埝和排水溝，邊坡開挖時(shí)邊開挖邊進(jìn)行錨噴防護(hù)。錨桿打設(shè)采用YT28風(fēng)鉆，混凝土采用濕噴。

4.1 仰拱混凝土的澆筑

仰拱開挖完成后，首先進(jìn)行墊層施工，仰拱施工緊跟，明洞段仰拱及填充施工由小里程端向大里程端依次進(jìn)行，仰拱混凝土運(yùn)輸線路由馬道沿開挖端運(yùn)至澆注地點(diǎn)，采用汽車泵澆筑。仰拱混凝土澆注采用弧形鋼模板，模板長度12.2m,每循環(huán)施工長度為12m(模板搭接0.2m)。

4.2 模板臺(tái)車的拼裝

當(dāng)滿足明洞襯砌施工條件(一般仰拱及填充超前60m)，進(jìn)行模板臺(tái)車組裝。根據(jù)人員及機(jī)械配置情況內(nèi)模、外模臺(tái)車可依次進(jìn)行組裝，也可以同時(shí)進(jìn)行。整體式自行式外模板臺(tái)車各系統(tǒng)安裝順序依次為行走總成系統(tǒng)、門架總成系統(tǒng)、模板總成系統(tǒng)、工作梯總成系統(tǒng)、電、液控總成系統(tǒng)。臺(tái)車組裝完畢后進(jìn)行尺寸及安裝效果檢查(表3)。

表3 模板臺(tái)車檢查尺寸標(biāo)準(zhǔn)

4.3 鋼筋綁扎

明洞拱墻襯砌鋼筋綁扎采用鋼筋作業(yè)臺(tái)架，作業(yè)臺(tái)架長度14m，鋼筋綁扎時(shí)作業(yè)臺(tái)架既是工人施工作業(yè)平臺(tái)，同時(shí)作為鋼筋骨架的內(nèi)支撐，等鋼筋綁扎完成、固定后，作業(yè)臺(tái)架移至下一循環(huán)，每循環(huán)長度12m。鋼筋綁扎臺(tái)架的使用可以使襯砌施工進(jìn)行流水作業(yè)，加快施工進(jìn)度。

4.4 內(nèi)模液壓臺(tái)車就位

考慮鋼筋骨架的穩(wěn)定性，內(nèi)模臺(tái)車就位時(shí)隨鋼筋臺(tái)架的推出同時(shí)進(jìn)行，根據(jù)測(cè)量組放樣的中樁點(diǎn)位為基準(zhǔn)，根據(jù)中線位置鋪設(shè)行走軌道，行走至澆注斷面里程中樁位置后，在臺(tái)車拱頂處(臺(tái)車正中心)采用掛錘球的方法進(jìn)行對(duì)中；高程采用拱頂掛鋼卷尺進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量控制，同時(shí)測(cè)量臺(tái)車環(huán)向分模鉸接位置橫向半寬及標(biāo)高，利用臺(tái)車自帶油缸進(jìn)行微調(diào)，從而使臺(tái)車準(zhǔn)確就位。

4.5 整體自行式外模臺(tái)車就位

整體式自行式外模臺(tái)車就位在內(nèi)模液壓臺(tái)車就位后進(jìn)行，按照中線位置對(duì)稱鋪設(shè)外模臺(tái)車走行軌道，在鋼筋骨架靠近外模臺(tái)車側(cè)設(shè)置鋼筋保護(hù)層墊塊，外模臺(tái)車就位位置與內(nèi)模臺(tái)車重合，高程和橫向尺寸以已就位的內(nèi)模臺(tái)車作為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，保證襯砌設(shè)計(jì)厚度。臺(tái)車微調(diào)和加固方法同內(nèi)模液壓臺(tái)車。

4.6 襯砌混凝土澆筑

拱墻混凝土采用內(nèi)模液壓臺(tái)車、整體自行式外模臺(tái)車配套使用，一次澆注成型，臺(tái)車長度均為12m，M24mm精軋螺紋對(duì)拉桿進(jìn)行固定[4]。

混凝土澆筑采用地泵或者汽車泵，通過整體自行式外模臺(tái)車上的作業(yè)窗口，由下而上、逐層澆筑，振搗方式采用附著式振搗器配合插入式振搗器。拆模后外部養(yǎng)護(hù)采用覆蓋灑水的方法，洞內(nèi)采用輪式可移動(dòng)自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)臺(tái)架進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.7 脫模移動(dòng)臺(tái)車

襯砌混凝土到達(dá)拆模強(qiáng)度后，拆去擋頭模板，拆除精軋螺紋對(duì)拉桿，內(nèi)模液壓臺(tái)車拆除邊模側(cè)向支撐絲桿千斤(一般去掉模板千斤銷子即可)，并將側(cè)向油缸收回到一定的脫模距離，收縮油缸，使臺(tái)車下降到一定的位置后，向前推出脫模完成。整體自行外模臺(tái)車脫模原理同內(nèi)模液壓臺(tái)車，唯一區(qū)別之處是需要提升油缸，使臺(tái)車和已澆筑襯砌具有脫模空間，為保證臺(tái)車順利推出一般不小于5cm(圖4)。

圖4 臺(tái)車就位及脫模流程

4.8 防水層及排水管道施作

襯砌混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后及時(shí)施做外部找平層及防水層施工，具備回填條件后進(jìn)行回填，回填過程中準(zhǔn)確安裝排水管，回填采用片石混凝土，回填分層、兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，防止洞體偏壓[5]。頂部設(shè)置50cm黏土隔水層，頂面設(shè)人字形排水坡，坡度3 %?；炷劣砂韬驼炯邪柚?，混凝土輸送泵泵送入模。

5 應(yīng)用效果

庫爾勒隧道的明洞施工使用了整體自行式外模臺(tái)車，對(duì)比傳統(tǒng)外模模板，其特點(diǎn)有：

(1)外模臺(tái)車采用整體模板，拼縫無錯(cuò)臺(tái)，混凝土平整度好，不會(huì)有跑模現(xiàn)象。

(2)襯砌結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計(jì)要求，與傳統(tǒng)鋼模板或木模板相比，曲線平順，整體輪廓清晰。

(3)模板環(huán)向共分為五塊,拱頂模板分模角度為較大角度.因此拱頂平臺(tái),有寬敞的作業(yè)空間,使作業(yè)更安全和更快捷。

(4)模板安裝效率高，省時(shí)、省力。較傳統(tǒng)鋼模板或者木模作為外模，每個(gè)澆筑段以12m為例可節(jié)約工期1.5d。

6 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)明洞襯砌外模采用木模或者小塊鋼模板拼裝而成具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)空間狹小、易跑模變形、工序繁瑣等缺點(diǎn)，庫爾勒隧道采用了整體自行式外模臺(tái)車，經(jīng)過工程應(yīng)用表明，此外模臺(tái)車能有效保證施工質(zhì)量，提高施工效率。因此，在類似施工作業(yè)中，明洞長度大于300m時(shí)施工管理人員可優(yōu)先選擇整體自行式外模臺(tái)車作為明洞襯砌施工主要施工工藝，以保證隧洞混凝土施工效果及工期要求。