巨跨地下洞庫被覆施工一體化裝備研究與應用

林春剛，尚 偉，*

(1. 廣東省隧道結構智能監控與維護企業重點實驗室，廣東 廣州 511458；2. 中鐵隧道勘察設計研究院有限公司，廣東 廣州 511458)

0 引言

隨著隧道及地下工程的蓬勃發展，地下空間開發逐步從淺層進入深部，規模從常規向超常規發展，相繼涌現了眾多大跨、巨跨隧道及超大型地下洞庫。這些大型隧道及洞庫相關的設計理論、施工技術超出了現有地下工程建設理論的應用范疇，其被覆結構(二次襯砌)的力學規律、穩定性面臨諸多不確定性因素，給超大型地下空間開發帶來了極大的困擾，制約著國家重大戰略的實施。被覆結構是地下工程的永久性承載結構，對洞室的穩定性具有決定性影響，通常采用混凝土現澆工藝修建。大型地下工程被覆結構通常采用體型高大、結構高強的支架模板體系澆筑，以確保結構的穩定性[1-2]，但施工難度大、風險高。

徐州地鐵1號線站銅區間(跨度為16.26 m)[3]、長沙市森林防火監測站(跨度為17.2 m)[4]、深圳地鐵8號線深外站及連接線(跨度為21.56 m)[5]均為超大斷面隧道，二次襯砌澆筑時均采用臺架、腳手架聯合支撐鋼模板。青島地鐵2號線李村公園站及折返線區間(跨度分別為22.8、23.5 m)[6-7]、某儲備洞室穹頂(直徑27 m)[8]，使用腳手架、支撐鋼模板進行二次襯砌澆筑。營盤路湘江隧道主線與匝道的分合流段(寬度為25.3 m)采用側壁臺車與中導坑鋼模聯合施工[9]。重慶地鐵3號線紅旗河溝車站(跨度為25.6 m)[10]、烏蒙山2號隧道(跨度為28.42 m)[11]均采用整體式模板臺車完成拱墻襯砌澆筑。深圳市蓮塘隧道分岔部(跨度為30 m)[12]、贛龍鐵路新考塘隧道(跨度為30.26 m)[13]、京張高鐵八達嶺長城站(跨度為32.7 m)[14]，均是在門架式襯砌臺車的基礎上，通過增設副門架、加長模板，實現大跨段襯砌施工。海南某地下洞庫擴建后凈跨為40 m、凈高為12 m，混凝土設計厚度為1～2 m，采用碗扣式腳手架支撐體系和整體自行式貝雷架支撐臺架完成了被覆施工[15]。綜上所述，目前大型地下工程二次襯砌施工裝備以襯砌臺車和滿堂架支撐鋼模為主，部分工程采用了兩者組合式結構;在跨度方面,襯砌臺車可達到32.7 m，滿堂架可達到40 m; 在作業方面，仍舊以人工操作為主，效率低、風險大。

某巨跨超扁平大型地下洞庫為罕見巨跨工程，現有大型地下洞庫施工裝備在結構跨度、自動化施工、風險控制等方面與本巨跨洞庫施工要求相距甚遠，難以滿足需求。成熟的施工裝備和配套施工技術是保障大型地下工程順利施工的先決條件。本課題以滿足國家重大地下工程需求為導向，依托某在建巨跨地下洞庫，以實現被覆結構鋼筋混凝土安全、快速澆筑為目標，采用“貝雷架支撐體系+鋼模板”，集成鋼筋綁扎與混凝土澆筑功能，構建巨跨地下洞庫被覆結構施工一體化裝備及配套工藝，精準、高效支撐巨跨超扁平大型地下洞庫工程機械化施工。

1 工程概況

某在建工程為巨跨、矢跨比極小的地下洞庫，圍巖為白云質灰巖，巖體整體性較好，局部存在斷層和節理，圍巖基本穩定。地下洞庫被覆為單跨鋼筋混凝土結構，邊墻以上部位一次澆筑成型。該洞庫跨度為現有常規洞室最大跨度的2～3倍，被覆混凝土厚度為常規隧道的4～5倍，多層鋼筋密集交叉，混凝土單循環澆筑量超千方、自重數千噸，但被覆混凝土施工周期僅有5個月。

2 總體方案設計

2.1 工程難點及要求

本工程地下洞庫被覆混凝土施工裝備體型巨大，拼裝、移動、拆解、立模、脫模等均面臨巨大挑戰。單組混凝土澆筑長度為12 m，襯砌施工裝備跨度大，縱向長度相對較短，在千噸級現澆混凝土的巨大載荷下，襯砌施工裝備容易發生扭曲失穩，風險防控要求高。在保證結構安全、穩定的前提下，要求巨跨模板支撐體系具有快速拼裝、自主移動、自動化施工功能，快速實現洞庫結構穩定成型。

2.2 設計思路

被覆結構施工主要包括鋼筋綁扎和混凝土澆筑，2大工序相繼進行，且所需設備作業覆蓋面相近，因此可將鋼筋綁扎、混凝土澆筑裝備合二為一，形成一體化施工裝備。同時，拓展縱向長度，提高巨跨施工裝備的抗扭穩定性，可實現一次定位，多工序同步施工，提高工效。

目前，全液壓鋼模板襯砌臺車施工技術較為成熟，而貝雷架強度高、通用性強、租賃成本低、可實現快速拼裝，因此，可將貝雷架支撐體系融入全液壓鋼模板襯砌臺車，研制一體化施工裝備，從而實現巨跨地下洞庫被覆混凝土安全、優質、高效施工。

2.3 設計方案

鋼筋綁扎與混凝土澆筑一體化施工裝備上部分為鋼筋綁扎區和混凝土澆筑區，中部使用高強度組合式貝雷架支撐體系，底部采用多臺軌行式行走機構驅動一體化施工裝備前、后移動；支撐體系底部預留行車門洞，用于施工設備、材料進出。整體結構見圖1，整機主要技術參數見表1。

鋼筋綁扎區位于前端，多臺鋼筋綁扎臺架布置在支撐體系頂部，并可在鋼筋綁扎區域內前、后移動；鋼筋綁扎臺架上方布置有鋼筋定位卡具、升降平臺和鋼筋吊具，可輔助鋼筋綁扎，見圖1(a)。

混凝土澆筑區位于后端，巨跨弧形模板通過模板支架組成整體式結構，便于立模、脫模動作協調；模板頂升、橫移機構設置在模板支架底部與貝雷架支撐體系之間，可用于模板精準定位，見圖1(b)。模板支架上配置有混凝土澆筑系統、振搗系統和人工作業平臺，便于混凝土灌注、振搗施工。

(a) 鋼筋綁扎裝備主視圖

(b) 混凝土澆筑裝備主視圖

(c) 混凝土澆筑裝備側視圖

表1 主要技術參數

3 部件結構

3.1 貝雷架支撐體系

3.1.1 結構設計

貝雷架支撐體系(見圖1)為主要承載結構，由貝雷架基礎、貝雷架主架、工字鋼梁組成。貝雷架基礎底部設置行走機構，頂部承載貝雷架主架；貝雷架主架為支撐體系的中部桁架結構，用于傳遞載荷、保持結構穩定；工字鋼梁設置在貝雷架主架上方，用于搭建作業平臺、安裝輔助設備和支撐模板。

單個貝雷片外形尺寸為3 115 mm×176 mm×1 500 mm，拼裝長度為3 m，主要由上下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成。上下弦桿一端為陰頭，另一端為陽頭，均設置有銷孔。縱向拼裝時，將2個貝雷片上下弦桿的陰頭、陽頭銷孔對齊后，將銷子插入即可；多排拼裝時，采用斜撐連接對應的豎桿、弦桿，螺栓鎖緊；多層拼裝時將多個貼合弦桿對齊，螺栓鎖緊。采用多排多層貝雷片結構，可提高支撐體系的結構強度和穩定性。

貝雷架基礎為2組3排單層加強型粱形結構，縱向長度為30 m，共4組。貝雷架主架底層采用貝雷片箱形組合結構(見圖2)，提高抗彎抗扭剛度；上層混凝土澆筑區采用2組3排單層加強型梁形結構，如圖3所示。鋼筋綁扎區采用單組3排單層加強型梁形結構，貝雷架主架層與層之間為縱橫交錯布置，采用螺栓鎖緊，橫向結構可根據層高分段配置，縱向均勻布置5組。

鋼筋綁扎區載荷相對較小，貝雷架主架布置1層單排雙層貝雷片箱形結構，頂部采用型鋼搭建鋼筋綁扎作業平臺。

圖2 貝雷片箱形組合結構

圖3 3排單層組合結構

3.1.2 力學分析

根據貝雷架支撐體系的結構特點和載荷分布規律，貝雷架基礎的跨度、載荷最大，可確定為危險結構。按混凝土澆筑過程中最不利載荷作用于支撐體系，采用有限元分析法進行危險結構力學驗算。有限元模型中，模板面板采用虛梁模擬荷載，支撐螺桿、螺桿、貝雷架間斜撐均采用桁架單元，其余均采用梁單元。貝雷架和工字鋼梁的材料型號、力學參數及驗算結果見表2。由結果可知，貝雷架、工字鋼梁的正應力、切應力在容許值范圍內，危險結構的變形撓度小于容許值，因此貝雷架支撐體系可滿足結構安全性需求。

表2 支撐體系部件主要力學參數及驗算結果

3.2 鋼筋綁扎臺架

3.2.1 方案設計

被覆配筋設計為多層鋼筋立體網，完成綁扎后整體頂升到位，隨后通過錨桿懸吊固定。鋼筋綁扎的主要步驟有鋼筋提升、定位、固定、單片網綁扎、接頭焊接、立體網成形等步驟。施工中主要面臨定位精度要求高、豎向作業距離遠、鋼筋綁扎量巨大等難題。為此，設計了鋼筋綁扎臺架，以型鋼焊接的空間桁架作為主架，配置鋼筋吊具、升降平臺、鋼筋定位卡具、軌行式驅動機構等功能結構，見圖4。

圖4 鋼筋綁扎臺架

具體施工時,可將鋼筋綁扎臺架預先移至施工區域，使用鋼筋吊具將所需鋼筋吊運至鋼筋綁扎臺架頂部，通過鋼筋定位卡具使鋼筋精確定位，隨后綁扎牢固。當作業距離較高，超出人手作業范圍時，可啟動升降平臺，增大人工作業范圍。通過底部行走機構，往復移動鋼筋綁扎臺架，可覆蓋全域鋼筋綁扎需求。

3.2.2 結構設計

3.2.2.1 主架

主架為鋼筋綁扎臺架的基礎構件，是由型鋼焊接而成的門架式結構，上部承載鋼筋吊具、升降平臺、鋼筋定位卡具等，兼做工作平臺，下部為行走機構，使其具有較大的作業范圍。

3.2.2.2 行走機構

行走機構用于鋼筋綁扎臺架往復移動，采用軌行式結構，由電機同步驅動，一端主動，另一端從動。行走機構與主架之間采用鉸接連接，具有良好的力學傳遞性能。鋼筋綁扎臺架靜止時應采用鎖軌器固定，防止滑動。

3.2.2.3 鋼筋吊具

鋼筋吊具用于提升鋼筋，該設備主要由驅動器、制動器、鋼絲繩、定滑輪、吊鉤、放料倉、支架等組成，固定在鋼筋綁扎臺架的主架上，見圖5。吊鉤掛載鋼筋后，啟動驅動器，在鋼絲繩的牽引力作用下，可將鋼筋提升至鋼筋綁扎臺架頂部;隨后在人工輔助牽引的作用下，緩慢放置在放料倉內，便于后續鋼筋綁扎取用。根據施工需求，鋼筋吊具可布置在鋼筋綁扎臺架和支撐體系的邊緣，成對布置、使用。

圖5 鋼筋吊具

3.2.2.4 升降平臺

巨跨洞庫被覆混凝土厚度較大，超出人工作業范圍，需借助升降平臺輔助施工。升降平臺主要選用單極固定式剪叉升降臺，采用液壓驅動，升降行程較低，結構緊湊，具有良好的操控性和安全性。

3.2.2.5 鋼筋定位卡具

超大跨洞庫被覆鋼筋網通過拱部錨桿接頭固定，自上而下逐層綁扎。作業過程中采用鋼筋定位卡具精準定位。鋼筋定位卡具分為縱向和環向2種，均采用小型化、輕便化設計，便于重復使用，示意圖見圖6。

1—縱向鋼筋； 2—環向鋼筋； 3—環向鋼筋定位卡具； 4—縱向鋼筋定位卡具。

1)環向鋼筋定位卡具。環向鋼筋定位卡具用于定位和支撐環向多層鋼筋，沿洞庫斷面弧形設置在鋼筋綁扎臺架上。鋼筋綁扎臺架上沿縱向預留定位銷孔，環向鋼筋定位卡具采用定位銷軸放置在鋼筋綁扎臺架上。環向鋼筋定位卡具主要由面板和面板上的多個分層“L”型卡槽組成。“L”型卡槽數量和間距取決與鋼筋網設計層數和層距。環向鋼筋定位卡具與鋼筋綁扎臺車之間采用定位銷軸連接，定位銷孔需預先制作，具有位置可調、定位準確的功能。使用時可預先將環向鋼筋定位卡具布置在施工位置，然后將環向鋼筋放置在“L”型卡槽內，實現環向鋼筋定位與臨時支撐，與上層鋼筋完成綁扎后即可拆除，并移動到下一位置繼續使用。

2)縱向鋼筋定位卡具。縱向鋼筋定位卡具用于定位縱向鋼筋，與環向鋼筋定位卡具配套使用，其橫斷面為與隧道斷面弧形同心的弧形板狀結構，其頂部設置有多個“U”型槽，其間距符合縱向鋼筋間距設計要求。使用時可將縱向鋼筋定位卡具放置在多組縱向鋼筋之間，并與環向定位鋼筋卡具密貼，保持與縱向垂直，并使其“U”型槽卡在鋼筋上，沿縱向設置多個縱向鋼筋定位卡具，即可實現縱向鋼筋精準定位。

3.3 模板系統

被覆混凝土澆筑“先墻后拱”，拱部一次澆筑成型。洞庫被覆厚度大、載荷重、質量要求高，因而拱部模板采用鋼制弧形模板。為提高模板的整體力學穩定性，便于立模、脫模等，模板系統整體固定在模板支架上，經模板支架傳遞混凝土載荷以及完成立模、脫模等功能(見圖1(b))。

拱部模板主體結構為弧形，兩側末端為直墻模板。弧形模板環向共11塊，環向采用鉸接連接，并使用連桿鎖死，保證弧形模板的精度。直墻模板環向共2塊，分置弧形模板左、右兩端，采用鉸接結構，驅動液壓油缸可使直墻模板搭接邊墻(見圖7)。

圖7 直墻模板

模板系統分層預留多個工作窗口，可用于混凝土澆筑、振搗、觀察澆筑狀況等。拱頂留混凝土灌注孔，用于布置拱頂混凝土泵送管路。模板系統工作窗布置如圖8所示。

圖8 模板系統工作窗布置圖

3.4 模板液壓系統

被覆模筑混凝土施工時，模板應具備立模、脫模的功能。支撐體系定位后，立模時僅需要上下、左右精準調控模板。因此，模板液壓系統應具備模板頂升、橫移、直墻模板擴展的功能。3.3節提到模板系統固定在模板支架上，因而模板液壓系統均作用在模板支架上，底部設置在支撐體系上，具體結構見圖9。模板頂升、橫移液壓系統前后設置2排，單排設置12套，設備中線對稱布置，布置位置見圖1(b)。模板定位時，需采用液壓同步驅動技術，確保多套液壓系統動作協調。

圖9 模板頂升、橫移系統原理

3.4.1 頂升功能

頂升功能由頂升油缸、伸縮套筒和螺旋絲杠實現，其中，頂升油缸提供驅動力，伸縮套筒用于導向，螺旋絲杠用于定位后的鎖定并提供支撐力。

3.4.2 橫移功能

橫移功能由橫移油缸與頂升、橫移基座實現，橫移油缸提供驅動力，頂升、橫移基座可相對支撐體系左右滑動，進而帶動頂升結構、模板支架整體橫向移動。

3.4.3 直墻模板擴展

直墻模板采用液壓驅動到位后，使用螺旋絲杠鎖緊，具體結構見圖7。由于模板系統跨度、自重均較大，需在多處設置模板頂升、橫移系統，前、后2排，共24套，均勻分攤模板豎向載荷。直墻模板擴展前、后2排，共4套，承載邊墻段部分載荷。模板液壓系統采用同步控制技術以保證驅動模板時的動作協調性。

3.5 混凝土澆筑系統設計

地下洞庫被覆拱部混凝土澆筑按照左右對稱、自下向上、分層澆筑的工藝原則，連續澆筑、一次成型。被覆跨度大、坡度小、輸送距離長，單循環澆筑量極大，適合采用封閉管路泵送混凝土，確保混凝土入模質量。為提高工效，兩側可分別設置一套獨立的澆筑管路，同時澆筑混凝土，并嚴格控制澆筑速度和兩側混凝土的高度差。混凝土澆筑系統見圖10。

圖10 混凝土澆筑系統

混凝土澆筑采用自動旋轉對接澆筑系統，可實現混凝土管路快捷變換，其結構主要包括主管路、旋轉機構、伸縮機構和分管路。主管路前端接泵車，后端接旋轉機構；多套分管路以旋轉機構的圓心為中心，呈環形布置，其前端用于對接伸縮機構，后端放置于各個工作窗內或接通拱部澆筑孔。旋轉機構接通主管路，以液壓馬達驅動，可回轉。伸縮機構布置在旋轉結構的末端，以液壓油缸驅動，可伸縮、對接分管路，管路接口處使用管箍鎖緊。旋轉機構與伸縮機構配套使用，可實現主管路與分管路逐次對接，自動旋轉對接原理見圖11。

圖11 自動旋轉對接原理圖

被覆混凝土厚度較大，多層鋼筋網較為密集，拱頂近似水平段從底部泵入混凝土時難以完全填充模板艙，為此需將管路插入模板艙內。泵送管路向上穿過模板、鋼筋網，頂部出口距離初期支護20 cm。混凝土泵送管縱向布置3排、每排設置5個，縱向間距3 m，橫向間距5 m，靠近已澆筑段混凝土的間距為0.75～1.00 m，布置方式見圖12和圖13。

圖12 拱頂混凝土泵送管側向視圖

圖13 拱頂混凝土泵送管端部視圖

模板定位后布置混凝土泵送管路，上穿沿途干涉鋼筋網需切斷處置。脫模時，在模板處切斷混凝土泵送管，模板外側管路滯留在混凝土內。

3.6 振搗系統設計

被覆混凝土厚度較大，外部附著式振搗器無法有效完成混凝土振搗施工。為滿足現澆混凝土密實度要求，拱墻混凝土采用高頻插入式振搗器搗固，具體施工時采用直插或斜插方式。插入式振搗器采用輕量化設計，便于人工手持振搗棒穿過鋼筋網間隙，振搗時不接觸鋼筋網。振搗棒采用低壓變頻驅動，接通電源即可啟動振搗。振搗時間可預先設置，防止混凝土過度振搗而發生離析。針對本項目設計的插入式振搗器參數見表3。

表3 插入式振搗棒設計參數

3.7 行走系統設計

被覆混凝土結構分段逐次澆筑，施工裝備應具備自行走功能。本裝備自重較大，采用軌行式結構，設置在支撐體系底部的一體式鋼結構上。每套設備配置2個行走輪。行走機構以電機減速機驅動，鏈條式傳動，可適應重載、粉塵等不良環境。

行走系統以12根重型鋼軌為軌道，左右兩側對稱布置，每根軌道前后分別布置1套行走機構，均配置電機減速機驅動，共24套行走機構。行走機構采用多電機速度偏差耦合同步控制，嚴格控制各個行走機構的移動速度，保證支撐系統底部的一體式鋼結構整體沿軌道直線行走，從而承載整個支撐體系移動，防止架體失穩。軌行式行走機構如圖14所示。

圖14 軌行式行走機構

4 被覆施工工藝

4.1 工藝流程

鋼筋綁扎與混凝土澆筑一體化裝備可實現一次定位，同步完成相鄰2個循環的鋼筋綁扎和混凝土澆筑，工藝流程見圖15。

圖15 鋼筋綁扎與混凝土澆筑一體化裝備工藝流程圖

4.2 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎以鋼筋綁扎平臺為主要施工裝備，主要有鋼筋吊裝、定位、錨固、綁扎等工序，所完成的鋼筋網應滿足布筋準確、綁扎牢固，不因混凝土澆筑、振搗而引起變形。具體方法如下：

1)使用鋼筋吊具將所用鋼筋分批吊裝至鋼筋綁扎平臺上，并將表面處理干凈，按照配筋設計搭配不同長度、數量、直徑的鋼筋，以備取用；

2)將縱向鋼筋放入縱向鋼筋定位卡具的“U”型槽內，環向鋼筋從最后端開始布置在環向鋼筋定位卡具的“L”型卡槽內，并將頂層的鋼筋與錨桿連接，徑向連接筋布置在縱向鋼筋與環向鋼筋的交點處，完成首個環向單片網。左、右兩側可同步布置縱向鋼筋與環向鋼筋，并將接茬處連接牢固；

3)首個環向鋼筋單片網完成后，將環向鋼筋定位卡具向前端移動一個環向鋼筋間距，隨后再次布置環向鋼筋、徑向連接筋，并連接牢固，完成第2個環向鋼筋單片網。隨后使用縱向連接筋，將首片和第2片鋼筋單片網綁扎為整體；

4)重復第2個鋼筋單片網和縱向連接筋綁扎流程，直至所有鋼筋單片網綁扎完成，鋼筋立體網已基本完成。

4.3 混凝土澆筑

被覆混凝土采用自動旋轉對接裝置泵送入模。為避免產生施工縫，采用6輛混凝土攪拌車、2臺拖泵從左、右兩側同時施工，采用先墻后拱的順序，自下而上、分層、對稱澆筑，兩側高度差不超過30 cm，分層高度30 cm，澆筑速度控制在0.75 m/h以內，拱頂澆筑時可適當提高速度。

拱頂近水平段采用先快后慢的澆筑方式，混凝土的澆筑總時長等分成3段，混凝土泵送速度每次降低20%，橫向由邊緣向中間對稱澆筑，縱向由內向外依次澆筑，可最大限度緩解水化熱的不利影響。

封頂階段采用帶壓灌注，在泵送壓力作用下，混凝土先填充縱向內側，然后向外側涌動。根據拱頂空洞檢測結果，填充密實后逐次使用中部、端部泵送管路輸送混凝土，直至完成封頂。為便于封頂混凝土澆筑并提高施工質量，封頂階段應慢速灌注，并使封頂區域盡可能小。

4.4 混凝土振搗

混凝土入模后應及時振搗均勻、密實。插入式振搗器通過模板作業窗直插或斜插入現澆混凝土，一般情況下應連續振搗25～30 s，每次振動時間不宜少于10 s，不得超過60 s。插入式振搗器應按照“快插慢拔”的原則，逐層逐窗振搗，各振搗點間距不宜超過1.5倍振搗半徑，防止漏振。當模板內的混凝土不再下陷、不再出現氣泡、泛漿流動或成水平狀時即可停止振搗。

采用二次振搗技術，對失去坍落度但仍處于塑性狀態的混凝土進行二次振搗，提高混凝土的強度、密實度和抗滲性能，降低混凝土產生收縮裂縫的風險。初凝后的混凝土不得再次振搗。混凝土振搗時應加強質量檢查，產生偏差時應及時調整工藝參數，確保混凝土振搗效果。被覆拱頂近水平段采用自密實混凝土澆筑，無需振搗。

4.5 拱頂混凝土脫空檢測

拱頂混凝土灌注不飽滿或者不密實的情況下，被覆混凝土背后容易產生空洞，從而對整個被覆結構的耐久性造成不利影響。拱頂混凝土灌注期間采用分布式觸壓傳感器檢測拱部混凝土壓力狀態，判斷是否存在脫空，并作為拱部混凝土封頂終止的判據。

分布式觸壓傳感器縱向密貼于拱頂初期支護表面，帶狀結構上設置有多個檢測單元，對應顯示終端多個指示燈。當檢測單元采集到混凝土壓力時，對應的指示燈亮起，表示檢測位置的混凝土為“密實”狀態。借助拱頂混凝土脫空檢測，實現拱頂混凝土封頂全過程信息化檢測，可避免僅憑經驗或目測判斷封頂結束時機而導致的拱頂混凝土脫空。拱頂混凝土脫空檢測原理見圖16。

圖16 拱頂混凝土脫空檢測原理圖

5 工程應用

5.1 應用情況

被覆施工一體化裝備已完成被覆混凝土施工，累計施工5個月，完成混凝土澆筑20余組。所用貝雷架運輸方便，可實現洞內快速組裝，形成穩固的支撐體系。通過整合鋼筋綁扎與混凝土澆筑裝備，使一體化貝雷架支撐體系縱向長度達到30 m，提高了其結構強度和穩定性，在千噸級現澆混凝土的巨大載荷下，保證了立模精度和施工安全。頂部分設鋼筋綁扎與混凝土澆筑工區，通過優化施工組織，可實現工序協調并進，充分調用人工，實現人工、設備最優配置，從而提高勞動生產率。

鋼筋綁扎臺架、鋼筋吊具、鋼筋綁扎定位卡具等工裝有利于提高多層鋼筋網綁扎效率。整體式鋼模板及其液壓驅動系統滿足了超大跨度條件下立模、脫模施工需求。自動旋轉對接灌注系統實現了高質量混凝土快速入模，同時降低了狹小空間內頻繁換管的難度。自主行走系統解決了超大型被覆施工裝備縱向移動的難題。拱頂混凝土脫空監測裝置可實時反映混凝土飽滿狀態，可為封頂施工提供信息參考，避免盲目施工。脫模后混凝土表面光滑，未見蜂窩、麻面、錯臺等質量缺陷，襯砌強度、密實度、背后脫空率等均滿足襯砌施工質量驗收規范。

被覆施工一體化裝備主要工序作業時間見表4，除混凝土硬化要求的時間較長外，表中各工序均滿足施工進度要求。此外，組織施工時可充分利用混凝土硬化時間，提高綜合施工效益。

表4 主要工序作業時間

5.2 配套要求

本設備所需施工人員和配套設備均為常見配置，見表5和表6。

表5 襯砌施工勞動力配置

表6 襯砌施工主要設備配置

5.3 存在的不足

本裝備跨度大、載荷大，應用中軌道鋪設精度和人工協作是主要問題。行走機構采用速度同步控制，軌道鋪設精度較差時，行走輪容易發生偏載，導致局部載荷過重，無法順利行走。同時在行走過程中，應時刻關注行走的直線度，出現偏差時應及時調整驅動速度。

6 結論與討論

巨跨地下洞室被覆施工是地下工程裝備技術面臨的行業難題，采用安全、可靠、高效的施工裝備，是保證襯砌施工質量，提高施工效率的必備條件。以高強度模塊化貝雷架組建支撐體系，借鑒全液壓鋼模板襯砌施工技術，研制了集鋼筋綁扎與混凝土澆筑功能于一體的巨跨被覆施工裝備，取得的主要結論如下：

1)以貝雷架為基本構件的支撐體系通用性強，結構簡單，組裝方便，便于運輸，適用于洞內快速組裝巨跨被覆施工裝備，可承受巨跨被覆混凝土載荷。

2)采用鋼筋綁扎與混凝土澆筑裝備一體化形式，可顯著增加縱向尺寸，對于提高巨跨被覆施工裝備的穩定性效果顯著，可滿足降低施工風險的需求。

3)巨跨被覆施工裝備一體化技術實現了鋼筋綁扎和混凝土澆筑一體化施工，能夠實現多工序協同并進，配置多種自動化、信息化工裝可簡化設備操作難度，降低人工勞動強度，從而提高施工效率，確保按期完成巨跨被覆施工。

巨跨地下洞庫被覆施工一體化裝備為巨跨被覆施工提供了全套裝備、工藝解決方案，但在施工中需要投入較多的施工人員和設備，施工組織難度大、風險管控壓力大。下一步可研究采用自動化、信息化施工技術，提高施工裝備的自動化程度，實現少人化施工。