智能化襯砌臺車在二襯澆筑中的應用

胡美東 HU Mei-dong

（中鐵十四局三公司，濟寧 272100）

1 工程概況

新建南寧至玉林鐵路為雙線高速鐵路，線間距5m，設計速度350km/h。站前工程№2標位于廣西省南寧市青秀區與橫縣境內，起止里程DK16+848.9～DK45+374.11，全長28.10km。區間路基4.3km/27段、橋梁18.9km/28座、隧道4.9km、預制梁場1處、涵洞8道，橋隧比85%。標段投資25.7億元，調整后工期2019.12.10～2023.6.10。

巴蘭隧道位于廣西南寧市青秀區境內，低山丘陵區，地勢起伏，地形較為開闊，植被茂盛，地面高程介于129～230m，相對高差一般小于50m。最大埋深98m，最小埋深13.5m。隧道全長1052m，其中暗洞長986m，明洞加洞門進出口總長66m。分進出口兩頭掘進，出口于2020年6月3日開始進洞。本論文以巴蘭隧道二襯施工為例，論述智能臺車在二襯施工中的應用。

2 智能化襯砌臺車

2.1 臺車具備的功能

①自動布料系統：智能化襯砌臺車配置自動混凝土分配系統，無需人工換管，能降低勞動強度。

②壓力澆筑混凝土功能：自動澆筑系統采用封閉混凝土管路，澆筑過程中保證混凝土澆筑一定壓力。

③混凝土振搗器：邊墻使用插人式振搗器、附著式振動器共同進行振搗，拱頂使用附著式振動器并增加拱頂插入式振搗器，分振搗拱頂混凝土。

④參數監測功能：襯砌臺車宜具備混凝土澆筑開始結束時間記錄、澆筑方量計量、澆筑壓力和拱頂飽滿度監測、入模溫度測量等功能。

⑤信息集成傳輸功能：襯砌臺車宜具備必要的數據采集、記錄、存儲和傳輸功能。

2.2 臺車結構與設備配置

襯砌臺車長度12m，剛度需經檢算并符合要求，防止施工過程中發生變形。臺車的主要結構應包括骨架結構鋼模板混凝土布料系統、混凝土振搗系統、液壓系統、信息化監測系統、電氣控制系統、行走系統以及附屬功能結構和裝置等。

①混凝土布料系統應符合下列規定：

1）襯砌臺車具備混凝土自動布料功能，實現封閉管路輸送混凝土。

2）臺車布料系統布置應方便操作，實現混凝土縱向對稱、橫向對稱自動布料。

3）布料系統宜配置余料回收裝置及清洗系統。

②混凝土振搗系統應符合下列規定：

1）振搗系統布置應合理，實現混凝土均勻、密實振搗功能，不漏振，并重點考慮施工縫附近和拱頂部位的振搗。

2）插入式振搗棒與附著式振搗器采用高頻振搗器，振動器轉速不小于10000r/min。

3）振搗工作窗布置應確保振搗范圍滿足施工要求。端頭工作窗距離端頭75cm。

4）振搗器布置間距1.5m，與其有效工作范圍相匹配，附著式振搗器距端頭75cm。（圖1）

圖1 氣動附著振搗器

③設置液位繼電器聲光報警，報警裝置設在臺車邊墻一側，配置5個報警器，每組襯砌布設5個報警觸點。信息化系統配置宜符合下列規定：

1）混凝土監測系統應布置合理，實時監測拱部澆筑壓力。

2）監測記錄混凝土澆筑溫度、流量。

3）具備拱頂澆筑監測。

4）其備搭接預警監測。

5）計算并顯示混凝土澆筑量。

6）具備遠程監控功能。

④端頭模板及卡具強度、剛度、穩定性應滿足帶壓澆筑要求，并應符合下列規定：

1）襯砌臺車應配置定型組合端模，并能根據襯砌厚度及隧道輪廓線調整。

2）設計有中埋式止水帶時應配置止水帶固定端模，止水帶位置應保證襯砌內側厚度不小于20cm。為保證環向中埋止水帶安裝質量，臺車端頭配置翻轉式鋼端模或可調式塑膠端模。

3）端頭模板拱頂最高處應設置透視觀察窗。

4）端頭模板及卡具應操作方便，不得損傷防（排）水板。

5）端頭模板應安裝牢固，不漏漿。

⑤端模設軟搭接，板縫倒角。固定橡膠板的螺釘應嵌入橡膠板內，防止螺釘高于橡膠板面對搭接混凝土產生應力集中。軟搭接橡膠板與臺車縱向密貼，防止產生錯臺。板縫設置Ⅴ型倒角，提高施工縫質量。

⑥襯砌臺車可設置模板頂推限位裝置，避免已襯砌段混凝土受到損傷。

⑦襯砌臺車設置防止臺車移位裝置。

⑧液壓系統升降油缸采用遙控系統。

圖2 智能化襯砌臺車

2.3 臺車澆筑口及作業窗布置

襯砌臺車應考慮混凝土的澆筑、振搗、檢查等作業需要，在適當位置設置澆注口和作業窗（檢查窗），并應符合下列規定：

①分倉分層澆筑，配置標準分料系統。邊墻窗口單層8個，層距1.5m，第一層窗口距離矮邊墻頂面1.5m。分料系統采用溜槽或導管，采用溜槽應坡度適當以防止槽內堵料，便于混凝土流動。邊墻單側第一層、第二層的窗口各4個入料溜槽或入料導管。

②窗口凈空72cm×78cm，并具有良好的鎖緊封閉措施。

③拱頂澆筑口設置4個，拱部臨近已襯砌端澆筑口距離臺車端部0.75m，導管切換以方便作業人員操作為宜。

④混凝土澆筑口應均勻布置，邊墻澆筑口距拱頂距離2m。

⑤二襯采用帶模注漿，配置帶模注漿專用設備。

圖3 智能化襯砌臺車

2.4 智能化襯砌臺車驗收

襯砌臺車拼裝完成后按規范要求進行驗收。

3 二襯混凝土施工

在二襯鋼筋綁扎完成并驗收通過后，將通過驗收的襯砌臺車移動就位，并于上一般二襯混凝土密貼，搭接長度控制在10cm（首板二襯設置兩端當頭模），復測調整臺車，使其中線與隧道中線重合,高程與設計相符，然后用液壓桿件將臺車模板調整到比襯砌輪廓線大5cm。安裝擋頭模板到位并加固好中埋止水帶與背貼式止水帶，防止混凝土澆筑過程中止水帶發生移位變形。

3.1 二襯砼澆筑

①二襯混凝土應分層分倉對稱、邊澆筑邊振搗，防止鋼模臺車偏移。泵送混凝土應具有良好的和易性，拱部混凝土坍落度宜按180mm至220mm控制。

②充分利用臺車附著式振動器和拱頂插入式振搗器，確保混凝土振搗密實，加強對拱頂襯砌混凝土振搗，避免形成拱頂混凝土脫空和不密實等質量問題，振搗頻次視澆筑情況而定，振搗時間控制在50s左右。

③1）泵送混凝土到智能化襯砌臺車的自動布料系統，通過自動布料系統從低部窗口逐層澆筑混凝土。2）澆筑拱頂混凝土至少使用3個澆筑孔；3）襯砌混凝土澆筑時間控制在9小時以內。澆筑拱頂混凝土（沖頂施工）時間控制在2小時以內；4）采用混凝土流量計確定澆筑混凝土數量，集合測量斷面判斷剩余混凝土數量，預估沖頂混凝土量，提前向拌合站要料；5）觀察拱頂透明端頭模板及溢漿孔，當觀察到拱頂混凝土已澆滿，液壓繼電器燈管亮起且溢漿孔流出濃漿，說明澆筑完成，停止澆筑。

④通過澆筑窗口布置，混凝土自由落差可控制在1.5m以內，臺車前后砼高差控制在60cm以內，左右砼面高差不大于50cm，嚴禁單側一次澆筑高度超過1m以上。每層澆注高度≤50cm，上升高度不超過1m/h。

⑤將排氣管通過堵頭板一端伸入倉內，當發現有混凝土表層的稀漿自排氣管中流出時，說明倉內已完全充滿了混凝土，立即停止澆筑，撤出排氣管和泵送軟管，并將擋板的圓孔堵死。

⑥當液位繼電器燈全部亮起時說明混凝土已澆筑完成。

3.2 沖頂混凝土施工

①拱頂處襯砌混凝土應沿襯砌施工方向澆筑，并在拱頂擋頭板處設觀察孔。

②拱頂沖頂澆筑口不得少于3個。

③拱頂部混凝土坍落度為180mm-220mm。

④沖頂施工時視情況降低泵送混凝土的速度、調整泵送壓力，通過拱頂透明端頭模板實時觀察混凝土澆筑情況。

⑤拱部混凝土澆筑至臺車略低于臺車拱頂標高時，從下坡端拱頂灌注口向上坡端一次壓入，然后打開拱頂附著式振動器振搗5s左右，再壓入。

⑥混凝土終孔封頂應在已襯砌端澆筑孔進行，終孔封頂入模混凝土壓力應達到0.03MPa-0.05MPa，并持續穩壓3min-5min。

⑦當液位繼電器燈全部亮起且混凝土漿液從溢漿孔流出且變濃稠，說明襯砌混凝土已澆筑完成。

⑧當有泡沫狀浮漿從擋頭板溢出時，需將浮漿引出并清理干凈。

3.3 帶模注漿施工

①帶模注漿作業需在沖頂施工完成后2h～4h之內完成。采用微膨脹注漿料進行注漿，按配合比拌制漿液，攪拌均勻，需在2h之內用完，超過2h不得使用，注漿過程中漿液需持續攪拌，注漿前攪拌時間不小于3分鐘。

圖4 液位繼電器使用

②拱頂注漿孔共4個，注漿機出漿口設置一臺壓力表，管路末端設置一臺壓力表。

③注漿由標高最低端注漿管開始依次壓注至標高最高端注漿孔，當其他注漿孔出現溢漿時關閉閥門，待注漿口處壓力達0.2MPa時并持壓5min后無壓力下降及停止該孔注漿，將注漿管移至下一孔。

④注漿時關注施工縫等部位是否有漿液漏出，發現漏漿停止注漿，查找漏漿部位，進行封堵合格后再繼續注漿。

⑤當拱頂排氣板滲出濃漿或注漿壓力到0.2MPa時，注漿結束。

4 脫模養護

襯砌混凝土養護采用噴淋養護，當混凝土強度不小于設計的75%時，拆除模板，襯砌混凝土采用養護臺車進行養護，養護時間不少于14天。

5 結束語

鐵路隧道襯砌施工成套技術將成為目前及以后隧道施工的發展趨勢，采用智能化襯砌臺車分倉澆筑可避免一孔灌到底的傳統工藝，能提高砼澆筑質量，防止因砼澆筑落差過大而造成混凝土骨料分離；使用插入式振搗器和附著式振搗器能有效的提高混凝土澆筑的密實度，防止襯砌混凝土出現不密實的質量問題；通過沖頂混凝土控制與帶模注漿工藝可以有效的避免二襯拱頂脫空現象。本文以隧道二襯澆筑施工為例，對襯砌臺車的應用進行了總結歸納，對今后隧道施工的襯砌臺車應用具有指導與借鑒意義。