隧道仰拱與鋼筋砼中心水溝機(jī)械化施工技術(shù)

段久波

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

隨著鐵路建設(shè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化施工要求的不斷提高，如何以機(jī)械化實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，全面提升項(xiàng)目管理質(zhì)量和效率尤為重要。目前隧道仰拱施工已經(jīng)從傳統(tǒng)的隧道順序施工作業(yè)改為隧道開挖與仰拱平行作業(yè)，通過采用帶有仰拱和中心水溝模板的可移動仰拱棧橋跨越作業(yè)區(qū)段，施工車輛和人員可在棧橋上正常通行，棧橋下同步進(jìn)行仰拱初期支護(hù)、襯砌、回填等工序的施工，實(shí)現(xiàn)了隧道仰拱與中心水溝的機(jī)械化高效施工，但傳統(tǒng)半弧仰拱模板或整體式全弧鋼模板施工時，存在拱底混凝土澆筑質(zhì)量差，鋼模板拆卸困難等問題。同時，復(fù)雜地質(zhì)條件隧道施工中，往往需要考慮地下水流的侵蝕性影響，將隧道中心水溝設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工中存在成本投入大，施工效率低，模板拆卸次數(shù)多，拆卸困難，模板變形大等問題。

1 工程概況

新建貴南鐵路GNZQ-3 標(biāo)獨(dú)山一號隧道位于貴州省都勻東-獨(dú)山東車站區(qū)間，進(jìn)口端位于王司鎮(zhèn)大沖附近，出口位于王司鎮(zhèn)山口寨，全長8 488m，洞身段最大埋深約445m。線路縱坡為單面上坡，依次為1 175m 長、5.5‰的上坡和920m 長、23‰的上坡。隧道受王司正斷層影響巖體破碎，完整性差，圍巖穩(wěn)定性差，斷層破碎帶易垮塌、掉塊及塌方冒頂，斷層帶富水性好，隧道中心水溝需要考慮地下水流的侵蝕性影響，設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是本工區(qū)控制性工程及重難點(diǎn)工程。

2 隧道仰拱分倉澆筑施工工藝原理

1）全弧液壓折疊式仰拱分倉澆筑模板及移動棧橋，采用全弧液壓折疊式仰拱分倉澆筑模板取代了傳統(tǒng)整體式全弧鋼模板，全弧液壓折疊式仰拱模板由活動模板和固定模板組成，通過液壓系統(tǒng)帶動進(jìn)行活動模板完成合模和拆模，同時在固定模板和活動模板上均開設(shè)有若干混凝土分倉澆筑窗口，有效解決了整體式固定全弧鋼模拆裝困難、仰拱混凝土振搗不密實(shí)等問題，有效保證了仰拱施工質(zhì)量。

2）全弧液壓折疊式仰拱分倉澆筑模板及移動棧橋（圖1～圖3），主要包括可折疊式仰拱全弧模板，所述可折疊式仰拱全弧模板包括位于隧道中心的可拆卸活動模板，分別設(shè)于可拆卸活動模板兩側(cè)的固定模板，每塊固定模板的外側(cè)均設(shè)有2 個活動模板，所述可拆卸活動模板兩端通過連接板以及螺栓與固定模板的一端固定連接，兩活動模板之間通過銷軸活動連接，靠近固定模板的活動模板與固定模板的另外一端通過連接板以及螺栓固定連接，位于外側(cè)的活動模板上設(shè)有連接桿，連接桿上端轉(zhuǎn)動連接有液壓收縮桿，液壓收縮桿的另外一端與靠近固定模板的活動模板轉(zhuǎn)動連接，所述可拆卸活動模板、固定模板以及活動模板上均開設(shè)有若干混凝土分倉澆筑窗口。

圖1 可折疊式液壓全弧模板合模示意圖

圖2 可折疊式液壓全弧模板拆模示意圖

圖3 可折疊液壓全弧仰拱模板混凝土澆筑窗口布設(shè)圖

3）采用全自動液壓仰拱中心水溝預(yù)留槽模板取代了傳統(tǒng)人工安裝整體式鋼模板（圖4、圖5），中心水溝預(yù)留槽模板通過液壓裝置進(jìn)行合模、拆模，確保中心水溝預(yù)留槽模板順利拆模；同時通過牽引系統(tǒng)整體帶動中心水溝預(yù)留槽模板完成精確定位，僅需1 人即可完成操作，施工效率高。

圖4 中心水溝預(yù)留槽液壓合、脫模作業(yè)示意圖

圖5 軌道式液壓中心水溝臺車結(jié)構(gòu)示意圖

4）針對鋼筋混凝土中心水溝，鋼筋綁扎完畢后，二次支模效率低，水溝質(zhì)量難控制等問題，采用軌道式液壓鋼筋混凝土中心水溝臺車，利用行走軌道對模板進(jìn)行精確定位，確保鋼筋混凝土中心水溝灌注質(zhì)量。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

基于可折疊式全弧液壓模板的隧道仰拱分倉澆筑施工工藝流程如圖6 所示。

圖6 隧道仰拱分倉澆筑施工工藝流程

3.1 隧道仰拱開挖、清理

仰拱開挖完成后，對基底進(jìn)行清理，將內(nèi)部雜物、虛渣及積水清理干凈。

3.2 基底噴射混凝土

1）基底清理干凈檢查合格后，采用濕噴機(jī)械手進(jìn)行混凝土噴射施工。

2）濕噴機(jī)械手工作壓力控制在0.12～0.15MPa 之間，采用分段、分片自下而上對稱噴射工藝。

3.3 仰拱鋼拱架安裝定位

1）仰拱鋼拱架在鋼結(jié)構(gòu)加工廠加工制作，鋼拱架連接板焊接時，將連接板放置外操作平臺行走小車上，與定位鋼板緊貼，在定位孔內(nèi)穿入連接板螺栓，使得連接板與定位板連接成整體，將行走小車連帶連接板推至工字鋼位置，使連接板與工字鋼密貼后，完成連接板焊接作業(yè)。

2）成品鋼拱架運(yùn)送到施工現(xiàn)場后，按照設(shè)計(jì)要求精確安裝仰拱鋼拱架，同時在仰拱鋼拱架底部均勻安置與仰拱混凝土同標(biāo)號的混凝土墊塊。

3.4 仰拱襯砌鋼筋安裝

1）仰拱鋼筋在鋼筋加工廠按照設(shè)計(jì)規(guī)格統(tǒng)一下料加工成型，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，進(jìn)行鋼筋安裝。

2）仰拱鋼筋綁扎時，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙中對鋼筋位置、保護(hù)層厚度等要求進(jìn)行施工。

3.5 安裝可折疊式全弧液壓仰拱模板

1）可折疊式全弧液壓仰拱模板結(jié)構(gòu)由剛性骨架和模板組成，分左右兩幅。

2）可折疊式全弧液壓仰拱模板剛性骨架安裝在仰拱不被填充掩埋的部分，利用剛性骨架完成模板的固定、存放和移動，以及安設(shè)走行設(shè)備絞車，傳遞動力。

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3）可折疊式全弧液壓仰拱模板由可拆卸活動模板、固定模板以及活動模板3 部分構(gòu)成，通過液壓系統(tǒng)帶動進(jìn)行活動模板完成合模和拆模，同時利用液壓系統(tǒng)對可折疊式全弧液壓仰拱模板進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)、準(zhǔn)確定位。

4）仰拱基底檢查合格后，安裝仰拱鋼端模與止水帶。

3.6 仰拱混凝土澆筑

1）仰拱混凝土澆筑前由專人檢查仰拱內(nèi)積水、雜物、虛渣等，并將其清除干凈。

2）在混凝土分倉澆筑窗口設(shè)置溜槽及串筒，混凝土采用由中間向兩側(cè)的順序進(jìn)行澆筑。

3）混凝土澆筑過程中，采用附著式振搗器進(jìn)行振搗，同時人工采用振搗棒通過澆筑窗口輔助振搗的方法，確保仰拱混凝土澆筑質(zhì)量。

3.7 拆除可折疊式全弧液壓模板

仰拱混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)拆模強(qiáng)度后，首先通過液壓系統(tǒng)帶動進(jìn)行活動模板折疊，然后利用油缸將全弧仰拱模板整體提升后與混凝土表面分離，完成模板拆除作業(yè)。

3.8 中心水溝預(yù)留槽模板定位

通過牽引系統(tǒng)整體帶動中心水溝預(yù)留槽模板完成精確定位。

3.9 澆筑仰拱填充混凝土

2）中心溝預(yù)留槽模板脫模時，利用液壓系統(tǒng)收縮支撐帶動左右兩側(cè)模板完成脫模，通過牽引系統(tǒng)整體帶動中心水溝預(yù)留槽模板移到下一作業(yè)區(qū)。

3.10 鋼筋混凝土中心水溝鋼筋綁扎

1）中心溝預(yù)留槽模板脫模后，對中心溝預(yù)留槽內(nèi)部混凝土面進(jìn)行鑿毛處理。

2）將中心溝預(yù)留槽內(nèi)雜物清理干凈后，按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行中心水溝鋼骨架綁扎。

3.11 中心水溝模板行走軌道安裝

對軌道式液壓中心水溝模板臺車定位導(dǎo)軌進(jìn)行施工，方便后期液壓中心水溝模板臺車定位，有效提高了水溝模板定位精度。

3.12 中心水溝液壓模板移動、就位

使用履帶式起重機(jī)將軌道式液壓中心水溝模板臺車下部的2 個卡槽扣在行走軌道鋼軌上，通過液壓裝置調(diào)整中心水溝模板進(jìn)行精確定位。

3.13 中心水溝混凝土澆筑

中心水溝混凝土澆筑時，應(yīng)充分振搗，保證混凝土密實(shí)。

3.14 中心水溝模板液壓脫模、養(yǎng)護(hù)

中心溝模板脫采用液壓模后，軌道式液壓中心水溝模板臺車通過行走軌道整體移到下一作業(yè)區(qū)。

4 結(jié)語

通過仰拱折疊式全環(huán)弧模板、全自動液壓仰拱中心水溝模板、軌道式液壓鋼筋混凝土中心水溝澆筑設(shè)備等隧道仰拱與鋼筋混凝土中心水溝施工所需關(guān)鍵工裝及設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用，總結(jié)形成了隧道仰拱與鋼筋混凝土中心水溝機(jī)械化高效施工技術(shù)，采用全弧液壓折疊式仰拱分倉澆筑模板取代了傳統(tǒng)整體式全弧鋼模板，全弧液壓折疊式仰拱模板由活動模板和固定模板組成，通過液壓系統(tǒng)帶動進(jìn)行活動模板完成合模和拆模，同時在固定模板和活動模板上均開設(shè)有若干混凝土分倉澆筑窗口，有效解決了整體式固定全弧鋼模拆裝困難、仰拱混凝土振搗不密實(shí)等問題，有效保證了仰拱施工質(zhì)量，采用全自動液壓仰拱中心水溝預(yù)留槽模板取代了傳統(tǒng)人工安裝整體式鋼模板，中心水溝預(yù)留槽模板通過液壓裝置進(jìn)行合模、拆模，通過牽引系統(tǒng)整體帶動中心水溝預(yù)留槽模板完成精確定位；鋼筋混凝土中心水溝鋼筋骨架綁扎完成后，采用軌道式鋼筋混凝土中心水溝臺車，通過行走軌道精確定位，利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行合、脫模作業(yè)，確保中心水溝模板順利拆模，減少了模板變形，增加了重復(fù)使用次數(shù)，有效降低了施工成本，減少二次返工，對特殊地質(zhì)條件下隧道仰拱和鋼筋混凝土中心水溝（混凝土中心水溝）機(jī)械化施工具有切實(shí)的指導(dǎo)意義。