全圓針梁臺車串聯(lián)技術(shù)在TBM法隧洞襯砌中的應(yīng)用

趙士輝，郎月

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 概 述

輸水工程隧洞段施工二標(biāo)（2號隧洞）輸水主洞全長58.505 km，無壓隧洞，洞線比降為1/3 000，采用TBM法+鉆爆法施工，沿線布置6條施工支洞。

隧洞工程投入2 臺TBM，其中，TBM2 在2-6號擴(kuò)大洞室內(nèi)組裝，在2-5 號拆卸洞拆機(jī)并在2-3號組裝洞二次組裝并始發(fā)，在2-2 號拆卸洞拆機(jī)并運(yùn)出洞；TBM1在2-5號組裝洞內(nèi)組裝，在2-4號擴(kuò)大洞室檢修，在2-3 號組裝洞拆機(jī)并運(yùn)出洞。TBM段采取逆坡掘進(jìn)，單工作面掘進(jìn)長度為12.427 km，最大月進(jìn)場1.380 km。根據(jù)實(shí)際揭露的圍巖情況及TBM 施工情況，單工作面襯砌段長6.396 km，采用2臺全圓針梁臺車串聯(lián)襯砌的施工工藝。

2 設(shè)備選型

2.1 襯砌臺車選型

TBM 施工段為圓形斷面、襯砌直徑為4.35 m，襯砌分塊長度為12.00 m，在組裝洞或拆卸洞利用橋機(jī)組裝襯砌臺車，襯砌臺車組裝完成后通過電瓶機(jī)車牽引至工作面，混凝土襯砌臺車選用全圓針梁液壓臺車。

襯砌臺車由模板總成、針梁總成、行走機(jī)構(gòu)、梁框總成、液壓油缸、螺旋千斤、液壓系統(tǒng)、抗浮裝置等部分組成。襯砌臺車為液壓式行走，有效模板長度為12.00 m，后方搭接模板為0.10 m。襯砌直徑為4.35 m，臺車行走速度為不大于8 m/min。液壓站功率為7.5 kW、壓力為16 MPa。

為減少環(huán)向單片模板數(shù)量、降低脫立模操作難度，臺車頂部設(shè)有限托模式且環(huán)向模板為3 片式設(shè)計(jì)，以最大限度減少縱向鉸接縫和搭接縫。

針梁臺車示意圖見圖1。

圖1 襯砌臺車示意圖

為解決抗浮穩(wěn)定、頂升平移空間不足問題，臺車前后設(shè)有液輪支架式抗浮結(jié)構(gòu)，與框梁鉸接、與針梁上軌道滾動(dòng)支撐。前部抗浮為立柱狀和支撐面接觸，后部抗浮為圓弧面和支撐面接觸。臺車抗浮示意圖見圖2。

圖2 抗浮示意圖

為了解決側(cè)下部混凝土振搗及蜂窩麻面問題，在每片側(cè)模板下排均設(shè)置澆筑、振搗窗口；設(shè)置工作窗口32 個(gè)，排氣孔32 個(gè)，內(nèi)徑?125 mm 泵管接口4 個(gè)。

2.2 鋼筋臺車選型

鋼筋臺車全長6.00 m、高2.50 m、寬2.20 m，采用工字鋼和槽鋼加工而成，臺車兩側(cè)放活動(dòng)網(wǎng)架，臺車放置于板車上，板車安裝制動(dòng)系統(tǒng)，避免板車活動(dòng)。每個(gè)工作面布置2 臺鋼筋臺車，鋼筋安裝超前4 倉進(jìn)行施工。鋼筋臺車示意圖見圖3。

圖3 鋼筋臺車示意圖

2.3 錯(cuò)車平臺選型

錯(cuò)車平臺的作用是將軌道單線變?yōu)殡p線，方便錯(cuò)車、物料倒運(yùn)。錯(cuò)車平臺前后對稱，前后均布置坡道，道岔布置于錯(cuò)車平臺頂面上。TBM 襯砌段每個(gè)工作面布置1 處錯(cuò)車平臺，錯(cuò)車平臺采用固定式平臺，長112.00 m。錯(cuò)車平臺在襯砌混凝土底板+回填料為基礎(chǔ)上布設(shè)。機(jī)車編組1 為1 電瓶機(jī)車+1 罐車+2 平板；機(jī)車編組2 為1 電瓶機(jī)車+1罐車+2 人員車；機(jī)車編組3 為1 電瓶機(jī)車+1 罐車。因此，錯(cuò)車平臺單側(cè)容許5 節(jié)車輛停放。錯(cuò)車平臺示意圖見圖4。

圖4 錯(cuò)車平臺斷面示意圖

在擴(kuò)大洞室內(nèi)布置轉(zhuǎn)料平臺、停車平臺，用于混凝土澆筑轉(zhuǎn)料及列車編組停放。擴(kuò)大洞室布置見圖5。

圖5 擴(kuò)大洞室布置示意圖

2.4 機(jī)車選型

施工工況及編組要求：隧洞襯砌往返長度最長約13.000 km，隧洞坡度為1/3 000，長距離材料運(yùn)輸過程中中間部位設(shè)置錯(cuò)車平臺，錯(cuò)車平臺坡度按照3.0%考慮。

編組配置：25 t機(jī)車+1臺10 t平板車+1臺10.5 m3混凝土攪拌車（12 t）；平板車運(yùn)輸物料按照10.00 t，每方混凝土重量按2.50 t 計(jì)算，編組重載時(shí)重量G2=1×平板車自重+物料重量+1×攪拌車自重+混凝土重量=1×10+10+1×12+10.5×2.5=58.25 t。

根據(jù)理論計(jì)算，機(jī)車重載牽引重量約為58.25 t；無物料運(yùn)輸時(shí)編組載重為輕載，輕載重量為10+12=22 t。經(jīng)計(jì)算，選用環(huán)保型25 t 電瓶機(jī)車，續(xù)航里程大于20 km，外形尺寸為6.6 m×1.4 m×2.1 m。

3 布置方案

3.1 針梁臺車布置方案

輸水隧洞按常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)劃分，每倉長度為12.00 m，全圓針梁臺車在隧洞內(nèi)串聯(lián)布置，調(diào)倉澆筑。

按照襯砌方向臺車編號依次為1 號、2 號，為了避免2 臺臺車施工干擾，按照1 號、2 號臺車施工順序進(jìn)行備倉、澆筑。1 號臺車施工1，3，5 奇數(shù)倉，2 號臺車施工2，4，6 偶數(shù)倉；1 號臺車先施工1，3 倉后開始2 個(gè)臺車跳倉襯砌施工；2 號臺車施工第2 倉、1 號臺車施工第5 倉，先澆筑1 號臺車再澆筑2 號臺車，進(jìn)入下一循環(huán)。跳倉襯砌施工示意圖見圖6。

圖6 針梁臺車跳倉襯砌施工示意圖

該臺車布置方案，克服了針梁臺車施工期間的相互干擾，工序流水作業(yè)，有利于施工組織管理，1號臺車進(jìn)行跳倉施工，2號臺車進(jìn)行補(bǔ)倉施工。

3.2 擴(kuò)大洞室布置

為了確保TBM 洞室襯砌效率，在擴(kuò)大洞室內(nèi)布置轉(zhuǎn)料平臺、停車平臺，用于混凝土澆筑轉(zhuǎn)料及列車編組停放。物料由拌合站或加工廠采用無軌運(yùn)輸至擴(kuò)大洞室，通過擴(kuò)大洞室布置的25 t 橋吊將鋼筋等材料吊運(yùn)至平板車上，通過電瓶機(jī)車牽引10.5 m3混凝土罐車、平板車運(yùn)輸至施工作業(yè)面。

4 工藝流程

混凝土施工包含基礎(chǔ)面清理、鋼筋制安、臺車就位、混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)等內(nèi)容，襯砌混凝土施工工藝流程見圖7。

圖7 混凝土施工工藝流程圖

5 施工方法

5.1 針梁臺車洞內(nèi)組裝

針梁臺車在擴(kuò)大洞室內(nèi)組裝，與傳統(tǒng)襯砌相比既不影響鋼筋綁扎，頂拱也不用擴(kuò)挖，擴(kuò)大洞室空間滿足安裝要求。

安裝主要通過布置于擴(kuò)大洞室的25 t 橋機(jī)，所有材料按照安裝順序由平板運(yùn)輸車運(yùn)至組裝間進(jìn)行安裝，臺車各構(gòu)建為了方便安裝均采用螺栓連接。

安裝工序：底座→底?！啄Ｍ屑堋谝欢吾樍骸鷤?cè)模預(yù)置→上部梁框→上部臺架→頂?！惭b側(cè)?！诙ㄈ┒吾樍骸鞲郊耙簤?、牽引機(jī)構(gòu)→校整臺車外型尺寸→試車。

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，全圓針梁臺車單臺組裝時(shí)間為7 d（兩班作業(yè)可縮短到4.5 d），為了確保針梁臺車液壓系統(tǒng)疲勞壽命、加快步進(jìn)速度，針梁臺車組裝完成后在底部安裝4 個(gè)從動(dòng)輪組，采用電瓶機(jī)車牽引至襯砌作業(yè)面。

5.2 施工放樣

檢查隧洞初支斷面，初支斷面是否侵限，如侵限必須進(jìn)行處理，保證襯砌厚度符合施工圖要求。根據(jù)襯砌分倉，精確放出每倉襯砌混凝土的高程點(diǎn)和中心線。

初步測量粗放架立筋位置，待架立筋安裝完成后在架立筋上放線，先放兩側(cè)和頂部位置，待兩側(cè)施工完成并且底板清底完成后放底部架立筋位置，架立筋施工完成后放線。鋼筋綁扎完成后需整體進(jìn)行復(fù)測。

5.3 巖面處理

人工清理基礎(chǔ)面及巖面的浮渣、雜物、灰塵及積水，并用高壓水將巖面清理干凈，棄渣及雜物通過電瓶基礎(chǔ)牽引板車運(yùn)送至組裝間并通過自卸汽車二次倒運(yùn)至棄渣場。

5.4 鋼筋制安

鋼筋在各支洞鋼筋加工廠集中加工，采用8 t汽車吊裝、10 t 自卸汽車運(yùn)至組裝洞暫存平臺，采用25 t 橋機(jī)或10 t 葫蘆吊倒至平板車，電瓶車牽引板車運(yùn)至襯砌作業(yè)面。

鋼筋安裝利用專用鋼筋臺車進(jìn)行安裝，鋼筋焊接采用單面焊接，單工作面配比4 臺電焊機(jī)，作業(yè)工人15 人，1 d 可滿足不少于兩個(gè)倉位的作業(yè)，人員實(shí)行動(dòng)態(tài)管控。為滿足快速施工條件，鋼筋安裝在臺車安裝前滿足6 個(gè)倉位的距離，并在臺車就位、混凝土備倉、澆筑時(shí)段開展平行流水作業(yè)，鋼筋安裝工序不影響襯砌工期。

5.5 橡膠止水帶安裝

混凝土襯砌工程采用651（350×8）型橡膠止水帶，擋頭模板由兩塊組成，止水帶從中間穿過。采用特殊箍筋和鐵絲來固定止水帶。第一節(jié)襯砌通過鐵絲和特殊拉筋將止水帶固定在U 型孔內(nèi)，特殊拉筋間距150 mm，第一倉混凝土澆筑完成后，根據(jù)第二倉襯砌尺寸安裝閉孔泡沫塑料板，并固定，然后澆筑第二倉混凝土。

5.6 鋼模臺車就位及封模

安裝在針梁上的卷揚(yáng)機(jī)用2 根鋼絲繩，分別繞過針梁端部和梁框上的滑輪，固定在針梁兩端，針梁和鋼?；橹c(diǎn)相對運(yùn)動(dòng)使臺車前進(jìn)。脫模之前，收縮底座油缸，懸吊底座，針梁下面軌道落在底模行走輪上，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使針梁向前移動(dòng)，到位后放下底座，油缸頂在針梁上進(jìn)行脫膜。脫模后，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使其反方向運(yùn)動(dòng)，鋼模即向前移動(dòng)。

根據(jù)施工放樣確定的每一倉的高程點(diǎn)和中心線，將針梁襯砌臺車定位，人工支立堵頭模板；模板加固好后用全站儀進(jìn)行校核，確保位置準(zhǔn)確。

5.7 混凝土施工

5.7.1 混凝土運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸洞內(nèi)采用有軌運(yùn)輸，洞外拌合站至組裝洞采用無軌運(yùn)輸，混凝土運(yùn)輸至組裝洞后將混凝土倒運(yùn)至有軌混凝土罐車中。

洞內(nèi)有軌運(yùn)輸混凝土罐車根據(jù)控制段長度及施工強(qiáng)度確定編組數(shù)量，經(jīng)計(jì)算，單個(gè)工作面投入3 列編組，即12 m3混凝土罐車3 臺、軌行式10.5 m3混凝土罐車3 臺。

混凝土由混凝土罐車運(yùn)至組裝洞，通過臺架倒運(yùn)至編組混凝土罐車。臺架全長17.15 m、寬2.98 m、高1.00 m，采用H150型鋼焊接，平臺鋪設(shè)1 cm厚鋼板，鋼板上間隔25 cm 焊接C16 鋼筋，坡面采用間距為10 cm 的C22 鋼筋焊接?；炷恋惯\(yùn)示意圖見圖8。

圖8 混凝土倒運(yùn)示意圖（單位：m）

5.7.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑時(shí)，先從兩側(cè)底層窗口采用三通泵管對稱澆筑底拱部混凝土，待混凝土達(dá)到距離窗口10 cm 的高度時(shí)關(guān)閉底層窗口，然后從上層窗口對稱澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到距離窗口10 cm的高度時(shí)，關(guān)閉上層窗口，即導(dǎo)管的末端接上沖天尾管，垂直穿過模板伸入倉內(nèi)?；炷翝仓煲瓿蓵r(shí)，設(shè)專人對頂部進(jìn)行監(jiān)控，澆筑過程中注意觀察堵頭模板混凝土泌水的高度，當(dāng)觀察到泌水達(dá)到拱頂頂部時(shí)，立即停止混凝土澆筑并用專用銷子封拱。封拱原則是在保證混凝土能自由擴(kuò)散的前提下越貼近襯面效果越好。振搗采用插入式振搗器加高頻低幅附著式振搗器配合進(jìn)行。

5.7.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

根據(jù)襯砌混凝土配合比數(shù)據(jù)（C30），28 d 混凝土強(qiáng)度為40 MPa，混凝土拆模強(qiáng)度按7 MPa 計(jì)算，拆模時(shí)混凝土強(qiáng)度為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的20%，根據(jù)混凝土成熟度[1]計(jì)算20%混凝土強(qiáng)度成熟度（取400號水泥曲線）約為400 ℃·h，根據(jù)C30 混凝土成熟度計(jì)算，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間與等效養(yǎng)護(hù)溫度列表關(guān)系見表1。

表1 C30 混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間與等效養(yǎng)護(hù)溫度對應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計(jì)表

綜上所述，養(yǎng)護(hù)溫度控制在30～35 ℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間取12 h。

混凝土澆筑完成拆模后開始進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)采用噴水養(yǎng)護(hù)，使表面保持濕潤。設(shè)專人進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28 d，并完成養(yǎng)護(hù)記錄的填寫。

6 工效分析

TBM 段每倉混凝土澆筑70 m3，TBM 段混凝土襯砌的每個(gè)工作面設(shè)置澆筑平臺、錯(cuò)車平臺、停車平臺、轉(zhuǎn)料平臺各1 處，均布置在擴(kuò)大洞室內(nèi)，轉(zhuǎn)料平臺至澆筑平臺采用有軌運(yùn)輸，拌合站至轉(zhuǎn)料平臺采用無軌運(yùn)輸。

重載、輕載電瓶車運(yùn)輸及澆筑時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表2，針梁式鋼模臺車作業(yè)循環(huán)時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表3。

表2 重載輕載電瓶車運(yùn)輸及澆筑時(shí)間統(tǒng)計(jì)表 min

表3 針梁式鋼模臺車作業(yè)循環(huán)時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

即每循環(huán)用時(shí)為1.2 d；每月考慮停電、機(jī)械設(shè)備維修、保養(yǎng)等，按25 d 計(jì)算，每月完成進(jìn)度指標(biāo)240 m。每個(gè)工作面2 臺針梁臺車模板，每月進(jìn)度指標(biāo)為480 m（40 倉）。同時(shí)考慮施工的不均衡及運(yùn)距長短不一，通過加強(qiáng)組織管理，實(shí)際月最高澆筑58 倉，月平均澆筑44 倉，充分體現(xiàn)出技術(shù)方案的合理性和可行性，為后續(xù)工程提供參考依據(jù)。

7 結(jié)語

該工程工期緊、任務(wù)重，在空間狹小、單工作面超長距離運(yùn)輸?shù)葪l件下，在中小型斷面隧洞襯砌中采用2 臺全圓針梁臺車串聯(lián)襯砌方案，創(chuàng)造了工程混凝土襯砌施工的最高記錄，加快了總工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)踐證明，該方案取得了良好的施工工效，對類似工程具有參考價(jià)值，為后續(xù)工期更為緊張的工程采取3 臺或多臺全圓針梁臺車串行施工提供了技術(shù)研究方向。