一種變斷面的隧道襯砌模具

楊立偉

摘 要：介紹一種變斷面的隧道襯砌模具，為變斷面隧道襯砌模具的誕生奠基、鋪路。

關鍵詞：地鐵；隧道；渡線；變斷面；襯砌模具；施工技術

襯砌模具是隧道進入二次襯砌施工的主要設備，目前較先進的施工方法是按照隧道的標準斷面制作襯砌臺車，進入連續的襯砌作業；但是這種方法遇到斷面變化地段就不靈了，傳統的方法只能是采用人工立模，這種方法費工、費料，質量進度難以保證，勞民傷財；能否制作一種變斷面的隧道襯砌模具、適應多種斷面的需要？這是建設者多年的期盼與夢想！針對以上情況，我們經過研究，擬定了變斷面隧道襯砌模具施工方案，力求拋磚引玉。

1 工程概況

北京地鐵八號線“南-中”（南鑼鼓巷-中國美術館）區間渡線變斷面隧道工程，位于美術館東街，韜奮圖書中心以西，里程：YDK21+267.825～YDK21+345.800；長68.975m，結構凈寬5.55m～12.40m，凈高5.41～7.98m，二次襯砌混凝土厚度0.3～0.7m，結構形狀呈喇叭口狀，分八種斷面類型（2型～9型）逐步加大，見（圖2-1）。

圖2-1 “南-中”區間渡線變斷面隧道工程平面圖

覆土厚10.1～6.3m；地質：覆土部分分別為雜填土、粉質粘土、中細砂；拱部及以下分別為卵石、園粒、粉粘土、粘土、中細砂、卵石層；開挖方法：2型斷面采用臺階法、3型～6型斷面采用CRD法、7～9型斷面采用雙側壁導坑法；目前隧道開挖即將完畢，準備進入二次襯砌施工，鑒于每種斷面長度平均僅有5～10m，臺車方案顯然不經濟；鋼格構拱架方案需要投入大量的鋼材；架子管支模方案存在勞動強度大、操作空間狹窄、斷面尺寸難以控制、工期長等缺陷，模具問題成了一道難題。

2 模具設計

支承模板的鋼拱架有受力大，剛度大的特點，進行變換斷面設計難度的確很大；柔性結構受力又不夠，怎么辦呢？我們從以下幾方面的研究得到了啟示：

2.1 斷面對比

采用7、8、9型拱架斷面進行比較，見（圖3.1-1）。

圖3.1-1 拱架7、8、9型斷面對比圖

得出以下結論：

2.1.1 邊墻拱架（AB段），7、8、9型其外輪廓線基本一致，有微量誤差，忽略不計.

2.1.2 肩部拱架（BC段），7、8、9型其外輪廓線基本一致，C點有0～36mm誤差，可取3個斷面的平均值或最大斷面外邊線重新擬定C點。

2.1.3 變斷面拱架（CD段），以C點為鉸鏈；對于7型斷面，兩片CD在拱中部合攏，即完成拱架全部；對于8型斷面，D7向上旋轉至D8的位置，中線兩面對稱，加上活動拱架（長1.281m）即完成拱架全部；對于9型斷面，D7向上旋轉至D9的位置，中線兩面對稱，加上活動拱架（長2.616m）即完成拱架全部；CD段弧長2.894m，3個斷面半徑不一致，取其平均值，通過檢驗，最大誤差2～7mm，其精確度完全滿足要求。

2.1.4 活動拱架（DE段），D7～E7=0；D8～E8=1.281m；D9～E9=2.616m；它們都按各型拱架的設計尺寸制作。

2.2 變斷面拱架制作原理

2.2.1 利用頂絲原理。采用什么構件使變斷面拱架升高、加寬呢？開始我們想到的是工字鋼、鋼板連接件、螺栓連接，這種連接件的缺點是：（1）無動力，沉重的模具系統靠人力進行移動不能實現；（2）模具升降頻繁，工字鋼連接件無法升高降低。當提到“升降”二字，我們就聯想起了“頂絲”，采用頂絲進行變斷面的升高、加寬恰到好處；頂絲的缺點是鉸鏈節點過多，變斷面拱架橫向必然晃動不穩定；采取加大鉸鏈長度、加強縱向連接、設置臨時剪刀撐的措施彌補頂絲的不足；頂絲工作原理見（圖3.2.1-1，3.2.1-2）。

圖3.2.1-1 拱架升高、加寬原理圖

圖3.2.1-2 拱架加寬頂絲布置平面圖

通過圖3.2-1可以看出：拱架體系分成左右兩半，坐落在臺架上，通過導向槽可以向兩側同步加寬，其變斷面拱架一端鉸鏈支座，一端升降，起到了變斷面的過渡作用；按照所需要的變換斷面尺寸，完成加寬、升高后，加上拱中部的活動拱架，就達到了變斷面的目的。

2.2.2 利用千斤頂的動力。從圖3.2-1可以看出：支承模具的臺架系統由橫梁、縱向連接件、立柱、底縱梁、頂絲、鋼軌、枕木組成；為了使模具能縱向走動，垂直升降，達到支模、脫模的目的，需要在臺架底部安裝四個輪軸。

輪軸系統由盒套、千斤頂、墊塊、輪軸組成，其千斤頂、墊塊、輪軸均安裝于盒體內，通過千斤頂的動力對模架體進行升降，其最大下降高度為300mm；頂絲的最大下降高度為330mm；通過挖掘最大的下降高度來滿足脫模后，模板清污、涂抹脫模劑操作凈空的需要。

3 模具加工

變斷面模具比普通模具結構稍復雜，通常委托工廠或專業施工隊加工，加工前，要詳細繪制施工圖紙，詳細的進行技術交底，然后進料、檢驗、放線、下料、焊接、試拼裝、檢查驗收、運往工地、現場組裝。本工程襯砌方案見圖2-1， 7型～9型斷面需要6.0m長模具一臺；按照以上理論及要點繪制施工圖。

3.1 變斷面7型～9型模具施工圖（見圖4.1-1）。

3.2 變斷面模具加工及組裝注意事項

3.2.1 變斷面2型～6型模具邊墻頂絲的伸長范圍需要≥60cm，以適應各種斷面的需要。

3.2.2 模板安裝順序以邊墻鉸鏈中心為縫中起始點，分別向上、下鋪設，其規格型號按設計圖，注意進料、振搗窗口的位置，模板與拱架之間采用鉤頭螺栓拉緊，注意邊墻焊鋼筋頭承擔其重量，局部點焊，防止模板整體下滑。

3.2.3 因模架弧線取的是平均值，部分斷面及部位會出現線形不圓順現象，采取的措施是對照設計圖所標注的部位，在模板內側墊木片進行調整，橫斷面圖點畫線表示設計外輪廓線，模板外線已加大3cm。endprint

3.2.4 在遇到斷面變化處，其邊墻模板東側寬出已澆筑的砼擋頭模，其邊墻模板西側應與原砼面平齊，為了使西側模板與砼面有壓縫長度，其西側邊墻模板接長20cm長短鋼模壓縫。

3.2.5 當模具移向變斷面時，鋼軌呈“之”字形逐步變換到新的位置，鑒于仰拱斷面高低不平，容許用于模具行走的軌面標高提高5～10cm。

3.2.6 在進入5型斷面施工時，臺架、軌距要加寬，操作時，其臺架底部必須搭設牢固的臺架進行支承，確保安全。

4 施工方案

4.1 施工順序

4.1.1 施作仰拱，分4個作業段施作完畢。

4.1.2 施作拱墻，由北向南每段5.1～6.0m（具體見圖2-1），分15個作業段。

4.2 施工方法

4.2.1 仰拱襯砌施工

（1）采用跳格法破除中隔壁、設置臨時鋼支撐。間距2.0m，利用中隔壁工字鋼22a，底部割去8～10cm；鋼支撐周邊80×80cm范圍施作找平層、防水層、保護層；然后墊鋼板，給鋼支撐施加預應力后，焊填密實；（2）破除其余中隔壁仰拱部分，施作找平層、防水層、保護層；防水板與鋼支撐周邊預留防水板焊接牢固；（3）綁扎仰拱鋼筋。注意錯開預留邊墻搭接或焊接長度；（4）矮邊墻支模、澆筑砼。

4.2.2 拱墻襯砌施工

（1）破除初期支護，作業面按流水作業段布置，注意觀察其沉降量，不容許多破；注意7型～9型斷面需要保留的中隔板部位；（2）施作拱墻防水層、鋼筋；（3）支模、澆筑砼。采用變斷面隧道襯砌模具支模，注意擋頭模封堵嚴密，加固牢固；采用泵送砼，輸送泵入模，附著式震動器振搗；注意首先采用三通管對稱澆筑兩側邊墻，然后澆筑拱部；注意拱頂設置觀察鋼管，當接近灌滿時，放慢進料速度，一旦灌滿立即停泵，防止漲模跑模現象。

4.3 重點注意事項

4.3.1 本模具縱向距離短，澆筑砼受力后，臺架容易前后移動，需要設置臨時支撐對臺架進行縱向鎖定；邊墻部位頂絲較長，其邊墻模板與臺架之間容易擺動發飄，需要在頂絲之間設置水平斜撐，確保邊模縱向穩定；

4.3.2 本模具7型、8型、9型斷面中隔板底部，需要設置臨時支撐進行加固，中隔板上部立桿要橫向鎖定，防止臺架晃動，邊墻支撐要垂直于拱架，斜撐要鑿坑并設鋼筋樁固定，防止支撐滑動。

5 效益分析

5.1 本工程效益

將變斷面移動模具施工方案與人工架子管支模方案相比較：變斷面模具制作費用與架子管、方木、多斷面模具加工費用大體相等；仰拱、防水、鋼筋工程兩種方案相等，只比較支模，澆筑砼。

5.1.1 采用架子管人工支模方案費用計算：15段，平均：15天/每段， 20個工/每天； 150元/個工。所需工期：15×15=225天； 所用工天：225×20=4500工天；所需費用：150×4500=675000元。

5.1.2 采用變斷面模具支模方案費用計算：15段，平均：7天/每段， 7個工/每天， 150元/個工，安裝模具增加15天。所需工期：15×7+15=120天； 所用工天：120×7=840工天；所需費用：150×840=126000元。

5.1.3 效益計算：縮短工期225-120=105天； 節約人工費：675000-126000=549000元；每縮短工期一天創效益2000元；合計創效益2000×105+549000=759000；效率比較：（675000+2000×102）/126000=7.023；結論：本工程變斷面隧道襯砌模具創效益75.9萬元；變斷面模具效率是人工支模的7倍。

5.2 社會效益

在公路、鐵路、地鐵隧道工程中，在海底隧道工程中，經常遇到大喇叭口變斷面隧道；這種工程在模具的資金投入上等于普通隧道的5倍以上，其施工效率只有普通隧道的1/7，是施工單位最討厭、最頭痛的地段；有了變斷面隧道襯砌模具，問題就迎刃而解了；變斷面隧道襯砌模具節約了大量的資金投入和勞動力資源，可使大量的建筑工人告別繁重的體力勞動，大大提升了建筑企業的施工及管理水平，社會效益特別顯著。

6 結語

綜上所述：變斷面隧道襯砌模具方案可行性強、效率高超、勢在必行；在本方案模具加工、使用過程中，難免會遇到新的問題，我們將一如既往，全身心地繼續研究、改進，為變斷面模具技術的開發與應用獻計獻策。

參考文獻

[1] 中鐵隧道勘測設計院有限公司.南鑼鼓巷站[J].中國美術館站區間結構設計圖，2011年10月.endprint

3.2.4 在遇到斷面變化處，其邊墻模板東側寬出已澆筑的砼擋頭模，其邊墻模板西側應與原砼面平齊，為了使西側模板與砼面有壓縫長度，其西側邊墻模板接長20cm長短鋼模壓縫。

3.2.5 當模具移向變斷面時，鋼軌呈“之”字形逐步變換到新的位置，鑒于仰拱斷面高低不平，容許用于模具行走的軌面標高提高5～10cm。

3.2.6 在進入5型斷面施工時，臺架、軌距要加寬，操作時，其臺架底部必須搭設牢固的臺架進行支承，確保安全。

4 施工方案

4.1 施工順序

4.1.1 施作仰拱，分4個作業段施作完畢。

4.1.2 施作拱墻，由北向南每段5.1～6.0m（具體見圖2-1），分15個作業段。

4.2 施工方法

4.2.1 仰拱襯砌施工

（1）采用跳格法破除中隔壁、設置臨時鋼支撐。間距2.0m，利用中隔壁工字鋼22a，底部割去8～10cm；鋼支撐周邊80×80cm范圍施作找平層、防水層、保護層；然后墊鋼板，給鋼支撐施加預應力后，焊填密實；（2）破除其余中隔壁仰拱部分，施作找平層、防水層、保護層；防水板與鋼支撐周邊預留防水板焊接牢固；（3）綁扎仰拱鋼筋。注意錯開預留邊墻搭接或焊接長度；（4）矮邊墻支模、澆筑砼。

4.2.2 拱墻襯砌施工

（1）破除初期支護，作業面按流水作業段布置，注意觀察其沉降量，不容許多破；注意7型～9型斷面需要保留的中隔板部位；（2）施作拱墻防水層、鋼筋；（3）支模、澆筑砼。采用變斷面隧道襯砌模具支模，注意擋頭模封堵嚴密，加固牢固；采用泵送砼，輸送泵入模，附著式震動器振搗；注意首先采用三通管對稱澆筑兩側邊墻，然后澆筑拱部；注意拱頂設置觀察鋼管，當接近灌滿時，放慢進料速度，一旦灌滿立即停泵，防止漲模跑模現象。

4.3 重點注意事項

4.3.1 本模具縱向距離短，澆筑砼受力后，臺架容易前后移動，需要設置臨時支撐對臺架進行縱向鎖定；邊墻部位頂絲較長，其邊墻模板與臺架之間容易擺動發飄，需要在頂絲之間設置水平斜撐，確保邊模縱向穩定；

4.3.2 本模具7型、8型、9型斷面中隔板底部，需要設置臨時支撐進行加固，中隔板上部立桿要橫向鎖定，防止臺架晃動，邊墻支撐要垂直于拱架，斜撐要鑿坑并設鋼筋樁固定，防止支撐滑動。

5 效益分析

5.1 本工程效益

將變斷面移動模具施工方案與人工架子管支模方案相比較：變斷面模具制作費用與架子管、方木、多斷面模具加工費用大體相等；仰拱、防水、鋼筋工程兩種方案相等，只比較支模，澆筑砼。

5.1.1 采用架子管人工支模方案費用計算：15段，平均：15天/每段， 20個工/每天； 150元/個工。所需工期：15×15=225天； 所用工天：225×20=4500工天；所需費用：150×4500=675000元。

5.1.2 采用變斷面模具支模方案費用計算：15段，平均：7天/每段， 7個工/每天， 150元/個工，安裝模具增加15天。所需工期：15×7+15=120天； 所用工天：120×7=840工天；所需費用：150×840=126000元。

5.1.3 效益計算：縮短工期225-120=105天； 節約人工費：675000-126000=549000元；每縮短工期一天創效益2000元；合計創效益2000×105+549000=759000；效率比較：（675000+2000×102）/126000=7.023；結論：本工程變斷面隧道襯砌模具創效益75.9萬元；變斷面模具效率是人工支模的7倍。

5.2 社會效益

在公路、鐵路、地鐵隧道工程中，在海底隧道工程中，經常遇到大喇叭口變斷面隧道；這種工程在模具的資金投入上等于普通隧道的5倍以上，其施工效率只有普通隧道的1/7，是施工單位最討厭、最頭痛的地段；有了變斷面隧道襯砌模具，問題就迎刃而解了；變斷面隧道襯砌模具節約了大量的資金投入和勞動力資源，可使大量的建筑工人告別繁重的體力勞動，大大提升了建筑企業的施工及管理水平，社會效益特別顯著。

6 結語

綜上所述：變斷面隧道襯砌模具方案可行性強、效率高超、勢在必行；在本方案模具加工、使用過程中，難免會遇到新的問題，我們將一如既往，全身心地繼續研究、改進，為變斷面模具技術的開發與應用獻計獻策。

參考文獻

[1] 中鐵隧道勘測設計院有限公司.南鑼鼓巷站[J].中國美術館站區間結構設計圖，2011年10月.endprint

3.2.4 在遇到斷面變化處，其邊墻模板東側寬出已澆筑的砼擋頭模，其邊墻模板西側應與原砼面平齊，為了使西側模板與砼面有壓縫長度，其西側邊墻模板接長20cm長短鋼模壓縫。

3.2.5 當模具移向變斷面時，鋼軌呈“之”字形逐步變換到新的位置，鑒于仰拱斷面高低不平，容許用于模具行走的軌面標高提高5～10cm。

3.2.6 在進入5型斷面施工時，臺架、軌距要加寬，操作時，其臺架底部必須搭設牢固的臺架進行支承，確保安全。

4 施工方案

4.1 施工順序

4.1.1 施作仰拱，分4個作業段施作完畢。

4.1.2 施作拱墻，由北向南每段5.1～6.0m（具體見圖2-1），分15個作業段。

4.2 施工方法

4.2.1 仰拱襯砌施工

（1）采用跳格法破除中隔壁、設置臨時鋼支撐。間距2.0m，利用中隔壁工字鋼22a，底部割去8～10cm；鋼支撐周邊80×80cm范圍施作找平層、防水層、保護層；然后墊鋼板，給鋼支撐施加預應力后，焊填密實；（2）破除其余中隔壁仰拱部分，施作找平層、防水層、保護層；防水板與鋼支撐周邊預留防水板焊接牢固；（3）綁扎仰拱鋼筋。注意錯開預留邊墻搭接或焊接長度；（4）矮邊墻支模、澆筑砼。

4.2.2 拱墻襯砌施工

（1）破除初期支護，作業面按流水作業段布置，注意觀察其沉降量，不容許多破；注意7型～9型斷面需要保留的中隔板部位；（2）施作拱墻防水層、鋼筋；（3）支模、澆筑砼。采用變斷面隧道襯砌模具支模，注意擋頭模封堵嚴密，加固牢固；采用泵送砼，輸送泵入模，附著式震動器振搗；注意首先采用三通管對稱澆筑兩側邊墻，然后澆筑拱部；注意拱頂設置觀察鋼管，當接近灌滿時，放慢進料速度，一旦灌滿立即停泵，防止漲模跑模現象。

4.3 重點注意事項

4.3.1 本模具縱向距離短，澆筑砼受力后，臺架容易前后移動，需要設置臨時支撐對臺架進行縱向鎖定；邊墻部位頂絲較長，其邊墻模板與臺架之間容易擺動發飄，需要在頂絲之間設置水平斜撐，確保邊模縱向穩定；

4.3.2 本模具7型、8型、9型斷面中隔板底部，需要設置臨時支撐進行加固，中隔板上部立桿要橫向鎖定，防止臺架晃動，邊墻支撐要垂直于拱架，斜撐要鑿坑并設鋼筋樁固定，防止支撐滑動。

5 效益分析

5.1 本工程效益

將變斷面移動模具施工方案與人工架子管支模方案相比較：變斷面模具制作費用與架子管、方木、多斷面模具加工費用大體相等；仰拱、防水、鋼筋工程兩種方案相等，只比較支模，澆筑砼。

5.1.1 采用架子管人工支模方案費用計算：15段，平均：15天/每段， 20個工/每天； 150元/個工。所需工期：15×15=225天； 所用工天：225×20=4500工天；所需費用：150×4500=675000元。

5.1.2 采用變斷面模具支模方案費用計算：15段，平均：7天/每段， 7個工/每天， 150元/個工，安裝模具增加15天。所需工期：15×7+15=120天； 所用工天：120×7=840工天；所需費用：150×840=126000元。

5.1.3 效益計算：縮短工期225-120=105天； 節約人工費：675000-126000=549000元；每縮短工期一天創效益2000元；合計創效益2000×105+549000=759000；效率比較：（675000+2000×102）/126000=7.023；結論：本工程變斷面隧道襯砌模具創效益75.9萬元；變斷面模具效率是人工支模的7倍。

5.2 社會效益

在公路、鐵路、地鐵隧道工程中，在海底隧道工程中，經常遇到大喇叭口變斷面隧道；這種工程在模具的資金投入上等于普通隧道的5倍以上，其施工效率只有普通隧道的1/7，是施工單位最討厭、最頭痛的地段；有了變斷面隧道襯砌模具，問題就迎刃而解了；變斷面隧道襯砌模具節約了大量的資金投入和勞動力資源，可使大量的建筑工人告別繁重的體力勞動，大大提升了建筑企業的施工及管理水平，社會效益特別顯著。

6 結語

綜上所述：變斷面隧道襯砌模具方案可行性強、效率高超、勢在必行；在本方案模具加工、使用過程中，難免會遇到新的問題，我們將一如既往，全身心地繼續研究、改進，為變斷面模具技術的開發與應用獻計獻策。

參考文獻

[1] 中鐵隧道勘測設計院有限公司.南鑼鼓巷站[J].中國美術館站區間結構設計圖，2011年10月.endprint