隧洞邊頂拱混凝土變徑臺(tái)車設(shè)計(jì)及應(yīng)用

焦吉坤+++左立富+++李光前

摘 要：本文詳細(xì)介紹了某引水工程TBM開挖段邊頂拱二襯混凝土所用變徑鋼模臺(tái)車的研究背景、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及施工方法，并以某一TBM施工段的邊頂拱襯砌施工進(jìn)行具體研究說明，論證出采用變徑鋼模臺(tái)車較定型鋼模臺(tái)車在施工投入、施工方法等方面顯現(xiàn)出的優(yōu)越性，確定了變徑鋼模臺(tái)車的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，可供類似同一隧洞段、不同成洞洞徑的邊頂拱混凝土施工借鑒。

關(guān)鍵詞： 隧洞 邊頂拱 混凝土 變徑臺(tái)車 設(shè)計(jì) 施工

中圖分類號(hào)：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（c）-0084-02

1 工程簡介

某引水工程總長約600多千米，其中引水隧洞長約260km，隧洞采用TBM和鉆爆法施工，工程同時(shí)采用了8臺(tái)TBM設(shè)備進(jìn)行洞體開挖施工，TBM直徑為8.0～8.5m。本文所述相關(guān)內(nèi)容隧洞長約8.8km，利用1臺(tái)直徑為8.5m的TBM施工，此隧洞段以下簡稱“T3-1段”。T3-1段于2016年4月5日掘進(jìn)貫通，實(shí)際揭露圍巖類別為：Ⅱ類和Ⅲa類圍巖長度約8km、Ⅲb類圍巖長度720m、Ⅳ類圍巖長度80m，Ⅴ類圍巖未揭露。開挖貫通后，采用先仰拱、后邊頂拱的施工方法進(jìn)行混凝土二次襯砌。

2 研究背景

本工程設(shè)計(jì)要求邊頂拱混凝土襯砌在Ⅱ類和Ⅲa類圍巖地段不設(shè)置，在Ⅲb、Ⅳ、Ⅴ類圍巖地段設(shè)置，且襯砌厚度、成洞洞徑不同。Ⅲb類圍巖襯砌厚度30cm，成洞洞徑7.7m； Ⅳ、Ⅴ類圍巖襯砌厚度45cm，成洞洞徑7.3m，斷面形式見圖1、圖2。T3-1段邊頂拱襯砌長度為800m，其中成洞洞徑7.7m襯砌段長720m、成洞洞徑7.3m襯砌段長80m，由此可見，洞徑7.3m襯砌段長占T3-1段總襯砌段長不足1/10，按照2個(gè)洞徑做2臺(tái)鋼模臺(tái)車，無形中7.3m臺(tái)車產(chǎn)生較大的閑置浪費(fèi)，而且T3-1段圍巖變化頻繁，增加臺(tái)車的行走時(shí)間，致使施工不連續(xù)、交叉作業(yè)嚴(yán)重，從而影響施工進(jìn)度。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

1臺(tái)模板臺(tái)車在不變換模板的情況下滿足R3650和R3850兩個(gè)斷面的二次襯砌。

3.2 總體方案

按標(biāo)準(zhǔn)制作1臺(tái)洞徑7.7m邊頂拱臺(tái)車，模板環(huán)向分為7塊，其中頂模由3塊組成，單側(cè)邊模由2塊組成，在臺(tái)車兩側(cè)底口弧長約45cm位置做成活動(dòng)鉸接樣式，可拆卸。當(dāng)使用洞徑7.3m時(shí)，拆掉底口活動(dòng)節(jié)，并將拱板斷開模板收縮，絲杠支撐，使用時(shí)頂板和邊模的鉸接處擬合誤差不大于10mm，變換處面板不斷開，以保證模板襯砌成型混凝土的平順性；變換調(diào)節(jié)處采用快速銷接，降低頻繁變換斷面的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高施工效率，保證邊頂拱混凝土襯砌的連續(xù)性。

3.3 變徑程序

以Φ7.7m變?chǔ)?.3m變斷面說明，Φ7.3m變?chǔ)?.7m雷同，在此不再敘述。

（1）Φ7.7m斷面隧道襯砌完成后，將臺(tái)車行走至Φ7.3m斷面工位，此時(shí)臺(tái)車處于脫模狀態(tài)。

（2）頂部模板變換：將頂模板一側(cè)變斷面處的夾板卸掉，夾板尺寸見圖3，然后取掉斷面調(diào)節(jié)絲桿；收縮上部第一排支撐絲杠，過程中注意觀察、量測變斷面處的耳板孔間距；當(dāng)孔間距接近L1時(shí)，裝上斷面調(diào)節(jié)絲桿，通過調(diào)節(jié)絲杠微調(diào)耳板孔間距至L1；安裝變斷面處的夾板并緊固螺栓。頂模兩側(cè)可同時(shí)操作，也可單獨(dú)操作。

（3）邊部模板變換：①安裝上部第二、三排絲杠，將邊模板上部變斷面處的夾板卸掉，然后取掉斷面調(diào)節(jié)絲桿；收縮上部第三排支撐絲杠，過程中注意觀察、量測變斷面處的耳板孔間距；當(dāng)孔間距接近L2時(shí)，裝上斷面調(diào)節(jié)絲桿，通過調(diào)節(jié)絲杠微調(diào)耳板孔間距至L2；安裝變斷面處的夾板并緊固螺栓。兩側(cè)邊模可同時(shí)操作，也可單獨(dú)操作。②安裝上部第四、五排絲杠，將邊模板下部變斷面處的夾板卸掉，然后取掉斷面調(diào)節(jié)絲桿；收縮上部第五排支撐絲杠，過程中注意觀察、量測變斷面處的耳板孔間距；當(dāng)孔間距接近L3時(shí)，裝上斷面調(diào)節(jié)絲桿，通過調(diào)節(jié)絲杠微調(diào)耳板孔間距至L3；安裝變斷面處的夾板并緊固螺栓。兩側(cè)邊模可同時(shí)操作，也可單獨(dú)操作。

（4）底部模板變換：將兩側(cè)底模拆掉，更換成7.3m洞徑底模即可。

（5）完成臺(tái)車由Φ7.7m斷面至Φ7.3m斷面變換工作，臺(tái)車可進(jìn)行正常就位襯砌工作，鋼模臺(tái)車整體圖見圖4。

3.4 施工方法

（1）鋼模臺(tái)車布置及運(yùn)行。

T3-1段邊頂拱襯砌采用1臺(tái)鋼模臺(tái)車由下游起始段逐倉向上游進(jìn)行襯砌混凝土澆筑。混凝土由洞內(nèi)拌和站供應(yīng)，采用無軌運(yùn)輸至施工面，鋼模臺(tái)車跟隨1臺(tái)HBT60混凝土泵，泵送混凝土入倉。鋼模臺(tái)車前面設(shè)置1部鋼筋臺(tái)車，鋼筋施工不占鋼模臺(tái)車襯砌工期。襯砌鋼模臺(tái)車軌距和鋼筋臺(tái)車所使用的軌道都是重復(fù)利用，不采用通長布設(shè)形式。

（2）混凝土澆筑。

混凝土采用平鋪法澆筑，鋪料層厚度50cm。澆筑邊頂拱混凝土?xí)r，從臺(tái)車側(cè)面進(jìn)料口接泵管進(jìn)料，混凝土下料時(shí)在倉內(nèi)用橡膠軟管接泵管，人工拖動(dòng)橡膠軟管向左右方向調(diào)整，以避免出現(xiàn)下料集中。澆筑頂部混凝土?xí)r，從頂部預(yù)設(shè)的進(jìn)料口進(jìn)料，混凝土澆筑方向由里向外（即向堵頭模板）進(jìn)行，澆筑至頂拱堵頭模板處時(shí)，采用退管法進(jìn)行下料澆筑施工，并且通過堵頭模板上開設(shè)的監(jiān)視窗口實(shí)時(shí)監(jiān)視混凝土的入倉情況，既要保證最大限度地澆滿倉號(hào)，又要防止泵送壓力過大而“爆倉”。

鋼模臺(tái)車側(cè)面進(jìn)料口隨混凝土上升逐層關(guān)閉，澆筑時(shí)左右兩側(cè)需同步均衡上升，混凝土上升速度一般控制在50cm/h，澆筑程中，兩側(cè)墻混凝土面高差不超過0.5m。

混凝土振搗以附著式振搗器振搗為主，局部采用Φ50mm軟軸振搗棒輔助，振搗時(shí)注意振搗質(zhì)量，防止出現(xiàn)漏振。在混凝土澆筑過程中派專人加強(qiáng)模板的變形觀測，防止鋼模發(fā)生上浮及側(cè)移，并隨時(shí)注意堵頭模板的情況，在堵頭模板與巖面間出現(xiàn)砂漿漏失時(shí)及時(shí)封堵，以保證施工質(zhì)量。endprint

4 T3-1段施工成本和工期分析

4.1 工期分析

2臺(tái)鋼模臺(tái)車：根據(jù)合同工期要求，T3-1施工段邊頂拱混凝土襯砌月強(qiáng)度是128m，本段襯砌總長度為800m，7.3m臺(tái)車襯砌長度80m，施工工期按20天考慮，由于圍巖變化頻繁，此臺(tái)車空走的時(shí)段很長，臺(tái)車行走的速度每天為50m，那么800m走下來需要工期20天，那么此臺(tái)車的施工工期為40天；7.7m臺(tái)車襯砌長度720m，施工工期為170天，考慮空走80m的時(shí)間1.5天。那么當(dāng)采用2臺(tái)鋼模臺(tái)車進(jìn)行邊頂拱襯砌的總工期約211.5天。

1臺(tái)鋼模臺(tái)車：當(dāng)采用改造后的臺(tái)車進(jìn)行邊頂拱襯砌時(shí)，由于臺(tái)車可以變化斷面，因此不需考慮臺(tái)車的行走時(shí)間，只考慮臺(tái)車襯砌時(shí)間，依然按照128m/月進(jìn)行計(jì)算，共需工期187.5天。

綜上所述，通過此項(xiàng)目的改造，僅T3-1施工段邊頂拱混凝土襯砌工期就可提前24天完成。

4.2 經(jīng)濟(jì)分析

（1）人工節(jié)省費(fèi)用。

根據(jù)工期對(duì)比分析，縮短工期24天，每臺(tái)臺(tái)車的人員配置是每天約20人，人工工資按照每天150元計(jì)算，那么可節(jié)省人工費(fèi)用為20×24×150=7.2萬元。

（2）設(shè)備節(jié)省費(fèi)用。

首先是減少1部臺(tái)車的投入，其次就是臺(tái)車的相關(guān)配套設(shè)備混凝土泵車、變壓器，設(shè)備節(jié)省費(fèi)用如下。

鋼模臺(tái)車1臺(tái)，根據(jù)廠家提供價(jià)格費(fèi)用是75萬元；250kVA變壓器3萬元；混凝土泵50萬元。設(shè)備費(fèi)用總計(jì)128萬元，由于設(shè)備可以再次利用，所以在此只考慮30%的折舊費(fèi)，那么設(shè)備節(jié)省費(fèi)用128×0.3=38.4萬元。

T3-1段節(jié)省費(fèi)用共計(jì)38.4+7.2=45.6萬元。

5 結(jié)語

運(yùn)用變徑鋼模臺(tái)車進(jìn)行不同成洞洞徑的隧洞邊頂拱施工，在本工程T3-1段已經(jīng)得到實(shí)際運(yùn)用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也得到了本工程業(yè)主、設(shè)計(jì)以及監(jiān)理單位的一致好評(píng)。工程施工期間，技術(shù)管理人員根據(jù)現(xiàn)場施工情況，對(duì)變徑臺(tái)車結(jié)構(gòu)逐步進(jìn)行了優(yōu)化，其他段的邊頂拱施工中，將會(huì)大大節(jié)省工期和降低工程成本，對(duì)類似隧洞邊頂拱混凝土襯砌施工有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 覃仁輝，王成.隧道工程[M].3版.重慶：重慶大學(xué)出版社，2011.

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