隧洞邊頂拱混凝土變徑臺車設計及應用

焦吉坤+++左立富+++李光前

摘 要：本文詳細介紹了某引水工程TBM開挖段邊頂拱二襯混凝土所用變徑鋼模臺車的研究背景、結構設計以及施工方法，并以某一TBM施工段的邊頂拱襯砌施工進行具體研究說明，論證出采用變徑鋼模臺車較定型鋼模臺車在施工投入、施工方法等方面顯現出的優越性，確定了變徑鋼模臺車的實用性、經濟性，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。

關鍵詞： 隧洞 邊頂拱 混凝土 變徑臺車 設計 施工

中圖分類號：TV554 文獻標識碼：A 文章編號：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，工程同時采用了8臺TBM設備進行洞體開挖施工，TBM直徑為8.0～8.5m。本文所述相關內容隧洞長約8.8km，利用1臺直徑為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日掘進貫通，實際揭露圍巖類別為：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行混凝土二次襯砌。

2 研究背景

本工程設計要求邊頂拱混凝土襯砌在Ⅱ類和Ⅲa類圍巖地段不設置，在Ⅲb、Ⅳ、Ⅴ類圍巖地段設置，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個洞徑做2臺鋼模臺車，無形中7.3m臺車產生較大的閑置浪費，而且T3-1段圍巖變化頻繁，增加臺車的行走時間，致使施工不連續、交叉作業嚴重，從而影響施工進度。

3 結構設計

3.1 設計思路

1臺模板臺車在不變換模板的情況下滿足R3650和R3850兩個斷面的二次襯砌。

3.2 總體方案

按標準制作1臺洞徑7.7m邊頂拱臺車，模板環向分為7塊，其中頂模由3塊組成，單側邊模由2塊組成，在臺車兩側底口弧長約45cm位置做成活動鉸接樣式，可拆卸。當使用洞徑7.3m時，拆掉底口活動節，并將拱板斷開模板收縮，絲杠支撐，使用時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；變換調節處采用快速銷接，降低頻繁變換斷面的勞動強度、提高施工效率，保證邊頂拱混凝土襯砌的連續性。

3.3 變徑程序

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

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

（2）頂部模板變換：將頂模板一側變斷面處的夾板卸掉，夾板尺寸見圖3，然后取掉斷面調節絲桿；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；當孔間距接近L1時，裝上斷面調節絲桿，通過調節絲杠微調耳板孔間距至L1；安裝變斷面處的夾板并緊固螺栓。頂模兩側可同時操作，也可單獨操作。

（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，然后取掉斷面調節絲桿；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；當孔間距接近L2時，裝上斷面調節絲桿，通過調節絲杠微調耳板孔間距至L2；安裝變斷面處的夾板并緊固螺栓。兩側邊?？赏瑫r操作，也可單獨操作。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，然后取掉斷面調節絲桿；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；當孔間距接近L3時，裝上斷面調節絲桿，通過調節絲杠微調耳板孔間距至L3；安裝變斷面處的夾板并緊固螺栓。兩側邊模可同時操作，也可單獨操作。

（4）底部模板變換：將兩側底模拆掉，更換成7.3m洞徑底模即可。

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

3.4 施工方法

（1）鋼模臺車布置及運行。

T3-1段邊頂拱襯砌采用1臺鋼模臺車由下游起始段逐倉向上游進行襯砌混凝土澆筑?；炷劣啥磧劝韬驼竟捎脽o軌運輸至施工面，鋼模臺車跟隨1臺HBT60混凝土泵，泵送混凝土入倉。鋼模臺車前面設置1部鋼筋臺車，鋼筋施工不占鋼模臺車襯砌工期。襯砌鋼模臺車軌距和鋼筋臺車所使用的軌道都是重復利用，不采用通長布設形式。

（2）混凝土澆筑。

混凝土采用平鋪法澆筑，鋪料層厚度50cm。澆筑邊頂拱混凝土時，從臺車側面進料口接泵管進料，混凝土下料時在倉內用橡膠軟管接泵管，人工拖動橡膠軟管向左右方向調整，以避免出現下料集中。澆筑頂部混凝土時，從頂部預設的進料口進料，混凝土澆筑方向由里向外（即向堵頭模板）進行，澆筑至頂拱堵頭模板處時，采用退管法進行下料澆筑施工，并且通過堵頭模板上開設的監視窗口實時監視混凝土的入倉情況，既要保證最大限度地澆滿倉號，又要防止泵送壓力過大而“爆倉”。

鋼模臺車側面進料口隨混凝土上升逐層關閉，澆筑時左右兩側需同步均衡上升，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，振搗時注意振搗質量，防止出現漏振。在混凝土澆筑過程中派專人加強模板的變形觀測，防止鋼模發生上浮及側移，并隨時注意堵頭模板的情況，在堵頭模板與巖面間出現砂漿漏失時及時封堵，以保證施工質量。endprint

4 T3-1段施工成本和工期分析

4.1 工期分析

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

1臺鋼模臺車：當采用改造后的臺車進行邊頂拱襯砌時，由于臺車可以變化斷面，因此不需考慮臺車的行走時間，只考慮臺車襯砌時間，依然按照128m/月進行計算，共需工期187.5天。

綜上所述，通過此項目的改造，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 經濟分析

（1）人工節省費用。

根據工期對比分析，縮短工期24天，每臺臺車的人員配置是每天約20人，人工工資按照每天150元計算，那么可節省人工費用為20×24×150=7.2萬元。

（2）設備節省費用。

首先是減少1部臺車的投入，其次就是臺車的相關配套設備混凝土泵車、變壓器，設備節省費用如下。

鋼模臺車1臺，根據廠家提供價格費用是75萬元；250kVA變壓器3萬元；混凝土泵50萬元。設備費用總計128萬元，由于設備可以再次利用，所以在此只考慮30%的折舊費，那么設備節省費用128×0.3=38.4萬元。

T3-1段節省費用共計38.4+7.2=45.6萬元。

5 結語

運用變徑鋼模臺車進行不同成洞洞徑的隧洞邊頂拱施工，在本工程T3-1段已經得到實際運用，并取得了較好的經濟效益，同時也得到了本工程業主、設計以及監理單位的一致好評。工程施工期間，技術管理人員根據現場施工情況，對變徑臺車結構逐步進行了優化，其他段的邊頂拱施工中，將會大大節省工期和降低工程成本，對類似隧洞邊頂拱混凝土襯砌施工有重要的參考價值。

參考文獻

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

[2] 李小青.隧道工程技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.endprint