基于不銹鋼復合鋼板面板的隧道襯砌鋼模臺車在隧道施工中的應用

喻致蓉　王松

【摘 要】本文以某工程為例，介紹了不銹鋼復合鋼板在隧道襯砌鋼模臺車中的應用、闡述了工藝原理和施工工藝。工程實踐表明，采用不銹鋼復合鋼板的鋼模臺車，既能滿足隧道襯砌的結構強度，又能減少除銹和脫模劑涂裝工序，同時延長了鋼模臺車使用壽命，極大的提高了混凝土隧道的外觀質量和施工效率，綜合經濟技術效益顯著。

【關鍵詞】不銹鋼復合鋼板；鋼模臺車；隧道襯砌施工

中圖分類號： TG457.5 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）09-0184-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.088

Application of tunnel lining steel mold trolley based on stainless steel composite steel plate in tunnel construction

YU Zhi-rong WANG Song

（Pingdingshan Pingmei Coal Mining Machinery Equipment Co.， Ltd.， Pingdingshan 467000， China）

【Abstract】In this paper， an engineering project was taken as an example to introduce the application of stainless steel clad steel plate in tunnel lining steel mold trolley， and elaborated the process principle and construction technology. The engineering practice shows that the steel die trolley using the stainless steel composite steel plate not only can satisfy the structural strength of the tunnel lining， but also can reduce the rust removal and the release agent coating process， and at the same time prolong the service life of the steel die trolley， greatly improving the The appearance quality and construction efficiency of concrete tunnels have resulted in significant economic and technological benefits.

【Key words】Stainless steel composite steel plate； Steel mold trolley； Tunnel lining construction

1 工程背景

在我國現有隧道鋼模臺車的施工中，主要采用材質為Q235的普通鋼板作為鋼模臺車模板面板，也是在工程領域使用最廣泛的一種鋼材。在這種常規的鋼模臺車施工中，由于碳素鋼板自身的特性決定，特別是在潮濕環境中普通鋼板表面容易產生浮銹。

為了保證隧道混凝土外觀質量，采用的工藝主要有兩種：一是，鋼模臺車在工廠制造及施工過程中表面涂裝環氧樹脂油漆；由于環氧樹脂中含有羥基和醚鍵等極性基團，使得樹脂與相鄰界面分子作用力強，在面板表面形成一層致密的薄膜，粘結力強。二是，在隧道襯砌過程中及時采用手持式拋光機去除鋼板面板表面的鐵銹并及時涂裝脫模劑；此兩種方法較為常見。盡管可以在一定程度上解決了目前存在的問題，但是由于在使用過程中鋼模臺車面板不斷的與混凝土表面產生接觸，環氧樹脂油漆和脫模劑都會不可避免的粘結在混凝土表面、甚至有時會因涂裝不及時會造成紅褐色的鐵銹存在混凝土表面，嚴重影響混凝土的外觀，因此在重復使用3-5次以后必須清理干凈重新涂裝。

在隧道工程尤其是長大隧道施工中，持續不斷地反復涂裝與清理，不但過程繁瑣、費工費時、施工效率低下，而且需要消耗大量的脫模劑或者環氧樹脂油漆，造成了較大的施工成本，這些問題對工程的施工產生了消極的影響，亟待解決。

2 解決方案-研發多用途可調半徑的標準模數拱頂模板，同時引入不銹鋼復合鋼板面板

針對上述難題，筆者曾經嘗試采用不銹鋼鋼板作為鋼模臺車的面板，雖然可以很好的解決上述問題，但是由于不銹鋼鋼板造價較高（一般情況下單價是普通鋼板的五倍），鋼模臺車整體上所有面板采用不銹鋼鋼板替代，較大的增加了施工機械的預算成本，一般的隧道項目難以承受，不利于推廣。通過對多個隧道工程施工項目的鋼模臺車進行總結，最終通過研發多用途可調半徑的標準模數拱頂模板適用不同截面的隧道，同時引入不銹鋼復合鋼板作為鋼模臺車的面板，有效的解決了普通鋼模臺車面板易生銹，施工效率低下，混凝土外觀質量差的難題。同時由于不銹鋼復合鋼板強度較普通碳鋼鋼板有了很大提高，提高了鋼模臺車表面的耐磨性，增加了鋼模臺車周轉次數和使用壽命。

2.1 設計工藝原理

圖1 標準模數拱頂模板原理圖

圖2 標準模數拱頂模板三維結構圖

（1）復合鋼板是由兩種不同材質的鋼板，采用不同方法復合而成，如不銹鋼復合鋼板是采用爆炸、軋制或爆炸軋制等方法，將不銹鋼板與普通鋼板（碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼、優質碳素結構鋼等）復合而成的鋼板。它同時具有兩種不同鋼種的特性，既有不銹鋼的耐蝕性，又有普通鋼板價格低廉、剛度好等優點。廣泛應用于制造石油、化工等各類壓力容器、儲罐等結構件，以及用于輕工機械、食品、建筑、裝飾、醫藥衛生等行業[1]。

（2）多用途可調半徑的標準模數拱頂模板：由于該工程隧道結構復雜，斷面變化頻繁。原有的施工設計方案是采用成套鋼模臺車，每種截面的鋼模臺車制造一臺，相互之間不能互換通用，相應截面半徑的隧道襯砌完成以后鋼模臺車就不能重復利用，造成很大的浪費。通過研發可調半徑的標準模數拱頂模板，適用不同截面的隧道鋼模臺車，即能在各種半徑的隧道之間通用的拱頂模板，既能保證互換性，同時采用工廠先進數控加工設備加工，拼縫質量高，更能保證隧道混凝土襯砌外觀質量。

多用途可調半徑的標準模數拱頂模板如下圖所示，標準模板尺寸為1000mm×1200mm。由1不銹鋼復合鋼板、3縱肋角鋼、4橫向法蘭、5豎向法蘭等組成，相鄰拱頂模板之間通過2螺栓連接孔連接，其中4橫向法蘭由多段扁鋼間斷組成，橫向為柔性單元，可根據隧道半徑調節成需要的半徑尺寸，然后通過背楞型鋼固定尺寸。既可作為標準平模使用，又可根據需要調成圓弧模板。

2.2 力學性能參數對比

影響鋼板的耐磨性的因素很多，如硬度、強度、表面粗糙度等，這些因素與耐磨性都有密切的關系。金屬材料的耐磨性可以由材料的硬度來衡量，因為材料的硬度反映了材料抵抗物料壓入表面的能力，硬度高物料壓入材料表面的深度就淺，即磨損就小，耐磨性就高。同時，磨損過程中，金屬基體強度高，可以對抗磨硬質相提供良好的支撐，充分發揮抗磨硬質相抵抗磨損的能力，使耐磨材料表現出優異的耐磨性。表面粗糙度：在接觸應力一定的條件下，表面粗糙度值越小，抗疲勞磨損能力越高。

以本工程所采用的鋼模臺車6mm面板為例，說明Q235B鋼板、304不銹鋼鋼板、304材質5+1不銹鋼復合鋼板（1mm304不銹鋼+5mmQ235B普通鋼板）的力學性能，經查找相關規范[2][3][4]，以上三種材料的力學性能對比如下：

表1

從以上力學性能可以看出，304不銹鋼復合鋼板的力學性能顯然優越于Q235B鋼板。作為鋼模臺車的模板面板，耐磨性更好，可有效增加鋼模臺車的周轉次數，延長臺車使用壽命。在工程實踐中也得到了有效證明。

2.3 不銹鋼復合鋼板主要施工工藝及注意事項

從設計角度上考慮，不銹鋼復合板的基層主要是保證強度，復層主要是保證其耐蝕性能和耐磨性。為了保證不銹鋼復合鋼板原有的綜合性能，應對基層、復合層分別進行焊接。不銹鋼復合鋼板進行焊接時，應注意以下幾點：

（1）焊接前必須進行焊接工藝評定：根據國家相關規范規定，新材料、新焊接工藝均應進行焊接工藝評定。焊接工藝評定應以可靠的鋼材焊接性能試驗為依據，并在產品焊接之前完成。不銹鋼復合板能否通過焊接工藝評定，是不銹鋼復合板焊接的關鍵所在。

（2）不銹鋼復合鋼板下料：一般用機加工、等離子切割或者激光切割機下料，用等離子切割或者激光切割機下料切割時方向是從復層到基層，即復層朝上。

（3）焊接前進行焊接工藝交底，嚴格按照焊接工藝評定的規定電壓、電流進行焊接；

（4）嚴格控制焊接順序：先焊接基層，再焊接復層；

（5）為減少焊接飛濺，施焊前需在不銹鋼復合板坡口兩側涂抹防飛濺涂料；

（6）不銹鋼復合板焊接的關鍵是提高焊縫一次合格率，減少返修次數。因為不銹鋼復合板焊接接頭的組織和性能十分不均勻，焊縫返修時經常產生熱裂紋。

（7）焊接完成后，必須進行超聲波無損檢測，確保焊縫內部無焊接缺陷；

3 綜合效益分析

（1）正如前文所述，不銹鋼復合鋼板同時具有兩種不同鋼種的特性，既有不銹鋼的耐蝕性和耐磨性，又有普通鋼板價格低廉、剛度好等優點。可廣泛的使用于隧道施工臺車中，可以提高鋼模臺車的耐磨性、耐腐蝕性，有效延長鋼模臺車的使用壽命。

（2）使用不銹鋼復合鋼板替代原來的純不銹鋼板，與同規格的純不銹鋼相比，明顯減少了不銹鋼的用量，能夠降低鋼模臺車的預算成本，而使用鋼模臺車二次襯砌混凝土的性能卻不受影響。不銹鋼復合鋼板可用于隧道鋼模臺車、橋梁預制混凝土箱梁、T梁模板、建筑模板等，成本低，耐腐蝕，周轉次數高；以鋼模臺車為例，采用不銹鋼復合板代替純不銹鋼板，成本可下降30%以上。

4 結論及建議

（1）采用不銹鋼復合鋼板鋼模臺車不需要增加新的工序，可對現有繁瑣施工工序縮減，同時減少了大量的脫模劑或者環氧樹脂油漆消耗，是有效降低隧道施工成本的途徑之一。

（2）不銹鋼復合板兼具各種碳素鋼和不銹鋼的特點，而且成本可以大幅度下降，以其優異的性能價格比為用戶歡迎，有廣闊的市場前景。

（3）不銹鋼復合鋼板鋼模臺車周轉次數多，使用壽命長，綜合技術安全可靠，施工質量優良，施工工藝操作性強，便于推廣。通過工程實踐的成功應用，為今后隧道施工中的鋼模臺車設計提供了新的思路。

（3）隨著國家對環保工作的重視和工程質量的要求越來越嚴格，標準越來越高，傳統的工藝設備逐步向新材料、新工藝方向發展，是不可逆轉的趨勢。不銹鋼復合鋼板在隧道施工、橋梁預制等混凝土結構施工的機械裝備的制造，升級、改造中大有可為，是提高工程施工效率、提高設備周轉使用壽命，降低施工成本的優先選擇，應用前景廣闊。

【參考文獻】

[1]曾正明.實用鋼鐵材料手冊 第3版[M].北京：機械工業出版社，2015.3：310-311.

[2]GB/T 700-2006，碳素結構鋼[S].北京：中國標準出版社，2006：3-4.

[3]GB/T 8165-2008，不銹鋼復合鋼板和鋼帶[S].北京：中國標準出版社，2008：5-9

[4]中國機械工程學會熱處理學會 熱處理手冊 第4版 第4卷熱處理質量控制和檢驗[M].北京：機械工業出版社，2008.1：494-545.