軌道罐車在特小斷面長隧洞襯砌施工中的應用

楊 君 磊， 楊 思 梅， 王 志 鵬

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

毗河供水一期工程第六施工分部負責承建資陽市安岳縣境內的施工任務，全長77.36 km，由書永分干渠(流量為8.45 m3/s)、千佛分干渠(流量為2.33 m3/s)、潘書補水渠(流量為7 m3/s)、龍臺支渠(流量為1.3 m3/s)、長河支渠(流量為2.2 m3/s)和云峰支渠(流量為1.5 m3/s)等6條渠道組成；包括71個隧洞，全長47.4 km，其中開挖斷面為10～14 m2的長24.2 km，斷面為4.8～10 m2的長23.2 km。

該項目隧洞斷面面積最小、長度最長的隧洞為長河支渠殷家寺隧洞，隧洞斷面面積為4.8 m2，全長1.14 km，未設支洞。其巖體為粉砂質泥巖，呈層狀結構。隧洞結構形式為城門洞型，開挖支護后的斷面尺寸為2.1 m×2.4 m(寬×高)，隧洞二襯結構襯砌厚度為30 cm，鋼筋為雙層雙向布置，混凝土標號為C20W4F50，襯砌后的斷面尺寸為1.5 m×1.8 m(寬×高)。

2 隧洞襯砌方案的選擇

結合該工程殷家寺隧洞的結構形式，通過多方了解調查及施工經驗得知，我國在建或已建小斷面長隧洞多采用小型混凝土罐車進行混凝土運輸，洞內采用小型混凝土泵機輸送混凝土入倉。對于該項目，面積僅為4.8 m2的隧洞只能使用0.5 m3的三輪混凝土罐車運輸，澆筑效率低下，同時,混凝土澆筑時間過長對隧洞襯砌質量也無法完全保證。對于長隧洞,也可采用混凝土高壓泵機由上下游洞口直接輸送入倉，但該方法對泵機性能和混凝土和易性要求較高，若發生堵管，清管時間較長，若未及時采取其他措施則可能造成隧洞混凝土結構冷縫或重新進行拆模返工處理，給泵管內的混凝土料造成浪費，施工人員勞動強度加大；已堵泵管的清理若不及時還可能造成泵管報廢。而該工程的主要問題是解決特小斷面長隧洞混凝土洞內運輸的難題。項目部通過市場調查并與多家罐車生產廠家經過技術協商，最終確定與建工建邦合作，設計了一輛容量為3 m3的柴油系統軌道式罐車用于混凝土洞內運輸，同時配備了一臺40型混凝土輸送泵輸送混凝土入倉，隧洞混凝土襯砌模板采用液壓移動式鋼模臺車。

3 工藝原理

該施工方法一改常規的輪式罐車運輸和長距離泵送混凝土輸送方法，待隧洞底板清理完成后澆筑混凝土墊層至設計建基面，墊層要求澆筑平整且振搗密實，將軌道鋪設在混凝土墊層上，軌道型號根據罐車和運輸混凝土的重量進行選擇，根據罐車輪距，測量人員放出軌道安裝線，作業人員沿線進行軌道鋪設，采用魚尾板和內支撐焊接固定，軌道需安裝牢固以確保軌道罐車的正常行走。軌道混凝土罐車采用3 m3罐體裝料，行走速率為5 km/h，罐車行走及罐體運轉均采用柴油動力系統，對動力系統的排煙孔設置水箱過濾以降低洞內的煙塵濃度。罐體尺寸高度為1.98 m，寬度為1.44 m，長度為6.2 m，作為小斷面長隧洞混凝土的澆筑運輸系統。隧洞洞口上方設置混凝土拌和系統，順坡搭設溜槽，混凝土拌和完成后將直接輸送至軌道罐車內裝運。軌道罐車將混凝土運送至澆筑工作面，卸料至洞內40型泵機，泵送入倉。

3.1 工藝流程

特小斷面長隧洞襯砌施工工藝流程見圖1。

圖1 特小斷面長隧洞襯砌施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 隧洞底板的清理及軌道安裝

隧洞在開挖工序施工完成后，組織人員、設備按照設計要求對隧洞底板浮渣和松散巖石進行清理，并采用墊層混凝土按照隧洞設計的底板底高程找平，隧洞底板墊層澆筑情況見圖2。

在墊層或底板混凝土達到一定強度后，由測量人員現場放線、標注出軌道安裝位置。隧洞軌道安裝放線標記見圖3。罐車軌道外側采用膨脹螺栓固定，軌道內側采用φ28鋼筋支撐與軌道焊接固定。罐車軌道需延伸至洞外，確保罐車能夠洞外接料。

適用于該隧洞的軌道罐車自重為2.2 t，罐車容量為3 m3。考慮到罐車在滿載情況下的總重量約為9.4 t，罐車輪距為1.8 m，運行時的最高時速為5 km/h,通過查詢規范和計算得知，型號24(24 kg/m)的軌道可滿足其運行要求。

3.2.2 拌和系統的規劃和修建

在隧洞軌道安裝的同時，可以進行拌和系統的規劃和修建工作。殷家寺隧洞為下挖隧洞，結合現場地形情況，在隧洞洞口設置拌和系統，通過溜槽直接將拌和系統中的混凝土輸送至軌道罐車入料口。若隧洞洞口不具備建設拌和系統的條件，可就近設置拌和系統，配備1～2臺輪式罐車進行轉運。

圖2 隧洞底板墊層澆筑示意圖

圖3 隧洞軌道安裝放線標記示意圖

拌和系統的修建主要包括砂石骨料及水泥倉庫、自動稱量系統、拌和系統、兩級沉淀池等，在前期規劃中要充分考慮場地布置，確保用地充足。

3.2.3 罐車的安裝及試運行

殷家寺隧洞臨近國道，交通便利，軌道罐車整體重量通過與廠家現場道路查勘，決定采用整裝運輸軌道罐車的方案。運輸至現場后，采用20 t汽車吊及人工配合安裝，隧洞軌道罐車情況見圖4。

圖4 3 m3柴油系統軌道混凝土罐車圖

軌道罐車在安裝完成并經過調試后，需對罐車進行無荷載試運行，由廠家指派的專業人員對罐車操作手進行培訓，待試運行無任何故障后方可投入使用。

3.2.4 鋼筋的加工及制安

鋼筋在鋼筋加工廠按施工圖及規范要求做下料表，經校對無誤后下料、制作，將下料制作的誤差控制在規范允許的范圍內，制作好的鋼筋由載重汽車運至洞口，通過軌道罐車在洞口將鋼筋運輸至施工作業面進行安裝。鋼筋的安裝位置、間距、保護層及各部位鋼筋規格型號均需符合施工詳圖的規定。

(1)用于隧洞二襯的鋼筋通過軌道罐車運輸，需將鋼筋綁扎牢固，防止在輸送過程中鋼筋脫落，影響罐車安全；

(2)軌道罐車鋼筋的運輸不能超過限重，鋼筋的放置需兩邊平衡，放置超重或偏重將影響罐車運行的安全。

3.2.5 鋼模臺車的安裝及就位

鋼模臺車進場后在隧洞洞口進行組裝，組裝采用吊車配合，由廠家安排專業人員指導和培訓。臺車進洞前，洞內至少需完成2～3倉底板混凝土澆筑并達到一定的強度，完成至少1倉邊頂拱鋼筋的安裝。臺車在洞口組裝完成后，行走至邊頂拱待澆筑部位進行加固。

3.2.6 混凝土運輸

混凝土采用3 m3軌道罐車運輸，在隧洞內具備澆筑條件后，軌道罐車的操作人員對罐車進行全面檢查并試運行，在無任何故障的情況下，洞口拌和系統開倉拌料，軌道罐車行走至洞口指定位置準備接料。為保證混凝土泵送順利，第一倉運輸砂漿潤管。混凝土料嚴格按照泵送混凝土配合比進行拌制，確保混凝土料的和易性。

混凝土拌和系統拌料完成后，通過溜槽將混凝土輸送至軌道罐車接料口，罐車罐體開始轉動，設計轉速為2～5 r/min。罐車裝料結束后啟動行走系統，將混凝土運輸至澆筑工作面，行走速率為5 km/h。在罐車卸料前快速轉動罐體，確保罐體內的混凝土料通過再次快速攪拌更加均勻。人工將軌道罐車卸料槽轉動至40型泵機接料倉，罐車卸料至泵機接料倉內，試驗人員隨機取樣進行塌落度檢查和試塊制作。采用混凝土輸送泵輸送混凝土入倉后開始混凝土的澆筑。罐車洞口接料運輸情況見圖5。

圖5 軌道罐車洞外接料示意圖

3.2.7 混凝土澆筑

澆筑時，兩側邊墻混凝土從模板邊墻處開設的下料口下料，兩側均衡上升，采用附著式及軟軸插入式振搗器振搗，下料口采用插入式振搗器振搗；在未開設下料倉的部位設置附著式振搗器振搗混凝土，頂拱采用封拱器封拱。

軌道罐車單次運輸容量為3 m3，在完成卸料后需在混凝土泵機接料倉預留部分料，在軌道罐車再次出洞接料期間泵機間隔送料，以確保泵管不發生堵管情況。在洞內混凝土澆筑完成、達到拆模要求后，可再次移動模板至下一倉澆筑，并對上一倉混凝土做好灑水養護工作。

4 結 語

在殷家寺隧洞施工過程中，成功采用了軌道罐車洞內運輸混凝土的施工工藝，該工藝具有運輸能力強、澆筑速度快、安全施工的特點，對比輪式小罐車運輸混凝土具有明顯優勢，施工效率提升約30%，經濟效益明顯，施工質量、進度也受到業主、監理的一致肯定，其在后期特小斷面長隧洞襯砌施工中將會得到越來越廣泛的應用。