淺析TBM仰拱混凝土同步襯砌施工工藝

張青松

摘 要：TBM掘進期間，隧洞仰拱混凝土與TBM掘進同步施工，通過方案優化、仰拱同步襯砌臺車設計，實現了TBM正常掘進和仰拱混凝土澆筑連續跟進快速施工，提前了混凝土二次襯砌施工，可有效縮短施工工期。

關鍵詞：TBM洞段；仰拱混凝土；同步襯砌；施工工藝

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0001-03

1 工程概況

某工程四段三標主體工程為隧洞工程，主洞長度18 933 m，縱坡i=0.0803‰，采用鉆爆法與TBM法相結合方式開挖施工。TBM開挖洞徑為8.0 m，Ⅱ、Ⅲa類圍巖仰拱襯砌厚度625 mm，Ⅲb、Ⅳ、Ⅴ類圍巖仰拱襯砌角度70°，每倉襯砌長度16 m，仰拱襯砌斷面詳見圖1。為了緩解后續工期壓力，TBM掘進期間，仰拱混凝土采用襯砌臺車與TBM掘進同步施工。

2 方案選擇

2.1 原設計方案

TBM仰拱同步襯砌由棧橋式仰拱襯砌臺車和臺車后部浮放道岔聯合作業，浮放道岔長54.2 m，設在棧橋尾端。仰拱混凝土施工采用機車牽引軌行式攪拌車運輸混凝土，泵送入倉。襯砌施工設備布在浮放道岔的副線，主線通行TBM掘進物料運輸機車。

2.2 優化方案

通過分析比較，對原方案進行了優化調整：一是取消仰拱襯砌臺車后部浮放道岔；二是改變入倉方式，由泵送入倉改為溜槽入倉。方案優化措施具體包括以下兩方面。

2.2.1 取消浮放道岔

TBM掘進作業時，洞內運輸軌道為單線運輸。為避免TBM物料運輸與仰拱襯砌混凝土運輸、澆筑相互干擾，在仰拱襯砌臺車后設置四軌浮放道岔作為會讓站。浮放道岔主要作用是減少或避免混凝土澆筑對TBM物料運輸的干擾，通過計算分析，取消浮放道岔是合理的。由于每倉混凝土澆筑量少，TBM物料運輸不頻繁（1次/2 h），而每車混凝土澆筑時間僅10 min，為此利用TBM物料運輸機車通過襯砌臺車后運輸時間間隙，可實現仰拱混凝土澆筑。

2.2.2 入倉方式優化

取消混凝土泵送入倉，在臺車兩側設置溜槽，混凝土攪拌運輸車由機車牽引直接上棧橋至澆筑倉位，經溜槽從側模位置入倉。通過對比分析，改變入倉方式后，施工質量、進度得到了有效保證，對比情況見表1。

3 仰拱同步襯砌臺車設計

3.1 技術參數

仰拱同步襯砌臺車是一種能夠滿足棧橋內部通行機車，又同時滿足隧洞仰拱混凝土襯砌施工的新型專用施工設備[1]，它采用豎向液壓缸和螺旋千斤對棧橋支撐和加強，由電機驅動行走，主要技術參數見表2。

3.2 主要部件

仰拱同步襯砌臺車由模板總成、棧橋系統、前后引橋部分、前后底座、水平和垂直對中調整機構、棧橋支撐千斤、引橋支撐千斤、行走系統、液壓系統和電氣系統等組成，臺車縱斷圖、主視圖見圖2、圖3。

3.3 工作原理

3.3.1 底模工作原理

底模兩側各安裝了3組液壓缸，可完成底模立模、脫模工作。底模在立模前，先利用棧橋兩端的支撐液壓缸對棧橋進行定位，定位后再通過底模兩側液壓缸的伸縮完成模板就位。脫模時，直接收縮兩側液壓缸，底模便與新澆混凝土脫離一定間隙，然后同時啟動模板兩側的電動跑車，使其向前行走16 m達到下一個工作循環。

3.3.2 過車棧橋行走原理

在洞內安裝完成后，通過液壓系統調整使底模在第一倉襯砌位置就位，澆筑混凝土。經過1 d對新澆混凝土的養護后，收縮底模脫模液壓缸，使模板與混凝土脫離，啟動模板兩側電動跑車，使其向前行走16 m達到下一個工作循環，進行第二倉的立模和混凝土的澆筑。再經過1 d對第二倉新澆混凝土的養護后，方法同上，進行第三倉施工，又經過1 d對新澆混凝土的養護后，進行棧橋走行。具體步驟如下。

第1步：當混凝土達到走行要求時，啟動液壓系統電源，收縮前后引橋提升液壓缸，使前后引橋離開地面一定距離，清理引橋主梁下面的支撐千斤和枕木。

第2步：取掉模板與電動跑車的連接卡板，使模板與棧橋系統脫離。

第3步：取掉棧橋前后兩端豎向液壓缸的保護支撐千斤，先收縮棧橋中間支撐液壓缸，然后再同時收縮兩端底座上的豎向液壓缸，棧橋和引橋整體下降，使其后端主動行走輪落到已澆混凝土面上，前端棧橋落在底模行走輪槽內。

第4步：啟動棧橋后端行走電機，使棧橋前行16 m，達到下一個工作循環。

第5步：伸長棧橋兩端底座上的豎向液壓缸，使棧橋達到設定高度。

第6步：依次啟動電動跑車，使其與底模進行連接。

第7步：收縮底模液壓缸，使底模與混凝土面脫離一定間隙，啟動底模兩側的電動跑車，使底模沿軌道前行16 m，達到下一個工作循環。

第8步：伸長底模兩側液壓缸，底模就位，對中采用棧橋兩端的水平和豎直液壓缸進行調整。

第9步：模板就位后，安裝支撐棧橋兩端的支撐千斤，伸長棧橋中部液壓缸進行支撐加強。

第10步：通過伸長前引橋液壓缸，放下前后端引橋，然后安裝引橋支撐千斤和枕木。

第11步：再次進行檢驗底模就位尺寸，滿足施工要求后進行第4倉混凝土的澆筑。以此類推，循環施工。

3.4 定位原理

底座豎向液壓缸上、下運動，臺車可作上下調整，安裝在底座上的調平液壓缸可使臺車橫向調整。

4 仰拱同步襯砌施工工藝

4.1 棧橋就位、軌道拆安

棧橋就位通過行走機構實現，每次移動一個工作循環16 m，就位后拆除前引橋下部軌道，人工移至棧橋后部暫存，與后引橋連接。

4.2 回彈料和石渣清理

洞內噴射混凝土回彈料和石渣清理工作，需要提前進行初步清理，清理的渣料裝袋用平板車運出洞外。臺車就位后清理工作量比較少，清理的渣料裝袋通過連續皮帶運出洞外。倉面清理完成后進行倉面沖洗，驗收合格后進行鋼筋綁扎。

4.3 鋼筋制作安裝

鋼筋在加工前要進行調直、清污、除銹。鋼筋調直采用調直機械，鋼筋彎曲采用專門的標準機具來完成。加工完成的成品鋼筋按型號、部位進行編號、掛牌，并分堆碼放。經驗收合格，在混凝土澆筑之前，采用載重汽車運輸至洞口，再由軌行式平板車運輸至襯砌工作面，人工安裝。

4.4 堵頭模板及止水帶安裝

仰拱同步襯砌時，模板調整好后進行堵頭模板和止水帶安裝工作，堵頭模板采用2 cm厚木模板制作，施打錨筋進行固定。橡膠止水帶寬300 mm，采用定位鋼筋固定。

4.5 混凝土拌制及運輸

混凝土采用HZS50型強制式拌和站進行拌制，拌制過程中嚴格按配合比進行，并根據實際骨料含水率及時調整施工配合比。混凝土拌制后，利用25 t機車牽引8 m3軌行式混凝土攪拌車運輸，采用溜槽入倉（見圖4）。溜槽內壁平順、光滑、不漏漿，混凝土澆筑前用砂漿潤滑內壁。

4.6 混凝土振搗

混凝土振搗使用插入式振動器，振動器移動距離為其作用半徑的1.5倍。振動器插入下層混凝土5～10 cm，振動時混凝土表面不再下沉、泛漿時緩緩拔出。混凝土分層厚度宜為30 cm，澆筑連續進行，不得中斷[2]。為減少模板上浮及水平段排氣問題，模板設計成中空型式，水平段采用人工收面。

5 結束語

仰拱同步襯砌施工技術的成功應用，實現了TBM正常掘進和仰拱混凝土澆筑連續跟進快速施工，提前了混凝土二襯施工，可有效率的縮短施工工期，減少了后期工期壓力，可為類似工程提供參考和借鑒。

參考文獻

[1] 中國電力企業聯合會.水電水利工程模板施工規范DL/T5110 -2013[S].北京：中國電力出版社，2013.

[2] 中華人民共和國水利部.水工混凝土施工規范SL677-2014[S].北京：中國水利水電出版社，2014.