新型无骨架隧道衬砌模板台车洞内安装方法

邢 泊，姚 宇

(1.中铁隧道装备制造有限公司，郑州 450016;2.中铁隧道集团四处有限公司，南宁 530000)

0 引言

在隧道钻爆法施工中，模板台车已成为二次衬砌必不可少的设备。但随着我国对隧道施工标准的提高，配套设备高性能、快速高水平施工、人性化管理等已成为隧道施工发展的新方向，表现为快速支护、衬砌及与其相关联的施工通风与环境控制。

传统模板台车门架采用桁架结构，支撑螺杆密布，净空较小，通常仅供1辆渣车通行，回风性能差，掌子面处空气流通不畅，这直接影响到工人工作环境，危及作业人员健康，当用于长大隧道时，这种现象更为突出。为此，多个项目曾作出努力，例如在赣龙线猫头岭隧道出口工区和圆梁山隧道出口工区均采用双软管混合式通风［1－2］，洞内作业环境得到很大改善，但长期应用此种方法，能耗增多，施工成本增大;太中银铁路张家寨隧道和柳林隧道施工方则均从成本方面考虑，并未对台车主体进行过多更改［3－4］。

富宁隧道全长13 748 m，隧道地质复杂，是云桂铁路云南段最长的隧道，被列为全路45座Ι级风险隧道。本文通过介绍该长大隧道的边界条件及新型大净空无骨架模板台车的结构，总结出其洞内安装方法，并分析通过改进模板台车结构设计给施工成本及环境带来的积极效果，为类似项目提供参考。

1 工程概况

云桂铁路云南段富宁隧道一项目十一工区出口位于云南省富宁县新华镇，该工区全长3 757 m，是新型无骨架隧道衬砌模板台车试验区间，围岩等级Ⅲ级，为多种断面设计。基础断面隧道净宽13.55 m，净高9.61 m，衬砌厚度为350 mm。2#横洞长度为200 m，断面尺寸远小于新型模板台车衬砌尺寸，不允许台车在洞外安装后整体移动至洞内，因此新型无骨架隧道衬砌模板台车(以下简称“新型模板台车”)需要在正洞内进行组装。

2 新型模板台车简介

2.1 新型模板台车主体结构

参照传统模板台车结构设计［5－7］，并在其结构上取消门架。新型模板台车主体结构如图1所示。

图1 模板台车主体结构图Fig.1 New type of lining formwork trolley

1)由于需要适应变断面衬砌，设计时将模板分为上模板和下模板，两者通过固定杆和三角座连接，转换三角座不同栓接面即可适应变断面衬砌。

2)横移架置于基础底架上，并安装了滑轨、升降油缸、下展开油缸、横移油缸等。滑轨与下模板小臂连接，使整个模板与横移架形成闭环结构，操作液压系统可实现两边模板升降、开合、平移动作。

3)车辆走台供衬砌时车辆行走之用。在衬砌状态下车辆走台底座放置地面，但其高于基础底架，以防车辆行走时将振动传到模板。待衬砌完毕后，车辆走台油缸升起使其脱离地面与台车一起行走。

2.2 新型模板台车的结构特点

1)取消门架设计，两侧模板靠顶部铰销连接，底部由销轴将小臂与升降座滑轨连接，通过下展开油缸的伸缩，以顶部铰销为圆心，铰销至小臂滑块直线距离R=8.397 m的圆弧运动，衬砌时可将顶部铰销及两侧小臂滑块轴看作三角形三顶点，使模板与基础底架形成整体闭环结构，可有效提高模板刚度。

2)基础底架功能与传统模板台车门架功能相近，衬砌时连接两侧模板，但其高度已降低至可供车辆行走，使台车整体净空增加。

2.3 传统模板台车安装方法

传统模板台车主体结构如图2所示。

图2 传统模板台车Fig.2 Conventional formwork trolley

传统模板台车主体结构由顶模、边模和门架组成，洞内组装顺序［8］为:门架—顶模—边模，组装时洞顶需要打锚杆，可不扩挖。由于传统模板台车各部分质量较轻，因此配套机械只要1台挖掘机或装载机辅助作业即可完成。

新型模板台车结构改变较大，由于初次设计，在考虑安全的前提下，各部件质量都相应增加，设计完成后钢结构总质量为150t，单纯依靠锚杆无法将模板吊装到位，因此需要将传统安装方法进行更新。经过多次试验，总结出新型模板台车在大断面隧道内的安装方法。

3 新型模板台车主体安装

3.1 安装边界条件

为保证台车安装顺利进行，还要将隧道某处扩挖。新型模板台车安装时洞内条件如图3所示。

图3 新型模板台车安装时洞内条件示意图(单位:m)Fig.3 Constraining conditions for assembly of new type of formwork trolley(m)

该工区开挖方式为由2#横洞进入分别向两侧开挖正洞，至新型模板台车安装时，出口方向挖出70 m，进口方向还未开挖，由于工期及安全因素，要求安装人员利用70 m开挖距离进行台车组装，进口方向开挖面爆破时所有人员撤离躲避。

锚杆位置距已开挖面约20 m，扩挖长度2 m，深度0.45 m，在扩挖处共打入4根φ22钢筋作为锚杆，并填充足量锚固剂。洞顶扩挖及锚杆位置见图4。

考虑到洞顶锚杆承载能力，安装方案制订时拟采用汽车起重机吊装下模板，并分别租赁16 t及25 t进行洞内吊装下模板试验，最终决定由2台中联QY25同时吊装整榀下模板。由于现场条件限制，并未对顶部锚杆进行全负荷的预拉试验，仅对1块上模板(约2 t)进行了拉力测试，结果证明，利用顶部锚杆可将上模板顺利吊起。

图4 顶部扩挖及锚杆位置简图(单位:mm)Fig.4 Tunnel cross-section enlargement and positions of bolts(mm)

3.2 安装前准备工作

3.2.1 劳动力组织

新型模板台车首次进行洞内安装，为保证施工进度，共配备安装人员16人，分白班和夜班各12 h，每班8人，各由3名熟练工人和5名现场临时工人组成，同时租赁挖掘机及吊车均配备专职起重工，起重机根据需要进入洞内吊装，具体由各班负责人安排。在现有劳动力配备的情况下，预计28 d完成新型模板台车主体安装。安装人员分配见表1。

表1 安装人员分配表Table 1 Labor organization

3.2.2 主要辅助设备清单

由于新型模板台车取消门架，因此在吊装过程中难以找到固定点，要使各模板与基础底架及相互之间实现空中对接，需要多种设备辅助进行，主要辅助设备清单见表2。

表2 主要辅助设备清单Table 2 Major assistant equipment

3.2.3 安全事项培训

为了防止生产安全事故，在新型模板台车安装前，特别对参与安装人员进行了安全培训，主要内容如下:

1)安装人员要建立完善的交接班制度。在交接班时，交班人应将本班组的施工情况、出现的问题及解决措施等向接班人详细交代，并做好交接班记录。

2)所有进入隧道的施工人员，必须按规定佩戴好安全防护用品。由于新型模板台车安装需要高空作业，因此安装人员在高处作业时要系好安全带。

3)做好防护工作。由于开挖长度限制，进行爆破时，所有安装人员必须撤离躲避，并在躲避前将台车液压泵站、电机、电焊机等设备用木板遮挡，以免设备受到飞石损害。

4)严格遵守《施工安全用电规定》。不得私自乱接乱用，该类事项由每班所配电工负责。

5)遇到突发事件需要停止安装时，要及时清场，拉闸断电，锁好开关箱。

6)对于租赁公司所配专职起重工的要求。操作前应进行设备检查，正常情况下才能进洞作业;操作时鸣铃警告;指挥信号明确后起吊;货物载人及绑扎不牢时不起吊;其他事宜均严格按照专职起重工培训手册进行，不得违规操作。

3.2.4 安装步骤

铺轨—基础底架安装—2组横移架分别放在基础底架第6榀和第7榀位置—第7榀～第1榀下模板安装—第1榀～第7榀上模板安装—第8榀下模板安装—第8榀上模板安装。

1)铺轨。平整场地，铺设钢轨，钢轨长度37.5 m，轨距9.4 m，两侧钢轨轨顶标高误差为±3 mm。

2)基础底架安装。ZL50装载机将基础底架散件运进洞中，用DH215－9挖掘机吊装底架各零件使其对接完整，完成后两侧连接梁顶面再次抄平，确保其在同一水平面上，为模板安装奠定基础。

3)横移架初装。将横移架1和横移架2分别放置在基础底架第7榀和第6榀模板对应空当中间位置(如图5所示)，在基础底架上安装好电气系统、液压系统，调整基础底架可以在钢轨上行走自如。

图5 基础底架初始安装图(单位:mm)Fig.5 Primary assembling of foundation frame(mm)

4)下模板安装。下模板弧长8.41 m，共16块，每块质量约4.5 t，加上花架质量2 t，每榀下模板质量约为11 t。花架辅助下模板安装，主要功能是使每榀2块下模板定位一致，并为整榀下模板安装提供吊点。花架共2组，经不断拆装以辅助每榀下模板安装。下模板及花架散件由ZL50装载运至洞内锚杆下方，组装完毕后，起吊、空中定位对接靠2台zoomlion QY25V汽车起重机实现。

首先安装第7榀下模板。将基础底架开至仰供边缘处，短距离内用DH215－9挖掘机将2块下模板、1组花架运至锚杆下方组装成1榀。2台QY25V汽车起重机分别对称于仰供中心水沟两侧布置。为保证吊钩零行程时可将模板吊起脱离地面，起重机主臂顶部需伸至扩挖面处进行吊装。花架分2层4个吊点，分别用钢丝绳在吊点位置拉紧，汽车吊主副钩同时下降，用副钩吊住上层吊点，主钩吊住下层吊点，吊车同时收钩，缓慢将模板拉起，使其趋于垂直并脱离地面。适当调整模板位置，使其中心线尽量与隧道中线对齐并在模板底部垫好枕木。开动底架至模板底部，通过调整升降油缸和下展开油缸使模板与小臂连接，从而完成第7榀下模板与底架连接。由于单榀模板宽度仅为1.5 m，为防止底架行走过程中模板倾翻，在花架四角分别拉3 t倒链至底架丝杠耳板以保证行走时模板的稳定性(见图6)。

开走底架，带动已安装模板移至仰供边缘处，避开扩挖位置，用装载机将第6榀下模板运至洞内组装，汽车起重机用上述方法将第6榀下模板吊起，吊点位置仍在扩挖处，微调吊车位置，使第6榀下模板分别与第7榀模板、横移架2完成空中对接。

同上，依次将第5～第1榀下模板吊起并使之与前面的模板连接。当安装完3榀模板后，倒链即可拆除。

在此过程中，不断拆装第2组花架及横移架2使其连接新的下模板，直至与第1榀下模板连接后，其位置不再移动。在吊装横移架过程中，台车不能移动，模板底部也需用枕木垫好。由于吊车主臂行程及空间限制，第8榀下模板要最后安装。

5)上模板安装。上模板弧长4.507 m，共16块，每块质量2 t，依靠挖掘机和扩挖处锚杆完成安装。首先安装第1榀左侧上模板(图5前进方向左侧)，利用钢丝绳穿过锚杆处吊钩，一端连接上模板面板上已配焊吊耳，另一端连接挖掘机铲斗，通过挖掘机向后移动将上模板吊起。移动基础底架，使第1榀下模板与对应上模板销轴连接，同时调整上模板旋转角度即可用固定杆将两者连接。用上述方法安装第1榀右侧上模板，为保证与左侧上模板顶部对接时具备微调性，将固定杆换成临时调节丝杆(见图7)，通过调节丝杆的长短使2块上模板顶部铰点同轴，由2人负责打入顶部销轴，完成后再去掉右侧上模板临时调节丝杆，换上固定杆(见图8)。

图6 吊点位置及3 t倒链布置位置简图Fig.6 Layout of hoisting points and 3t-capacity chain hoist

同理，其余上模板也靠此种方法安装。

6)第8榀模板安装。拆下花架1并利用倒链将其放置在掌子面，为保证吊车通过，挖掘机首先安装车辆走台，2台汽车起重机分别通过车辆开到台车内侧，调好位置，辅助安装第8榀下模板，仍利用上面方法将下模板安装完毕(见图9)。

拆除花架，吊车开出洞外。第8榀位置开至锚杆正下方并在模板底部垫好枕木，底架不再移动，挖掘机将车辆走台撤走一部分，使横移架1有足够空间移至第8榀模板处并与模板连接。重新布置车辆走台，挖掘机驶入台车内侧辅助安装第8榀上模板。

至此，新型模板台车主体安装完毕。

4 成本分析及应用效果

通过上述方法，新型模板台车已成功在云桂铁路云南段项目经理部二分部十一工区完成洞内组装，自2011年2月10开始安装，至2月27日完成主体安装，用时18 d，截至2010年6月7日，该设备已完成12环衬砌。由于初次设计，在考虑安全的前提下，新型模板台车各部件质量都相应增加，钢结构总质量约150 t，与施工方对台车质量必须大于120 t方可进场规定相比，材料上确有增加，但随着样机成功应用，产品会进一步优化，整体质量也可趋于传统台车，对长期施工总体成本几乎不构成影响。

试验证明，引用该产品后隧道内通风环境得到改善，回风顺畅，洞内空气质量得到提高，从洞口透过台车可以清晰看到正在掌子面作业的人员，如图10所示。

图9 第8榀下模板安装示意图Fig.9 Assembling of lower formwork of No.8 foundation frame

图10 新型模板台车应用Fig.10 Application of new type of formwork trolley in tunneling

5 结论与讨论

施工环境概念已逐渐深入人心，在综合考虑安全、快速、施工成本等因素的前提下，各项目都在积极采取措施有效改善施工环境。新型模板台车在富宁隧道顺利安装完成，但该方法不一定能适用于后续所有无骨架新型模板台车洞内安装，诸如在隧道断面较小、空间有限、汽车起重机不能立于洞中辅助安装且模板质量较大、洞顶锚杆无力将模板拉起的情况;亦或是在恒断面结构中，模板为整体结构而不再分为上模板与下模板时，整块模板需要一次吊起。在此，希望各位同仁能提出宝贵的意见，使新型模板台车洞内安装实施更为便利、快捷和高效。

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