隧洞边顶拱混凝土变径台车设计及应用

焦吉坤+++左立富+++李光前

摘 要：本文详细介绍了某引水工程TBM开挖段边顶拱二衬混凝土所用变径钢模台车的研究背景、结构设计以及施工方法，并以某一TBM施工段的边顶拱衬砌施工进行具体研究说明，论证出采用变径钢模台车较定型钢模台车在施工投入、施工方法等方面显现出的优越性，确定了变径钢模台车的实用性、经济性，可供类似同一隧洞段、不同成洞洞径的边顶拱混凝土施工借鉴。

关键词： 隧洞 边顶拱 混凝土 变径台车 设计 施工

中图分类号：TV554 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（c）-0084-02

1 工程简介

某引水工程总长约600多千米，其中引水隧洞长约260km，隧洞采用TBM和钻爆法施工，工程同时采用了8台TBM设备进行洞体开挖施工，TBM直径为8.0～8.5m。本文所述相关内容隧洞长约8.8km，利用1台直径为8.5m的TBM施工，此隧洞段以下简称“T3-1段”。T3-1段于2016年4月5日掘进贯通，实际揭露围岩类别为：Ⅱ类和Ⅲa类围岩长度约8km、Ⅲb类围岩长度720m、Ⅳ类围岩长度80m，Ⅴ类围岩未揭露。开挖贯通后，采用先仰拱、后边顶拱的施工方法进行混凝土二次衬砌。

2 研究背景

本工程设计要求边顶拱混凝土衬砌在Ⅱ类和Ⅲa类围岩地段不设置，在Ⅲb、Ⅳ、Ⅴ类围岩地段设置，且衬砌厚度、成洞洞径不同。Ⅲb类围岩衬砌厚度30cm，成洞洞径7.7m； Ⅳ、Ⅴ类围岩衬砌厚度45cm，成洞洞径7.3m，断面形式见图1、图2。T3-1段边顶拱衬砌长度为800m，其中成洞洞径7.7m衬砌段长720m、成洞洞径7.3m衬砌段长80m，由此可见，洞径7.3m衬砌段长占T3-1段总衬砌段长不足1/10，按照2个洞径做2台钢模台车，无形中7.3m台车产生较大的闲置浪费，而且T3-1段围岩变化频繁，增加台车的行走时间，致使施工不连续、交叉作业严重，从而影响施工进度。

3 结构设计

3.1 设计思路

1台模板台车在不变换模板的情况下满足R3650和R3850两个断面的二次衬砌。

3.2 总体方案

按标准制作1台洞径7.7m边顶拱台车，模板环向分为7块，其中顶模由3块组成，单侧边模由2块组成，在台车两侧底口弧长约45cm位置做成活动铰接样式，可拆卸。当使用洞径7.3m时，拆掉底口活动节，并将拱板断开模板收缩，丝杠支撑，使用时顶板和边模的铰接处拟合误差不大于10mm，变换处面板不断开，以保证模板衬砌成型混凝土的平顺性；变换调节处采用快速销接，降低频繁变换断面的劳动强度、提高施工效率，保证边顶拱混凝土衬砌的连续性。

3.3 变径程序

以Φ7.7m变Φ7.3m变断面说明，Φ7.3m变Φ7.7m雷同，在此不再叙述。

（1）Φ7.7m断面隧道衬砌完成后，将台车行走至Φ7.3m断面工位，此时台车处于脱模状态。

（2）顶部模板变换：将顶模板一侧变断面处的夹板卸掉，夹板尺寸见图3，然后取掉断面调节丝杆；收缩上部第一排支撑丝杠，过程中注意观察、量测变断面处的耳板孔间距；当孔间距接近L1时，装上断面调节丝杆，通过调节丝杠微调耳板孔间距至L1；安装变断面处的夹板并紧固螺栓。顶模两侧可同时操作，也可单独操作。

（3）边部模板变换：①安装上部第二、三排丝杠，将边模板上部变断面处的夹板卸掉，然后取掉断面调节丝杆；收缩上部第三排支撑丝杠，过程中注意观察、量测变断面处的耳板孔间距；当孔间距接近L2时，装上断面调节丝杆，通过调节丝杠微调耳板孔间距至L2；安装变断面处的夹板并紧固螺栓。两侧边模可同时操作，也可单独操作。②安装上部第四、五排丝杠，将边模板下部变断面处的夹板卸掉，然后取掉断面调节丝杆；收缩上部第五排支撑丝杠，过程中注意观察、量测变断面处的耳板孔间距；当孔间距接近L3时，装上断面调节丝杆，通过调节丝杠微调耳板孔间距至L3；安装变断面处的夹板并紧固螺栓。两侧边模可同时操作，也可单独操作。

（4）底部模板变换：将两侧底模拆掉，更换成7.3m洞径底模即可。

（5）完成台车由Φ7.7m断面至Φ7.3m断面变换工作，台车可进行正常就位衬砌工作，钢模台车整体图见图4。

3.4 施工方法

（1）钢模台车布置及运行。

T3-1段边顶拱衬砌采用1台钢模台车由下游起始段逐仓向上游进行衬砌混凝土浇筑。混凝土由洞内拌和站供应，采用无轨运输至施工面，钢模台车跟随1台HBT60混凝土泵，泵送混凝土入仓。钢模台车前面设置1部钢筋台车，钢筋施工不占钢模台车衬砌工期。衬砌钢模台车轨距和钢筋台车所使用的轨道都是重复利用，不采用通长布设形式。

（2）混凝土浇筑。

混凝土采用平鋪法浇筑，铺料层厚度50cm。浇筑边顶拱混凝土时，从台车侧面进料口接泵管进料，混凝土下料时在仓内用橡胶软管接泵管，人工拖动橡胶软管向左右方向调整，以避免出现下料集中。浇筑顶部混凝土时，从顶部预设的进料口进料，混凝土浇筑方向由里向外（即向堵头模板）进行，浇筑至顶拱堵头模板处时，采用退管法进行下料浇筑施工，并且通过堵头模板上开设的监视窗口实时监视混凝土的入仓情况，既要保证最大限度地浇满仓号，又要防止泵送压力过大而“爆仓”。

钢模台车侧面进料口随混凝土上升逐层关闭，浇筑时左右两侧需同步均衡上升，混凝土上升速度一般控制在50cm/h，浇筑程中，两侧墙混凝土面高差不超过0.5m。

混凝土振捣以附着式振捣器振捣为主，局部采用Φ50mm软轴振捣棒辅助，振捣时注意振捣质量，防止出现漏振。在混凝土浇筑过程中派专人加强模板的变形观测，防止钢模发生上浮及侧移，并随时注意堵头模板的情况，在堵头模板与岩面间出现砂浆漏失时及时封堵，以保证施工质量。endprint

4 T3-1段施工成本和工期分析

4.1 工期分析

2台钢模台车：根据合同工期要求，T3-1施工段边顶拱混凝土衬砌月强度是128m，本段衬砌总长度为800m，7.3m台车衬砌长度80m，施工工期按20天考虑，由于围岩变化频繁，此台车空走的时段很长，台车行走的速度每天为50m，那么800m走下来需要工期20天，那么此台车的施工工期为40天；7.7m台车衬砌长度720m，施工工期为170天，考虑空走80m的时间1.5天。那么当采用2台钢模台车进行边顶拱衬砌的总工期约211.5天。

1台钢模台车：当采用改造后的台车进行边顶拱衬砌时，由于台车可以变化断面，因此不需考虑台车的行走时间，只考虑台车衬砌时间，依然按照128m/月进行计算，共需工期187.5天。

综上所述，通过此项目的改造，仅T3-1施工段边顶拱混凝土衬砌工期就可提前24天完成。

4.2 经济分析

（1）人工节省费用。

根据工期对比分析，缩短工期24天，每台台车的人员配置是每天约20人，人工工资按照每天150元计算，那么可节省人工费用为20×24×150=7.2万元。

（2）设备节省费用。

首先是减少1部台车的投入，其次就是台车的相关配套设备混凝土泵车、变压器，设备节省费用如下。

钢模台车1台，根据厂家提供价格费用是75万元；250kVA变压器3万元；混凝土泵50万元。设备费用总计128万元，由于设备可以再次利用，所以在此只考虑30%的折旧费，那么设备节省费用128×0.3=38.4万元。

T3-1段节省费用共计38.4+7.2=45.6万元。

5 结语

运用变径钢模台车进行不同成洞洞径的隧洞边顶拱施工，在本工程T3-1段已经得到实际运用，并取得了较好的经济效益，同时也得到了本工程业主、设计以及监理单位的一致好评。工程施工期间，技术管理人员根据现场施工情况，对变径台车结构逐步进行了优化，其他段的边顶拱施工中，将会大大节省工期和降低工程成本，对类似隧洞边顶拱混凝土衬砌施工有重要的参考价值。

参考文献

[1] 覃仁辉，王成.隧道工程[M].3版.重庆：重庆大学出版社，2011.

[2] 李小青.隧道工程技术[M].北京：中国建筑工業出版社，2011.endprint