智能化衬砌台车在二衬浇筑中的应用

胡美东 HU Mei-dong

（中铁十四局三公司，济宁 272100）

1 工程概况

新建南宁至玉林铁路为双线高速铁路，线间距5m，设计速度350km/h。站前工程№2标位于广西省南宁市青秀区与横县境内，起止里程DK16+848.9～DK45+374.11，全长28.10km。区间路基4.3km/27段、桥梁18.9km/28座、隧道4.9km、预制梁场1处、涵洞8道，桥隧比85%。标段投资25.7亿元，调整后工期2019.12.10～2023.6.10。

巴兰隧道位于广西南宁市青秀区境内，低山丘陵区，地势起伏，地形较为开阔，植被茂盛，地面高程介于129～230m，相对高差一般小于50m。最大埋深98m，最小埋深13.5m。隧道全长1052m，其中暗洞长986m，明洞加洞门进出口总长66m。分进出口两头掘进，出口于2020年6月3日开始进洞。本论文以巴兰隧道二衬施工为例，论述智能台车在二衬施工中的应用。

2 智能化衬砌台车

2.1 台车具备的功能

①自动布料系统：智能化衬砌台车配置自动混凝土分配系统，无需人工换管，能降低劳动强度。

②压力浇筑混凝土功能：自动浇筑系统采用封闭混凝土管路，浇筑过程中保证混凝土浇筑一定压力。

③混凝土振捣器：边墙使用插人式振捣器、附着式振动器共同进行振捣，拱顶使用附着式振动器并增加拱顶插入式振捣器，分振捣拱顶混凝土。

④参数监测功能：衬砌台车宜具备混凝土浇筑开始结束时间记录、浇筑方量计量、浇筑压力和拱顶饱满度监测、入模温度测量等功能。

⑤信息集成传输功能：衬砌台车宜具备必要的数据采集、记录、存储和传输功能。

2.2 台车结构与设备配置

衬砌台车长度12m，刚度需经检算并符合要求，防止施工过程中发生变形。台车的主要结构应包括骨架结构钢模板混凝土布料系统、混凝土振捣系统、液压系统、信息化监测系统、电气控制系统、行走系统以及附属功能结构和装置等。

①混凝土布料系统应符合下列规定：

1）衬砌台车具备混凝土自动布料功能，实现封闭管路输送混凝土。

2）台车布料系统布置应方便操作，实现混凝土纵向对称、横向对称自动布料。

3）布料系统宜配置余料回收装置及清洗系统。

②混凝土振捣系统应符合下列规定：

1）振捣系统布置应合理，实现混凝土均匀、密实振捣功能，不漏振，并重点考虑施工缝附近和拱顶部位的振捣。

2）插入式振捣棒与附着式振捣器采用高频振捣器，振动器转速不小于10000r/min。

3）振捣工作窗布置应确保振捣范围满足施工要求。端头工作窗距离端头75cm。

4）振捣器布置间距1.5m，与其有效工作范围相匹配，附着式振捣器距端头75cm。（图1）

图1 气动附着振捣器

③设置液位继电器声光报警，报警装置设在台车边墙一侧，配置5个报警器，每组衬砌布设5个报警触点。信息化系统配置宜符合下列规定：

1）混凝土监测系统应布置合理，实时监测拱部浇筑压力。

2）监测记录混凝土浇筑温度、流量。

3）具备拱顶浇筑监测。

4）其备搭接预警监测。

5）计算并显示混凝土浇筑量。

6）具备远程监控功能。

④端头模板及卡具强度、刚度、稳定性应满足带压浇筑要求，并应符合下列规定：

1）衬砌台车应配置定型组合端模，并能根据衬砌厚度及隧道轮廓线调整。

2）设计有中埋式止水带时应配置止水带固定端模，止水带位置应保证衬砌内侧厚度不小于20cm。为保证环向中埋止水带安装质量，台车端头配置翻转式钢端模或可调式塑胶端模。

3）端头模板拱顶最高处应设置透视观察窗。

4）端头模板及卡具应操作方便，不得损伤防（排）水板。

5）端头模板应安装牢固，不漏浆。

⑤端模设软搭接，板缝倒角。固定橡胶板的螺钉应嵌入橡胶板内，防止螺钉高于橡胶板面对搭接混凝土产生应力集中。软搭接橡胶板与台车纵向密贴，防止产生错台。板缝设置Ⅴ型倒角，提高施工缝质量。

⑥衬砌台车可设置模板顶推限位装置，避免已衬砌段混凝土受到损伤。

⑦衬砌台车设置防止台车移位装置。

⑧液压系统升降油缸采用遥控系统。

图2 智能化衬砌台车

2.3 台车浇筑口及作业窗布置

衬砌台车应考虑混凝土的浇筑、振捣、检查等作业需要，在适当位置设置浇注口和作业窗（检查窗），并应符合下列规定：

①分仓分层浇筑，配置标准分料系统。边墙窗口单层8个，层距1.5m，第一层窗口距离矮边墙顶面1.5m。分料系统采用溜槽或导管，采用溜槽应坡度适当以防止槽内堵料，便于混凝土流动。边墙单侧第一层、第二层的窗口各4个入料溜槽或入料导管。

②窗口净空72cm×78cm，并具有良好的锁紧封闭措施。

③拱顶浇筑口设置4个，拱部临近已衬砌端浇筑口距离台车端部0.75m，导管切换以方便作业人员操作为宜。

④混凝土浇筑口应均匀布置，边墙浇筑口距拱顶距离2m。

⑤二衬采用带模注浆，配置带模注浆专用设备。

图3 智能化衬砌台车

2.4 智能化衬砌台车验收

衬砌台车拼装完成后按规范要求进行验收。

3 二衬混凝土施工

在二衬钢筋绑扎完成并验收通过后，将通过验收的衬砌台车移动就位，并于上一般二衬混凝土密贴，搭接长度控制在10cm（首板二衬设置两端当头模），复测调整台车，使其中线与隧道中线重合,高程与设计相符，然后用液压杆件将台车模板调整到比衬砌轮廓线大5cm。安装挡头模板到位并加固好中埋止水带与背贴式止水带，防止混凝土浇筑过程中止水带发生移位变形。

3.1 二衬砼浇筑

①二衬混凝土应分层分仓对称、边浇筑边振捣，防止钢模台车偏移。泵送混凝土应具有良好的和易性，拱部混凝土坍落度宜按180mm至220mm控制。

②充分利用台车附着式振动器和拱顶插入式振捣器，确保混凝土振捣密实，加强对拱顶衬砌混凝土振捣，避免形成拱顶混凝土脱空和不密实等质量问题，振捣频次视浇筑情况而定，振捣时间控制在50s左右。

③1）泵送混凝土到智能化衬砌台车的自动布料系统，通过自动布料系统从低部窗口逐层浇筑混凝土。2）浇筑拱顶混凝土至少使用3个浇筑孔；3）衬砌混凝土浇筑时间控制在9小时以内。浇筑拱顶混凝土（冲顶施工）时间控制在2小时以内；4）采用混凝土流量计确定浇筑混凝土数量，集合测量断面判断剩余混凝土数量，预估冲顶混凝土量，提前向拌合站要料；5）观察拱顶透明端头模板及溢浆孔，当观察到拱顶混凝土已浇满，液压继电器灯管亮起且溢浆孔流出浓浆，说明浇筑完成，停止浇筑。

④通过浇筑窗口布置，混凝土自由落差可控制在1.5m以内，台车前后砼高差控制在60cm以内，左右砼面高差不大于50cm，严禁单侧一次浇筑高度超过1m以上。每层浇注高度≤50cm，上升高度不超过1m/h。

⑤将排气管通过堵头板一端伸入仓内，当发现有混凝土表层的稀浆自排气管中流出时，说明仓内已完全充满了混凝土，立即停止浇筑，撤出排气管和泵送软管，并将挡板的圆孔堵死。

⑥当液位继电器灯全部亮起时说明混凝土已浇筑完成。

3.2 冲顶混凝土施工

①拱顶处衬砌混凝土应沿衬砌施工方向浇筑，并在拱顶挡头板处设观察孔。

②拱顶冲顶浇筑口不得少于3个。

③拱顶部混凝土坍落度为180mm-220mm。

④冲顶施工时视情况降低泵送混凝土的速度、调整泵送压力，通过拱顶透明端头模板实时观察混凝土浇筑情况。

⑤拱部混凝土浇筑至台车略低于台车拱顶标高时，从下坡端拱顶灌注口向上坡端一次压入，然后打开拱顶附着式振动器振捣5s左右，再压入。

⑥混凝土终孔封顶应在已衬砌端浇筑孔进行，终孔封顶入模混凝土压力应达到0.03MPa-0.05MPa，并持续稳压3min-5min。

⑦当液位继电器灯全部亮起且混凝土浆液从溢浆孔流出且变浓稠，说明衬砌混凝土已浇筑完成。

⑧当有泡沫状浮浆从挡头板溢出时，需将浮浆引出并清理干净。

3.3 带模注浆施工

①带模注浆作业需在冲顶施工完成后2h～4h之内完成。采用微膨胀注浆料进行注浆，按配合比拌制浆液，搅拌均匀，需在2h之内用完，超过2h不得使用，注浆过程中浆液需持续搅拌，注浆前搅拌时间不小于3分钟。

图4 液位继电器使用

②拱顶注浆孔共4个，注浆机出浆口设置一台压力表，管路末端设置一台压力表。

③注浆由标高最低端注浆管开始依次压注至标高最高端注浆孔，当其他注浆孔出现溢浆时关闭阀门，待注浆口处压力达0.2MPa时并持压5min后无压力下降及停止该孔注浆，将注浆管移至下一孔。

④注浆时关注施工缝等部位是否有浆液漏出，发现漏浆停止注浆，查找漏浆部位，进行封堵合格后再继续注浆。

⑤当拱顶排气板渗出浓浆或注浆压力到0.2MPa时，注浆结束。

4 脱模养护

衬砌混凝土养护采用喷淋养护，当混凝土强度不小于设计的75%时，拆除模板，衬砌混凝土采用养护台车进行养护，养护时间不少于14天。

5 结束语

铁路隧道衬砌施工成套技术将成为目前及以后隧道施工的发展趋势，采用智能化衬砌台车分仓浇筑可避免一孔灌到底的传统工艺，能提高砼浇筑质量，防止因砼浇筑落差过大而造成混凝土骨料分离；使用插入式振捣器和附着式振捣器能有效的提高混凝土浇筑的密实度，防止衬砌混凝土出现不密实的质量问题；通过冲顶混凝土控制与带模注浆工艺可以有效的避免二衬拱顶脱空现象。本文以隧道二衬浇筑施工为例，对衬砌台车的应用进行了总结归纳，对今后隧道施工的衬砌台车应用具有指导与借鉴意义。