巨跨地下洞库顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车施工技术

余备军，刘永刚，张志和

(中铁隧道集团一处有限公司，重庆 401121)

0 引言

近年来，在完善交通体系建设、促进区域协调发展、强化国防现代化建设等国家重大战略指导下，超大型交通隧道、地下储备洞库、地下国防建设等工程越来越多。衬砌施工是隧道、洞库等建设的关键环节，对工程成品质量起到了决定性作用。目前，大型地下工程二次衬砌施工装备以衬砌台车为主，非标准断面多以满堂架为主，部分工程采用了两者组合的结构形式。在施工跨度方面，地下结构断面尺寸越来越大，衬砌台车跨度已达32.7 m，满堂架可达40 m。在施工效果方面，衬砌台车结构复杂、笨重、费用高，但移动方便，所需人工少；满堂架以人工操作为主，移动困难、效率低、安全风险大。

目前，关于大跨度隧道(洞库)衬砌施工技术的研究已取得了一些进展。刘永胜等[1]对巨跨超扁平洞库的稳定机制、关键地质参数及其评价体系、定量化设计方法、施工工艺工法以及监控技术进行了研究。林春刚等[2]融合全液压钢模衬砌台车与模块化高性能贝雷架的技术优点，研制了巨跨地下洞库被覆施工一体化装备。卞少帅等[3]对国内外大跨度地下工程的设计和施工方法进行了研究，总结了现有工程建设方法、经验和存在的问题，探讨了大跨度地下工程未来的发展趋势。陈建勋等[4]对现有国内外超大跨公路隧道工程建设情况进行了介绍，对隧道围岩变形规律与支护结构力学特性、支护结构设计参数、施工方法等进行了研究。朱苦竹等[5]研究了浅埋软弱围岩大跨度隧道的开挖工法。洪开荣[6]对大跨度地下水封能源洞库修建技术进行了研究，总结了修建地下水封洞库工程的关键技术。彭振华等[7]以某海岛地下水封油库为依托，对海岛环境下建造地下水封洞库的围岩稳定性和水封可靠性进行了研究。徐干成等[8]对大跨度扁平地下洞室开挖方案进行了研究，提出将进深方向的大跨度洞室变成小跨度洞室的纵向跳格、横向分布的开挖方案。王浩等[9]对超大断面隧道衬砌台车各系统的应力和位移进行了研究。袁伟泽等[10]为研究预应力锚索对大跨地下工程开挖稳定的影响，采用数值模拟的方法对锚索预应力值和间距2个因素进行了分析研究。刘思远等[11]结合工程实例，建议浇筑二次衬砌混凝土时应注意对称浇筑，保持台车受力对称。刘军[12]对整体移动式脚手架在超大断面隧道中的应用进行了研究。张进军[13]经过研究分析，提出了采用组合钢模板全液压脱立模、电动减速机自动行走的衬砌台车。于宝军[14]对山区软岩大跨大断面四线铁路车站隧道二次衬砌施工技术进行了研究。李梁等[15]研究了结合钢管、型钢支架、轮子、木模板等设计的移动式被覆模架，其易于操作且成本低。

综上所述，超大跨度隧道(洞库)的研究主要集中在施工工法、开挖方案比选、支护参数优化及稳定性分析等方面。而关于50 m级以上的级超大跨度洞库二次衬砌施工技术及装备的研究少有涉及。目前，跨度50 m以下隧道(洞库)的二次衬砌施工以脚手架体系为主。其中，跨度40 m以下隧道(洞库)的衬砌设备普遍采用台架、脚手架联合支撑钢模板或衬砌模板台车；跨度40～50 m隧道(洞库)被覆施工设备采用碗扣式脚手架支撑体系和整体自行式贝雷架支撑台架。目前，已有研究尚不能解决巨跨扁平地下洞库衬砌施工中面临的被覆结构工程体积大、面积大、自重大、钢筋密集等技术难题。因此，本文对巨跨地下洞库顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车装备进行系统分析，在施工难点、施工要求、施工技术及装备方案等方面进行系统探讨。

1 技术背景

1.1 工程概况

某在建工程为巨大跨度、极小矢跨比的地下洞库，被覆结构采用复合式衬砌、钢筋混凝土结构，现浇混凝土一次浇筑成型。被覆结构跨度为目前已有工程最大跨度的2～3倍，混凝土厚度为常规隧道的4～5倍，被覆结构设计厚度为1.8～3.0 m，单循环混凝土浇筑量近2 000 m3，浇筑面积大于500 m2，自重数千t。被覆结构采用分段浇筑一次成型，每次浇筑平均长度为10.3 m，单次浇筑完成后，被覆模板体系需向前移动10.3 m，然后进行下一组被覆结构浇筑。

1.2 施工难点及要求

1.2.1 施工难点

1)地下洞库被覆结构跨度、高度、厚度均远超现有地下工程案例，单次混凝土浇筑的衬砌模板及其支架体系承受载荷高达千t，横向宽度大于50 m，纵向长度(10.3 m)相对横向宽度较小，纵向刚度较弱，在上述载荷作用下，极易发生扭曲变形及失稳。因此，支撑结构应具有足够的刚度和稳定性。

2)拱顶中部范围内近水平的位置，由于衬砌钢筋设置较为密集(主筋最小净距仅约120 mm)，混凝土浇筑期间送料、振捣难度极大，极不利于混凝土填充。

1.2.2 施工要求

1)衬砌台车应根据浇筑速度、混凝土工作性能、左右分层浇筑高度差等参数综合设计，并具有经审查批准的结构计算书，其强度、刚度及稳定性应符合相关标准规定。

2)衬砌台车的骨架结构应优化设计，具备足够的强度与刚度。设计强度要求：主要结构计算时荷载分项系数不小于1.5，采用容许应力法计算时，安全系数不小于2.0。设计刚度要求：1.5倍额定荷载条件下，全断面总体变形量不大于10 mm。

3)衬砌台车门架内净空要保证洞内车辆和人员的安全通行，满足洞内凿岩台车、装渣机等施工设备及风水管路的通行和穿越。

4)端头模板及卡具应操作方便、安装牢固，不漏浆、不损伤防水板，端头模板应具有足够抵抗变形、保压和抗压的能力，保压压力值不小于0.15 MPa。

5)衬砌台车应具备便捷的混凝土分配机构，以降低人工换管的劳动强度，减少作业时间。

6)衬砌台车应考虑混凝土浇筑、振捣、检查等作业的需要，在适当位置设置浇筑口和作业窗(检查窗)；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不得大于75 cm。

2 顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车总体设计

2.1 设计原理

巨跨地下洞库衬砌施工装备融合全液压衬砌台车与盘扣式支架体系施工技术优点，采用盘扣式支架体系+钢模板技术方案，辅以液压、电气控制系统，形成集自主行走、混凝土浇筑、振捣等功能于一体的顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车。

顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车主体结构包括台车模板系统、盘扣式门架系统、台车底盘系统，是被覆结构的承力体系。门架立柱顶端安装螺旋千斤顶，通过纵向通梁顶升或下降台车模板体系；台车底盘为型钢焊接而成的桁架结构，其后端间隔设置水平顶推油缸，驱动台车步进行走；模板上设置作业窗口，便于混凝土浇筑和振捣；支架体系上部设置混凝土布料系统和作业平台。

2.2 台车主要结构组成及参数

2.2.1 台车主要结构

顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车采用盘扣式支架搭建，可整体式移动，便于快速组装，且能够循环使用。台车主要由模板系统、门架系统、底盘系统、混凝土浇筑系统和振捣系统共5部分构成。顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车结构见图1。

(a)台车横断面图

2.2.2 台车技术参数

顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车总长度为10.5 m，循环浇筑长度为10.3 m，盘扣支架质量约为170 t，其他型钢、钢材质量约为140 t，总质量约为310 t。台车主要技术参数见表1。

表1 台车主要技术参数

2.3 台车模板系统

2.3.1 主要结构组成

顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车模板系统主要由模板面板、次龙骨、主龙骨、顶部纵梁和顶升螺旋千斤顶5部分构成，如图2所示。

图2 台车模板系统结构图

模板面板采用10 mm厚钢板，面板与次龙骨焊接，以防止面板移位、滑动。面板预留浇筑窗口，窗口尺寸为50 cm×50 cm。模板系统分层预留多个工作窗，单排沿洞库轴线方向布置5个窗口，梅花形布置，每排进料口垂直高差为2 m，用于混凝土浇筑、振捣、观察等；拱顶位置预留混凝土浇筑孔。应保证拼装好的台车模板平整度小于3 mm，相邻2块面板错台量小于1 mm。模板系统工作窗布置见图3。

图3 模板系统工作窗布置图

由于洞库被覆设计厚度较大、混凝土载荷较大，采用整体式钢模板作为台车面板结构，模板面板纵向通过次龙骨连接，环向通过主龙骨连接，面板连接处缝隙满焊后打磨平整。为提高模板的整体力学性能，便于脱模、立模等，采用盘扣式支架支撑整个模板系统。两侧直墙模板与中部弧形模板采用铰接连接，通过液压油缸实现展开与收缩，并应用螺旋丝杠锁紧。直墙模板与弧形模板铰接示意见图4。

图4 直墙模板与弧形模板铰接示意图

2.3.2 模板升降系统

模板升降系统主要功能为台车顶升定位和下降脱模，由螺旋千斤顶和顶托机构支撑驱动模板升降。螺旋千斤顶布置在台车方钢管立柱顶端，左右对称布置14列，单列在前、中、后部位布置3个，共计42个，其用于支撑模板系统主龙骨，为模板升降过程中的主要承载机构；顶托机构布置在盘扣式支架顶部，支撑模板系统主龙骨，为模板升降系统微调机构。螺旋千斤顶和顶托机构均采用螺旋驱动，结合模板定位测量可实现模板精准定位。

2.4 台车门架系统

2.4.1 主要结构组成

台车门架系统主要由门架立柱、盘扣式支架体系和行车通道3部分组成。其中，盘扣式支架体系主要由立杆、横杆、斜杆、扣接头和连接盘5个部分连接组成。

2.4.2 门架立柱

台车门架立柱为竖向主要骨架，布置于底盘横向通梁与纵向方钢管交接处，立柱采用200 mm×200 mm方钢管，左右各7×3根，共计42根，对称布置，中部设置过车门洞。台车门架立柱横断面如图5所示。

图5 台车门架立柱横断面示意图

2.4.3 行车通道

为了避免被覆结构施工对洞内掌子面、仰拱开挖、支护的交通影响，在台车中部预留行车通道，尺寸为4.8 m×4.9 m(宽×高)。行车通道上部设置横梁，横梁采用200 mm×200 mm方钢管，与行车通道外的盘扣架顶托进行焊接。方钢管上部安装纵向18#工字钢，用以支撑横梁上部盘扣式支架体系。

2.4.4 盘扣式支架体系

盘扣支架立杆置于底盘槽钢上，两端区域立杆间距为0.9 m×1.2 m×2.0 m(横向间距×纵向间距×横杆步距)；中部区域立杆间距为1.2 m×1.2 m×2.0 m(横向间距×纵向间距×横杆步距)。盘扣式支架体系示意见图6。

图6 盘扣式支架体系示意图

盘扣式支架顶部自由高度若大于40 cm，则在40 cm处加设1层水平横杆，保证支架体系立杆的稳定性。为保证顶托机构与台车模板接触面受力均匀，在台车模板主龙骨与顶托机构接触面间加设斜三角楔子。主龙骨支撑于纵向通梁上，采用18#工字钢沿洞库轮廓进行加工，纵向间距为1.2 m；次龙骨支撑于主龙骨上，采用10#槽钢，采用焊接方式与主龙骨连接，次龙骨环向间距0.2 m。斜三角楔子与主龙骨、次龙骨、面板结构示意见图7。

图7 斜三角楔子与主龙骨、次龙骨、面板结构示意图

2.5 台车底盘系统

2.5.1 主要结构组成

台车底盘系统主要由纵向、横向方钢管，18#纵向槽钢以及液压泵站装置组成。

底盘系统主架采用200 mm×200 mm方钢管，方钢管纵向间距约为5.3 m，共布置3排；方钢管横向间距约为5 m，共布置14列。纵向与横向方钢管之间布置18#槽钢，槽口朝上，横向依次排列，两端区域槽钢横向间距为0.9 m，中部区域槽钢横向间距为1.2 m。纵向方钢管、横向方钢管及槽钢布置在同一平面，连接处采用焊接形式。台车底盘布置示意见图8。

图8 台车底盘布置示意图(局部)

2.5.2 顶推滑行机构

台车底盘系统后端间隔设置14条水平顶推油缸，行程1 000 mm，每个水平顶推油缸后端抵在横向延伸的油缸支撑上。将油缸支撑放置于地面，其后方采用螺纹钢作为反力支撑。螺纹钢插入洞库底板混凝土中，深度为20～25 cm，螺纹钢与底板预留孔间隙不大于5 mm。每个水平顶推油缸配备螺纹钢数量至少为2根，总数量不少于28根，以确保油缸支撑受力平衡，支撑时不会发生摆动。台车行走过程中，需配备至少10根行程为1 000 mm的油缸支撑，用于增加水平顶推油缸的有效顶推距离，以完成台车10.5 m步进行走。行走系统示意见图9。

图9 行走系统示意图

2.6 混凝土浇筑系统

地下洞库被覆混凝土浇筑应按照左右对称、由下向上、分层浇筑的工艺要求连续浇筑，一次成型。为提高混凝土浇筑质量、避免出现冷缝，采用封闭式管路浇筑混凝土。管路预先布置在浇筑窗口内，通过逐次变换与混凝土泵车连接的管路，满足混凝土浇筑工艺要求。由于混凝土浇筑量巨大，为提高工效，两侧可分别设置1套独立的浇筑管路同时浇筑混凝土，并严格控制浇筑速度和两侧混凝土的高度差。混凝土浇筑管路布置如图10所示。

图10 混凝土浇筑管路布置图

混凝土浇筑系统采用自动旋转对接机构实现混凝土管路快速变换，其结构主要包括主管路、旋转机构、伸缩机构和分支管路。主管路前端接通泵车，后端接通旋转机构；分支管路以旋转机构圆心为中心，环形布置，其前端对接伸缩机构，后端放置于各个工作窗内或接通拱部灌注管。旋转机构与伸缩机构配套使用，是管路快速变换的核心部件。旋转机构在液压马达驱动下，可回转运动；伸缩机构采用液压油缸驱动，可伸缩滑动，接口处使用管箍人工锁紧。浇筑混凝土时，可根据工艺要求，驱动旋转机构，使伸缩机构逐个与分支管路对接，随后在泵送压力下将混凝土注入模板舱内。自动旋转对接原理见图11。

图11 自动旋转对接原理示意图

巨跨地下洞库二次衬砌混凝土浇筑时，拱顶中部约30 m宽度范围的衬砌钢筋设置较为密集(主筋最小净距仅约120 mm)，导致混凝土浇筑期间送料、振捣难度极大，极不利于混凝土填充。为解决巨跨地下洞库拱顶近水平段混凝土浇筑困难、易出现裂缝的难题，拱部采用矩阵布置多条灌注管，按照逐层浇筑的方法填充拱部混凝土。在拱顶近水平段内，灌注管横向间隔5±0.5 m，纵向间隔3±0.5 m，采用钢管竖直焊接固定在衬砌主钢筋上，灌注管下部按照分层浇筑要求与分支管路连接，连接方式见图10。灌注管距拱顶20±2 cm，左右边缘灌注管与中线灌注管高差为30～70 cm。

拱部灌注后，灌注管埋设在混凝土内，不再取出，可减少对衬砌混凝土的破坏，同时可提高衬砌混凝土结构强度。拱顶灌注管布置见图12。

(a)平面布置图

2.7 混凝土振捣系统

被覆钢筋较为密集，为提高混凝土的密实度，边墙混凝土采用插入式振捣器捣固。插入式振捣器振捣应遵循快插慢拔的原则，以减少带入空气而形成气泡，影响混凝土密实度。由于拱部混凝土设计厚度较大，现有的附着式振捣器有效振捣深度难以满足振捣施工需求，因而拱部混凝土采用免振捣的自密实混凝土，取消了拱部的配套振捣设备。

2.8 顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车受力分析

2.8.1 计算荷载

在洞库衬砌浇筑过程中将涉及到以下荷载。

1)钢筋混凝土自重a，取26 kN/m3。

2)支撑结构荷载模板(定型钢模板)自重b1，取0.8 kN/m2；模板及次龙骨自重b2，取1.1 kN/m2；模板及主龙骨自重b3，取1.3 kN/m2。

3)施工人员、机具荷载c，取2.5 kN/m2。

4)混凝土倾倒及振捣荷载d，取2 kN/m2。

5)支架自重e，取0.6 kN/m2。

计算模板支架及脚手架构件承载力(抗弯、抗剪、稳定性)时的荷载设计值，应取其标准值乘以荷载的分项系数。其中，永久荷载的分项系数取1.2，可变荷载的分项系数取1.4。

2.8.2 材料物理特性

台车模板系统所用材料物理特性如表2所示。

表2 台车模板系统所用材料物理特性

2.8.3 模板计算

钢模板按10 mm厚考虑，取1 m宽、2 m厚的混凝土作为计算单元，计算单元长度l=1 m，则混凝土最大自重荷载

a=26 kN/m3×2 m=52 kN/m2。

荷载组合标准值

q1=(a+b1)×l=52.8 kN/m。

设计值

q2=[1.2×(a+b1)+1.4×(c+d)]×l=69.7 kN/m。

模板按3跨连续梁计算，支撑跨径L=250 mm。

1)强度验算：

Mmax=0.1×q2×L2=0.44 kN·m；

σ=Mmax/W=26.4 MPa

满足要求。

2)挠度验算：计算跨径即次龙骨净距Lc按200 mm计算，则最大挠度值为

满足要求。

2.8.4 次龙骨计算

按最不利情形考虑，对次龙骨进行计算。混凝土厚度取2.0 m，最大支撑跨径按1.2 m计算，次龙骨间距按0.2 m计算。则混凝土最大自重荷载

a=26 kN/m3×2 m=52 kN/m2。

荷载组合标准值

q1=(a+b2)×0.2 m=10.62 kN/m。

设计值

q2=[1.2×(a+b2)+1.4×(c+d)]×0.2 m=14 kN/m。

按3跨连续梁计算，支撑跨径L=1 200 mm。

1)强度验算：

Mmax=0.1×q2×L2=2.0 kN·m；

σ=Mmax/W=50.4 MPa

满足要求。

2)剪力验算：

Vmax=0.6×q2×L=10.1 kN；

τ=Vmax/A=7.9 MPa

满足要求。

3)挠度验算：次龙骨净跨度Lc为1 106 mm,最大容许挠度值=1 106 mm/250=4.4 mm，则最大挠度值

满足要求。

2.8.5 主龙骨计算

为保证安全，跨径0.9 m内混凝土厚度均按2 m计算，主龙骨间距为1.2 m，则混凝土最大自重荷载

a=26 kN/m3×2 m=52 kN/m2。

荷载组合标准值

q1=(a+b3)×1.2 m=64 kN/m。

设计值

q2=[1.2×(a+b3)+1.4×(c+d)]×1.2 m=84.3 kN/m。

按3跨连续梁计算，支撑跨径L=900 mm。

1)强度验算：

Mmax=0.1×q2×L2=6.8 kN·m；

σ=Mmax/W=37 MPa

满足要求。

2)剪力验算：

Vmax=0.6×q2×L=45.5 kN。

工字钢剪力主要分布在腹板上，可假设剪力由整个腹板承受，则

τ=Vmax/A=14.8 MPa

满足要求。

3)挠度验算：

wmax=0.677q2L4/(100EI)=0.11 mm

满足要求。

3 衬砌台车施工关键技术

3.1 施工工艺流程

顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车用于巨跨洞库被覆混凝土衬砌施工，其施工工艺流程控制要点主要包括台车定位、被覆混凝土浇筑、混凝土养护和台车行走。施工工艺流程如图13所示。

图13 施工工艺流程图

3.2 台车定位技术

1)台车定位前，对所有盘扣支架进行检查，检查内容为盘扣支架的垂直度、水平杆扣接头与连接盘的插销松动掉落等情况。

2)台车行走定位依靠液压油缸顶推滑行机构。

3)台车行走到位后，操作立柱顶端的螺旋千斤顶，共同将模板系统顶升至设计高度，再微调竖向盘扣支架顶端的顶托机构，支撑模板体系的主龙骨，达到定位状态。

3.3 被覆混凝土浇筑技术

1)混凝土浇筑顺序。巨跨地下洞库被覆混凝土浇筑采取先边墙、后拱部的顺序进行组织施工，循环浇筑长度为10.3 m，按“对称、平衡、同步”的原则进行混凝土浇筑，确保支架均匀受力。为保证振捣密实、气泡有效排除，采用分层方式进行混凝土浇筑。

2)混凝土浇筑工艺。混凝土浇筑采用2台泵车左右对称浇筑，每台泵车配备3台混凝土运输罐车，以保证混凝土泵送的连续性。浇筑时，安排专人检查左右两侧窗口混凝土浇筑高度，高度应基本保持一致，并控制高差在30 cm内。

3.4 混凝土养护技术

巨跨地下洞库每循环浇筑混凝土具有体积大、矢跨比小、等强时间长、带模养护久等特点。因此，以“跟踪追养、蓄热保温、调节温差、控制裂纹”为原则对混凝土进行养护。安装钢筋时预埋冷却降温管路，根据温度监测系统测得养护温度，并实时调整养护用水温度，降低水泥水化热对大体积混凝土浇筑带来的干缩等影响，提高混凝土养护质量。

混凝土拆模后，采用隧道拱顶自动喷淋养护装置(见图14)对混凝土进行喷淋保湿养护，并按照规范要求进行养护，混凝土芯部与表面、表面与环境温差不大于20 ℃，养护用水与混凝土表面温差不大于15 ℃，养护时间不少于14 d。

1—台车模板；2—隧道拱顶；3—喷淋养护管；4—吊环；5—角钢限位卡；6—电磁阀感应器；7—加强环；8—水管接头；9—衬砌台车；10—液压站；11—液压油缸。

3.5 台车脱模技术

被覆混凝土施工时，留取同条件养护试件，结合养护时间要求，当混凝土强度达到设计强度的70%以上时方可脱模。

脱模时，自两侧向中间逐步调节托座离开主龙骨，预留方钢管立柱支撑模板体系。根据被覆结构及支架变形监测等指标，确定是否缩回千斤顶活塞杆，然后通过千斤顶使模板体系整体下降离开混凝土表面，完成台车脱模。

脱模过程中，螺旋千斤顶及托座缩回调节需结合变形监测数据进行，当支撑体系出现明显变形、持续变形、变形速率增大的情况时，应立即停止脱模，并通过反向调节螺旋千斤顶及托座进行架体加固，待变形监测数据稳定后再进行脱模操作。

3.6 台车行走技术

台车底盘的后方设置14个水平顶推油缸。台车行走前，根据水平顶推油缸安装位置，在洞库底板混凝土与油缸对应位置钻孔，并植入2根φ22 mm螺纹钢作为反力架支撑。台车行走时，每个水平顶推油缸后端支撑反力架，前端支撑于台车底盘结构，依靠液压系统的同步性，确保油缸均匀受力，推动整个台车沿洞库轴线向前滑动行走。行走1个油缸行程后，活塞杆缩回，在油缸后端与反力架间增加行程垫块，依次重复，行走至所需衬砌位置后即完成台车行走。

4 现场应用及效果

将顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车应用于某巨跨超扁平地下洞室被覆施工中，在120 d内完成了被覆施工任务。

4.1 脱模时间

巨跨地下洞库被覆脱模时间主要结合规范要求、同条件养护试块和端头混凝土强度变化规律综合确定。

1)因巨跨洞室混凝土浇筑体量大、持续时间长，施工时需按照不同部位分别进行试块留样。同条件养护试块强度记录见表3。

表3 同条件养护试块强度记录表

2)被覆端头可视为不承重侧墙，根据规范要求,当混凝土强度≥2.5 MPa时方可拆除模板(一般在被覆浇筑完成12 h左右)。被覆端头模板拆除后，由试验人员测回弹强度，具体数值见表4。

表4 被覆端头混凝土回弹强度记录表

综上分析,确定模板支撑体系脱模时间为浇筑后7 d，混凝土强度达到设计强度的90%，满足规范要求。

4.2 被覆施工效果

4.2.1 表观质量评价

1)混凝土与模板充填饱满，表面无松软发泡层，表面密实、平整，无露石、漏筋、蜂窝等质量缺陷；2)表面无体积大于50 cm3以上的气泡，且体积大于6 cm3的气泡不大于2%，满足设计要求；3)表面无可见裂纹、明显水纹及泌水现象；4)侧面无空洞、麻面，混凝土表面凹进小于5 mm，满足设计要求。

4.2.2 实体质量评价

实体质量检测主要采用取芯法及地质雷达法2种方法。取芯后切开断面显示：骨料分布均匀，无骨料堆积、浆骨分离、上下贯通气孔、蜂窝等现象。拱墙衬砌取芯照片见图15。

(a) (b)

地质雷达法现场测线布置按照正拱顶1条、拱顶偏左右各1条、两侧拱腰各1条，单条测线长度为9 m。检测参数：时窗范围为100～150 ns，每次扫描采样512个，扫描速率为120次/s。现场检测时，雷达天线紧贴于被覆表面，并沿测线匀速(1～3 km/h)连续滑动，连续进行检测。检测结果显示：被覆拱顶、拱顶左、拱顶右、左拱腰、右拱腰位置5段测线(共计45 m测线)范围内未见明显空洞异常。

被覆厚度通过地质雷达法现场测试获得，结果见表5。

表5 被覆厚度检测结果统计表

通过地质雷达法现场测试数据可知，衬砌无空洞、裂缝、不密实、渗漏水、止水带偏位、施工缝压溃、开裂掉块等质量缺陷问题，被覆混凝土实体厚度、密实度、钢筋数量、保护层厚度均符合设计要求。

4.3 台车施工效果

1)本装备与传统脚手架施工工艺相比，实现了“只搭设一次，只拆卸一次”的目标，减少了脚手架搭设、拆卸工序，有效缩短了工期，提高了施工质量，具有工序合理、可控性高、操作简便的特点。根据台车门架系统监测数据可知，浇筑混凝土后，台车门架系统未产生影响结构安全的弹性变形，使用效果良好。

2)本装备与传统液压衬砌台车施工工艺相比，盘扣式支架搭建较为便捷，技术较为成熟，适应性强，所需设备配置较为常见，可通过租赁方式降低设备投入成本；同时，单件质量轻，运输、安装及拆卸方便，有利于现场组织施工；在洞库、洞室等狭小空间内用小型起吊设备即可轻松起吊并进行搭设及拆除，无需投入大型起吊设备。

4.4 经济效益分析

采用传统方案研制的钢模衬砌台车质量约1 200 t，购置费用约1 330万元/台，施工完成后废旧钢材按1 990元/t处置，残值为238.8万元，每台台车需要投入的成本为1 091.2万元(不含安装的人工费、机械费)，远远超出项目预算。

采用本文提出的衬砌台车方案，盘扣支架租赁费8万元/月，按租赁4个月计算，其他钢材购置费60万元～70万元，材料成本合计约100万元/台。其他钢材可重复利用，材料成本只需计算租赁盘扣支架的费用，不超过30万元。顶推滑行式盘扣支架衬砌台车只需钢材310 t左右，投入材料少，并且大部分由盘扣支架组成，可循环使用，有效减少了资源投入，避免了资源浪费，经济、社会效益显著。

5 结论与讨论

巨跨地下洞库被覆施工装备技术是隧道及地下工程领域面临的一项技术难题，被覆混凝土施工装备体型巨大，拼装、移动、拆解、立模、脱模等均面临巨大挑战。本工程项目在保证施工安全的前提下，采用合适的施工装备，合理配置施工资源，各工序协同推进，保证了衬砌施工质量，提高了施工效率，节约了项目成本。

1)顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车行走、定位、浇筑、脱模等工序操作简单，加工制造、现场组装速度快，使用全过程安全可靠，施工效率高，工人劳动强度得以降低，满足巨跨地下洞库被覆施工需求，技术可靠、性能高。

2)巨跨地下洞库被覆混凝土施工，采用盘扣式支架与门架立柱共同组成台车门架系统，作为被覆混凝土浇筑过程中的主要承载体系，台车门架系统强度高、承载能力强，各结构部件未产生较大弹性变形。

3)台车底盘系统依靠14个油缸水平顶推行走，可以保证整体推移过程中结构稳固不变形，对于控制盘扣式支架体系变形起到重要作用。通过控制14个水平顶推油缸伸缩行程量，可以准确控制台车行走偏移量，确保台车定位精度及行走可靠。

4)门架立柱顶端布置的螺旋千斤顶和盘扣式支架上设置的可调顶托共同作用，保证了受力体系的可靠性。通过控制螺旋千斤顶及可调顶托的顶升量，消除了模板的局部变形，缩小了模板与上一循环搭接的缝隙，控制了2组衬砌接缝处错台，是被覆衬砌质量提升的关键。

巨跨地下洞库被覆混凝土衬砌施工具有重大技术挑战性，被覆跨度50 m以上洞库的衬砌施工工艺、施工装备等方面技术应用案例较少，因此，浇筑控制措施及施工工艺、拆模时间及养护方式需进一步明确，建议后续做进一步研究；同时，需要进一步深化研究液压、电气等自动化施工装备与控制技术、施工装备的电液一体化及信息化技术，以提高衬砌装备智能施工技术水平。