高铁隧道中心水沟模板台车设计及应用

0 引言

随着我国现代化建设的迅速发展，中国高速铁路工程将步入一个新的台阶，作为中国面向世界的一张名片，必须坚持做好标准化、机械化、信息化全面发展，不断创新，不断优化才能将中国高速铁路施工技术引向世界各个角落。郑万高铁作为国内首条全面推广机械化配套的铁路线，不管是机械配备、还是人员构成均将中国山岭隧道施工引入一个新的高度。随着整个施工线机械化配套的形成，加之建设单位对结构物实体质量要求不断提高，结合项目目前施工进展及无砟轨道施工计划节点，中心水沟的施工迫在眉睫，为实现快速施工，设计制造24m长度水沟模板台车，台车既能够保证中心水沟施工进度，还能保证施工质量安全，同时还可降低人员劳动强度，落实以人为本、安全第一、标准化作业、快速施工的工程管理理念。

1 工程概况

郑万高铁湖北段ZWZQ-8标位于湖北省境内，线路途经襄阳市保康县马桥镇、神农架林区新华镇、宜昌市兴山县古夫镇，标段起止里程为DK531+850～DK567+745，正线全长36.002km，主要工程为四隧三桥。隧道工程总长34.035km，占标段总长的94.5%；桥梁工程总长1.96km，占标段总长的5.5%。隧址区不良地质较多，有断层、岩堆、岩溶、滑坡、顺层偏压、危岩落石、节理裂隙等。隧区地下水发育，施工中出现突水涌泥灾害的风险较高。

高速铁路双线隧道排水包括结构排水和结构外排水，结构排水包括防水板，纵环向盲管，每间隔不大于4m预留进水孔将水引入侧沟；结构外排水以中心水沟为主，侧沟为辅，每间隔30～50m将中心水沟与侧沟连接一次。

2 台车设计

2.1 台车设计过程

郑万高速铁路隧道全长34.035km，占全线总长的94.5%，考虑到中心水沟施工进度，项目部组织人员对中心水沟施工进行调研，主要调研相邻标段或本单位已施工中心水沟先进技术，其次调研模板厂家关于水沟模板的制造工艺，比选、确定最先进、最经济的模板台车，通过调研、比对发现大多模板厂家制造的模板台车重量大、费用高，其他施工单位或我单位已施工的中心水沟模板大都为简易模板，工装不先进、机械化程度低，结合调研结果，以及隧道断面图和施工要求，我项目最终决定自行设计、加工制造中心水沟模板台车。

为确保模板的加工质量，项目部成立了技术攻关小组，负责图纸设计，制定试验及改进方案，完成试验总结，加工过程中监督、指导；由项目部专业钢构件加工厂承担加工任务，所有部件加工均在加工厂内完成，重要结构严格控制加工模具。经过反复改进和完善、试验及应用，证明该模板性能良好、结构合理、浇筑完的水沟表观及实体质量好，产品已经定型。

台车采用门架与模板结合形式，搭配液压行走与横移系统，结构简单、重量轻便，各部件结构使用灵活、多样。台车全长24.1m，宽2.0m，包含6个主门架，2套牵引系统，其结构重量较购置成品台车减轻20%以上，制作成本降低50%以上。

2.2 台车组成及技术参数

台车主要包括门架系统、支撑系统、模板系统、行走系统、提升系统、横移系统等（详见图1），台车全长24.1m，单次浇筑中心水沟长度为24m，与上组混凝土搭接0.1m，包含6个主门架，门架之间纵向型钢连接，行走系统为液压轨行式，行驶速度为3m/min，垂直提升行程1.1m，横向移动行程0.4m。

图1 中心水沟模板台车组成图

3 施工工艺及要点

3.1 施工工艺

工艺流程图见图2。

图2 中心水沟施工工艺流程图

3.1.1 施工准备

①技术人员向班组作业人员进行技术、安全交底，明确隧道中心水沟施工工艺及质量控制要点，施工前备齐所需物资、机具。

②中心水沟作业时，至少应超前2组（48m）对毛沟沟底及沟壁进行清理，并按照混凝土施工要求对旧混凝土面进行凿毛处理，有水段落采用超前截水后清理淤泥，为后续水沟施工做好前提准备工作。

3.1.2 测量放线

根据线路参数及隧道断面放样出水沟边桩并标识高程，直线段按照10m放样一组点，曲线段按照5m放样一组点，定位必须标识清晰，不易损坏，一般采用钢钉涂红油漆或在钢钉上绑扎铁丝进行标识。

3.1.3 台车定位

①台车各部件检查合格后，启动液压轨行系统，驱动行走至待浇筑段，台车行走时，模板提升至填充面以上，防止行走过程中与既有混凝土发生碰撞造成设备损坏。

②台车就位后，提升系统下放水沟模板直至与放样标高平齐，横向偏差采用门架顶部横移千斤顶进行调节，确保精准定位。

③台车定位准确后，人工安装模板内横向丝杠，并保证加固牢靠，同时利用斜杠与门架立柱对模板顶部进行加固，在保证水沟宽度满足设计要求的基础上同时兼顾模板安装线型平顺，整齐划一。

3.1.4 预埋件安装

中心水沟与侧沟预埋Φ100PVC管进行连通形成导水管，当侧沟水量较大时通过导水管将多余的水引至中心水沟内排除洞外，导水管自侧沟向中心水沟设2%的流水坡，出水口管底距水沟底面为40cm。

3.1.5 沟壁混凝土浇筑

中心水沟混凝土浇筑分沟壁和沟底两次浇筑成型，采用先浇筑沟壁、再浇筑沟底的顺序组织施工，沟壁混凝土利用溜槽进行浇筑，按照从远端向已浇筑段方向进行浇筑，遵循水平分层、斜向分段、两侧对称浇筑，采用小直径捣固棒振捣密实。

3.1.6 等强、台车行走

混凝土浇筑完成约8～10h后进行松开各道支撑体系，台车提升系统缓缓提升至填充面以上，保证混凝土各部位棱角不被破坏，向前铺设钢轨24m，启动液压行走系统前行，台车移动至下一循环工作面。

3.1.7 沟底混凝土施工

①待沟壁混凝土浇筑长度达到100m以上时，一次性浇筑沟底混凝土，按照一端向另一端逐渐推进浇筑。

②岩溶段隧道中心水沟每20m设置隧底逆向导水管，浇筑沟底混凝土前焊接接长导水管，保证管口高于沟底50cm，并在管口设单向止水阀。

3.1.8 养生

台车行走后，对沟壁立即进行覆盖塑料薄膜及土工布进行洒水养护；沟底混凝土待初凝后同样覆盖洒水养护。

3.2 质量控制要点

①台车应定位准确，误差可控，横向定位偏差不得大于15mm，宽度偏差不得大于10mm，深度不得小于设计深度；台车模板提升与下降时缓慢操作，装卸螺杆时不得敲击模板，使用模板不得出现明显变形，定位前模板需打磨光滑平整，涂脱模剂。

②混凝土浇筑前必须将沟内清理干净，保证沟内无杂物、积水，浇筑过程中在两侧设置挡护措施，防止施工污水或污泥流入混凝土内，以免影响混凝土品质。

③混凝土应连续浇筑，特殊原因中途停顿时间不得大于30min，应保证在浇筑上层混凝土时，下层混凝土未初凝，浇筑过程中应加强捣固，保证每个位置振捣到位，振动棒不得碰模板及台车其他部位。

④混凝土浇筑完成后应尽快落实养护措施，养护频次应保持混凝土表面湿润，混凝土养护周期不得少于7d。

3.3 安全控制要点

①隧道施工洞内设专人指挥调度，施工运输道路设专人养护，保证照明、通风、排水设施良好，道路平顺畅通、灯光明亮。设置好运输线路安全信号标志，确保洞内运输安全。

②隧道施工照明线路电压在施工区域内不大于36V。电气设备要有良好的接地保护，所有电力设备设专人检查维护，并设警示标志。

③中心水沟施工过程中，在两侧施工安全边界处设置警示灯或警示带，防止与来往车辆发生碰撞。

④台车投入使用前需全面检查台车各部件及系统的完好状况，必要时应进行试运行，定期对台车进行维护保养，设定专人进行对台车在状况进行包保管理。

⑤铺设行铺设行走钢轨时应保证钢轨铺设平顺、间距一致、固定牢靠，台车行走应缓慢平稳，行走速度不得大于3m/min。

⑥所有工序施工完成后均要做到工完料清，严禁向洞内丢弃废料、费油及生活垃圾，时刻保持洞内文明施工条件良好。

4 应用效果

自台车设计制造后，通过在我项目新华隧道进行了多次的试验及改进，证明目前所使用的台车性能良好，施工方便，结构合理，施工质量受控，应用效果及优势突出，具体为：

①工效高，每循环施工有效长度达到24m，用时18-24h（自台车就位至等强后台车移动至下个循环），正常情况下每月完成中心水沟浇筑700m左右，可明显提升施工进度，为项目整体道床的快速施工奠定了基础。

②费用低，台车由项目技术、设备人员共同设计、改进，由项目部自建加工厂统一加工制作，比购置成品设备费用降低约50%以上。

③作业人员少，台车模板支撑加固简便，仅需2人在1个小时内即可完成全部丝杆的加固，台车采用自行液压系统，无需其他设备辅助行走，整个工序仅需4人即可完成全部施工内容，采用机械化施工降低了作业人员的劳动强度，同时也保证了作业人员的稳定。

④线性顺直，台车长度总体较长，整体性较好，施工中对薄弱环节均设置了加固措施，能够保证浇筑完成后的混凝土线性笔直、外形美观。

⑤质量受控，水沟模板采用整体式钢模板，并具有足够的刚度和强度，且在狭小空间内利用小直径捣固棒进行混凝土捣固，可以做到浇筑后的混凝土内实外美，表面光滑、平整、美观，无蜂窝、斑点、错台现象发生。

⑥结构合理，台车采用门架式结构与整体式钢模相结合，配合液压行走系统，既保证足够的强度和刚度，又结构简单、合理，重量减轻，且外形美观。

5 结论与建议

通过不断的试验与改进，最终中心水沟模板台车在郑万高铁8标隧道内得到全面推广应用，其质量、进度、工效等方面得到较大的提升，台车的使用满足目前隧道机械化施工配套要求。

虽然项目部研发制造的中心水沟模板台车满足于目前隧道机械化配套施工趋势，但要迈入信息化、智能化施工还有一定的差距，在今后的施工中，随着社会发展的不断进步，应不断地改进与完善改进，为社会创造更大的价值。