可伸缩式止水带卡具结构设计及安装工艺

郭小雄，马伟斌，马超锋，赵东波，金家康

（1. 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081；2. 河北省同创交通工程配套产品产业技术研究院，河北 衡水 053000）

可伸缩式止水带卡具结构设计及安装工艺

郭小雄1，马伟斌1，马超锋1，赵东波1，金家康2

（1. 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081；2. 河北省同创交通工程配套产品产业技术研究院，河北 衡水 053000）

针对现有铁路隧道止水带安装质量可控性差的问题，设计开发了可伸缩式止水带安装卡具，并进行室内模拟安装及现场验证试验。对比分析可伸缩式卡具与普通卡具在施工效率及安装效果等方面的差异，制定该型止水带安装工艺。结果表明：可伸缩式卡具解决了止水带安装过程中常见的打偏、卷曲等问题，保证安装质量，提高施工效率，实现产品标准化生产，较好地解决了隧道接缝渗漏水问题，具有良好的推广应用前景。

铁路隧道；止水带；可伸缩；卡具；安装工艺

0 引言

现有铁路隧道用中埋式止水带的安装方法主要有钢丝固定法、焊接固定法、钢筋棍支撑法；背贴式止水带的安装方法主要为与防水板粘接固定。其中，钢丝固定法、钢筋棍支撑法及与防水板粘接固定法施工较为简便，在工程中大量采用，但安装效果差；焊接固定法安装效果好，但损伤止水带本体，适用范围有限。由于现有铁路隧道用止水带安装工艺的局限性，使得止水带固定不牢固，灌注衬砌混凝土时频繁出现止水带偏位、扭曲、卷起等现象[1-7]。卡具在止水带安装过程中起着定位、固定的作用，直接影响止水带安装位置的对中，避免止水带在施工过程中打偏，保证施工安装质量。但是，现有安装方法只能起到安放支撑止水带的作用，不能满足固定功能，因此有必要对安装卡具进行专门设计，实现工厂标准化生产。

1 结构设计及制作工艺

1.1 结构形式

基于止水带安装施工便捷性、规范性等基本需求，设计了新型可伸缩式止水带安装卡具，结构示意见图1。

图1 可伸缩式止水带卡具结构示意图

依据不同结构功能特点，将新型可伸缩式止水带卡具结构分为卡扣区、调节区及夹紧区3大功能区。卡扣区作用为卡具与衬砌钢筋连接部位；调节区作用为根据衬砌钢筋间距调整卡具长度、固定卡具、对准定位止水带；夹紧区作用为夹紧止水带，保证灌注衬砌混凝土过程中止水带不发生偏位扭曲。

1.2 材料选型

卡具选用的材料为Q235钢材，具有良好的韧性，进行弯折等不影响强度。为防止运输、存储等过程中的锈蚀，对各零件表面进行热浸锌防腐处理，参考铁路产品对镀锌件的要求，镀层厚度为65～80 µm。

1.3 制作工艺

为保证产品标准化、规范化，可伸缩式止水带卡具各部位零件多为工厂成品标准件进行后组装，调节区花篮螺栓及夹紧区蝶形螺栓定制规格为：M6螺栓伸缩长度120 mm，端部弯折半径为25 mm。制作工艺如下：

（1）夹紧块下料。采用等离子切割机将钢板裁成所需尺寸。

（2）加工夹紧块台阶及齿牙。采用数控铣床加工夹紧块台阶及防滑齿牙，其中台阶尺寸根据不同类型止水带尺寸定制。

（3）钻孔。采用钻床在夹紧块两端分别打M6螺栓连接孔和φ9 mm夹紧孔。

（4）夹紧块与花篮螺栓焊接。将花篮螺栓螺杆端拧入夹紧块连接孔，并采用气保焊焊接。

（5）热浸锌。酸洗去除焊接后工件表面杂质，冲洗酸液，放入镀锌池中镀锌，之后烘干。

（6）组装。将镀锌后的2个工件用蝶形螺栓和蝶形螺母组装在一起。

可伸缩式止水带卡具制作工艺流程见图2。

图2 可伸缩式止水带卡具制作工艺流程

2 安装试验

开展可伸缩式止水带卡具安装工艺室内试验及现场验证试验，验证可伸缩式止水带安装卡具的适用性、便捷性与可靠性，对比分析可伸缩式卡具安装方法与其他方法的安装工效、安装质量等差异，优化卡具结构及关键参数，形成可伸缩式卡具配套安装工艺，为隧道止水带施工安装提供技术支撑。

2.1 室内试验

2.1.1 试验原理

采用足尺隧道模型进行现场模拟施工安装。根据隧道实际尺寸制作衬砌钢筋骨架，将止水带安装在衬砌钢筋骨架上，以安装效率及效果作为评价指标，分析安装工艺步骤及措施的匹配性，最终确定可伸缩式止水带卡具安装工艺。

2.1.2 试验模型

（1）结构设计。试验钢筋骨架弧长14.0 m，高4.3 m。钢筋骨架基本参数见表1，结构示意见图3。

表1 钢筋骨架基本参数

图3 钢筋骨架结构示意图

（2）样品选择。试验采用可伸缩式止水带卡具及自粘橡胶止水带，试验样品见图4。

图4 试验样品

2.1.3 试验步骤

可伸缩式止水带卡具的安装试验步骤分为铺设止水带→夹紧止水带→定位止水带3个基本步骤。

（1）铺设止水带。沿衬砌钢筋骨架下排主筋的隧道轮廓方向全断面铺设止水带（见图5）。

图5 铺设止水带

（2）夹紧止水带。依据主筋间距，调节可伸缩式止水带卡具至合适长度，拧紧端部紧固螺栓，夹紧止水带（见图6）。

图6 夹紧止水带

（3）定位止水带。将卡具卡扣连接于衬砌主筋上，调节调节区距离，固定卡具，对准定位止水带。卡具间距为1 m，双排对称布置（见图7）。止水带安装完成效果见图8。

图7 定位止水带

图8 安装效果

2.1.4 小结

室内安装试验结果表明：

（1）从展布止水带到安装完成，14 m长止水带共用卡具15对，2人耗时12 min安装完成；

（2）采用可伸缩式卡具安装，工艺简便、定位准确、固定牢靠、安装效果良好。

2.2 现场试验

为验证可伸缩式卡具安装止水带的现场适用性及安装效果，选择典型工点进行现场试验，现场安装原理示意见图9。

图9 现场安装原理示意图

现场试验采用环向施工缝中埋式自粘橡胶止水带，上部环向衬砌每环长度为26 m，卡具间距1 m，双排对称布置。可伸缩式卡具安装止水带现场见图10。

图10 安装现场

现场安装试验结果表明：

（1）从展布止水带到安装完成，环向25 m长度，共用卡具26对，2人耗时约30 min安装完成，较其他安装方法工效显著提高；

（2）可伸缩式卡具安装工艺简便、定位准确、固定牢靠，提高了接缝止水效果和工程质量；

（3）可伸缩式卡具安装方法避免了焊接造成的止水带本体损坏，防水板烫穿，降低了火灾等次生灾害发生风险。

3 试验结果

3.1 工艺改进

现有铁路隧道用止水带安装卡具只起到安放支撑止水带的作用，且其两端需要通过钢丝绑扎固定于衬砌钢筋中，工艺较为繁琐，劳动强度较大，导致现场施工安装质量难以保证。可伸缩式止水带卡具通过卡扣方式与衬砌钢筋连接，简化了止水带卡具安装工艺，可伸缩的调节方式，操作简便快捷，保证了止水带准确定位。同时，可伸缩式止水带卡具为工厂预制式，避免了现场弯制工序，降低了现场制备钢筋卡具尺寸误差。

3.2 安装成本

止水带的安装成本由卡具成本、接头材料费及卡具固定、接头、封模和拆模等人工费用构成。可伸缩式卡具为工厂预制式，节约了现场钢筋卡的弯制、安装时间，每环止水带可减少2～4 h卡具弯制时间与相应工人劳动量。

试验结果表明：利用可伸缩式止水带卡具，仅需2人在1 min内即可完成1 m止水带（1对卡具）安装固定工作量，提高了安装工效，保证了安装质量。以1环40 m中埋式止水带安装为例，可伸缩式卡具与普通钢筋卡具安装成本对比见表2。

由表2得出，采用可伸缩式卡具的止水带安装成本较普通止水带降低约5%。

3.3 安装效果

现有止水带安装采用现场人工弯制的普通钢筋卡具支撑，卡具尺寸不一、形状不标准、缺失紧固功能等导致止水带固定不牢，自由移动空间大，在封模及浇筑混凝土过程中，止水带容易偏移发生打偏、卷曲等问题[8]。采用可伸缩式卡具可准确定位，安装完成后整体平顺、距离均匀、位置准确、牢固可靠。安装效果对比见图11。

表2 可伸缩式卡具与普通钢筋卡具安装成本对比

图11 安装效果对比

4 安装工艺

依据室内模型及现场验证试验结果，研究形成可伸缩式卡具止水带安装工艺[6]，其流程见图12。

图12 安装工艺流程

5 结束语

可伸缩式止水带安装卡具通过卡扣区固定于衬砌钢筋上，通过夹紧区夹紧止水带，通过调节区准确定位止水带安装位置，解决止水带打偏、卷曲等常见问题，简化安装工艺，保证安装质量。同时卡具采用工厂预制标准件，避免现场弯制误差，降低安装工作量，节省安装成本。采用可伸缩式卡具安装止水带，提高了接缝止水效果和工程质量，较好地解决隧道接缝渗漏水问题，具有良好的推广应用前景。

[1] 信春雷. 不同防排水模式对山岭隧道衬砌水压力影响关系研究[D]. 成都：西南交通大学，2011.

[2] 潘海泽. 隧道工程地下水水害防治与评价体系研究[D]. 成都：西南交通大学，2012.

[3] 徐启洪. 橡胶止水带的现状与发展[J]. 中国橡胶，2002，10(18)：22-24.

[4] 冀夏芳，常宝. 隧道衬砌施工缝止水带施工工艺探讨[J]. 隧道建设，2012，11(32)：110-112.

[5] 张国文，李雪春，党佳，等. 铁路隧道用橡胶止水带的生产及应用[J]. 铁道建筑，2011(12)：81-83.

[6] 马伟斌，郭小雄，马超锋，等. 自粘式止水带结构设计及性能试验研究[J]. 中国铁路，2015(11)：30-33. [7] 叶林标. 建筑工程防水施工手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1990.

[8] 吕康成，马超超，吉哲，等. 隧道衬砌施工缝蝶形可排水止水带研制[J]. 现代隧道技术，2011(12)：23-25.

责任编辑 李葳

Structure Design and Installation Process of Extension Type Water-stop Fixtures

GUO Xiaoxiong1，MA Weibin1，MA Chaofeng1，ZHAO Dongbo1，JIN Jiakang2
（1. Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2. Hebei Tongchuang Industrial Technology Research Institute for Supporting Products of Transport Project，Hengshui Hebei 053000，China）

To address the existing poor controllability in installation quality of railway tunnel water-stop, the extension type water-stop fxture has been designed and developed and the indoor installation simulation and onsite validation test have been carried out. The installation process is developed after contrasting this extensiontype fxture with the ordinary fxture in terms of diferences in construction efciency and installation efects. The result shows that the extension type fxture is able to help address the common problems in the course of waterstop installation such as deviation and curling, guarantee installation quality, improve construction efciency, achieve standardized production and address water leakage at tunnel joints. Therefore it has a promising prospect for promotion.

railway tunnel；water-stop；extension type；fxture；installation process

TU57+8.2

：A

：1001-683X（2017）07-0085-06DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2017.07.085

2016-12-09

中国铁路总公司科技研究开发计划项目

（2015G002-F）；中国铁道科学研究院科技研究开发计划项目（2015YJ037）

郭小雄（1985—），男，助理研究员，硕士。

E-mail：365073932@qq.com