基于不锈钢复合钢板面板的隧道衬砌钢模台车在隧道施工中的应用

喻致蓉　王松

【摘 要】本文以某工程为例，介绍了不锈钢复合钢板在隧道衬砌钢模台车中的应用、阐述了工艺原理和施工工艺。工程实践表明，采用不锈钢复合钢板的钢模台车，既能满足隧道衬砌的结构强度，又能减少除锈和脱模剂涂装工序，同时延长了钢模台车使用寿命，极大的提高了混凝土隧道的外观质量和施工效率，综合经济技术效益显著。

【关键词】不锈钢复合钢板；钢模台车；隧道衬砌施工

中图分类号： TG457.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）09-0184-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.088

Application of tunnel lining steel mold trolley based on stainless steel composite steel plate in tunnel construction

YU Zhi-rong WANG Song

（Pingdingshan Pingmei Coal Mining Machinery Equipment Co.， Ltd.， Pingdingshan 467000， China）

【Abstract】In this paper， an engineering project was taken as an example to introduce the application of stainless steel clad steel plate in tunnel lining steel mold trolley， and elaborated the process principle and construction technology. The engineering practice shows that the steel die trolley using the stainless steel composite steel plate not only can satisfy the structural strength of the tunnel lining， but also can reduce the rust removal and the release agent coating process， and at the same time prolong the service life of the steel die trolley， greatly improving the The appearance quality and construction efficiency of concrete tunnels have resulted in significant economic and technological benefits.

【Key words】Stainless steel composite steel plate； Steel mold trolley； Tunnel lining construction

1 工程背景

在我國现有隧道钢模台车的施工中，主要采用材质为Q235的普通钢板作为钢模台车模板面板，也是在工程领域使用最广泛的一种钢材。在这种常规的钢模台车施工中，由于碳素钢板自身的特性决定，特别是在潮湿环境中普通钢板表面容易产生浮锈。

为了保证隧道混凝土外观质量，采用的工艺主要有两种：一是，钢模台车在工厂制造及施工过程中表面涂装环氧树脂油漆；由于环氧树脂中含有羟基和醚键等极性基团，使得树脂与相邻界面分子作用力强，在面板表面形成一层致密的薄膜，粘结力强。二是，在隧道衬砌过程中及时采用手持式抛光机去除钢板面板表面的铁锈并及时涂装脱模剂；此两种方法较为常见。尽管可以在一定程度上解决了目前存在的问题，但是由于在使用过程中钢模台车面板不断的与混凝土表面产生接触，环氧树脂油漆和脱模剂都会不可避免的粘结在混凝土表面、甚至有时会因涂装不及时会造成红褐色的铁锈存在混凝土表面，严重影响混凝土的外观，因此在重复使用3-5次以后必须清理干净重新涂装。

在隧道工程尤其是长大隧道施工中，持续不断地反复涂装与清理，不但过程繁琐、费工费时、施工效率低下，而且需要消耗大量的脱模剂或者环氧树脂油漆，造成了较大的施工成本，这些问题对工程的施工产生了消极的影响，亟待解决。

2 解决方案-研发多用途可调半径的标准模数拱顶模板，同时引入不锈钢复合钢板面板

针对上述难题，笔者曾经尝试采用不锈钢钢板作为钢模台车的面板，虽然可以很好的解决上述问题，但是由于不锈钢钢板造价较高（一般情况下单价是普通钢板的五倍），钢模台车整体上所有面板采用不锈钢钢板替代，较大的增加了施工机械的预算成本，一般的隧道项目难以承受，不利于推广。通过对多个隧道工程施工项目的钢模台车进行总结，最终通过研发多用途可调半径的标准模数拱顶模板适用不同截面的隧道，同时引入不锈钢复合钢板作为钢模台车的面板，有效的解决了普通钢模台车面板易生锈，施工效率低下，混凝土外观质量差的难题。同时由于不锈钢复合钢板强度较普通碳钢钢板有了很大提高，提高了钢模台车表面的耐磨性，增加了钢模台车周转次数和使用寿命。

2.1 设计工艺原理

图1 标准模数拱顶模板原理图

图2 标准模数拱顶模板三维结构图

（1）复合钢板是由两种不同材质的钢板，采用不同方法复合而成，如不锈钢复合钢板是采用爆炸、轧制或爆炸轧制等方法，将不锈钢板与普通钢板（碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢等）复合而成的钢板。它同时具有两种不同钢种的特性，既有不锈钢的耐蚀性，又有普通钢板价格低廉、刚度好等优点。广泛应用于制造石油、化工等各类压力容器、储罐等结构件，以及用于轻工机械、食品、建筑、装饰、医药卫生等行业[1]。

（2）多用途可调半径的标准模数拱顶模板：由于该工程隧道结构复杂，断面变化频繁。原有的施工设计方案是采用成套钢模台车，每种截面的钢模台车制造一台，相互之间不能互换通用，相应截面半径的隧道衬砌完成以后钢模台车就不能重复利用，造成很大的浪费。通过研发可调半径的标准模数拱顶模板，适用不同截面的隧道钢模台车，即能在各种半径的隧道之间通用的拱顶模板，既能保证互换性，同时采用工厂先进数控加工设备加工，拼缝质量高，更能保证隧道混凝土衬砌外观质量。

多用途可调半径的标准模数拱顶模板如下图所示，标准模板尺寸为1000mm×1200mm。由1不锈钢复合钢板、3纵肋角钢、4横向法兰、5竖向法兰等组成，相邻拱顶模板之间通过2螺栓连接孔连接，其中4横向法兰由多段扁钢间断组成，横向为柔性单元，可根据隧道半径调节成需要的半径尺寸，然后通过背楞型钢固定尺寸。既可作为标准平模使用，又可根据需要调成圆弧模板。

2.2 力学性能参数对比

影响钢板的耐磨性的因素很多，如硬度、强度、表面粗糙度等，这些因素与耐磨性都有密切的关系。金属材料的耐磨性可以由材料的硬度来衡量，因为材料的硬度反映了材料抵抗物料压入表面的能力，硬度高物料压入材料表面的深度就浅，即磨损就小，耐磨性就高。同时，磨损过程中，金属基体强度高，可以对抗磨硬质相提供良好的支撑，充分发挥抗磨硬质相抵抗磨损的能力，使耐磨材料表现出优异的耐磨性。表面粗糙度：在接触应力一定的条件下，表面粗糙度值越小，抗疲劳磨损能力越高。

以本工程所采用的钢模台车6mm面板为例，说明Q235B钢板、304不锈钢钢板、304材质5+1不锈钢复合钢板（1mm304不锈钢+5mmQ235B普通钢板）的力学性能，经查找相关规范[2][3][4]，以上三种材料的力学性能对比如下：

表1

从以上力学性能可以看出，304不锈钢复合钢板的力学性能显然优越于Q235B钢板。作为钢模台车的模板面板，耐磨性更好，可有效增加钢模台车的周转次数，延长台车使用壽命。在工程实践中也得到了有效证明。

2.3 不锈钢复合钢板主要施工工艺及注意事项

从设计角度上考虑，不锈钢复合板的基层主要是保证强度，复层主要是保证其耐蚀性能和耐磨性。为了保证不锈钢复合钢板原有的综合性能，应对基层、复合层分别进行焊接。不锈钢复合钢板进行焊接时，应注意以下几点：

（1）焊接前必须进行焊接工艺评定：根据国家相关规范规定，新材料、新焊接工艺均应进行焊接工艺评定。焊接工艺评定应以可靠的钢材焊接性能试验为依据，并在产品焊接之前完成。不锈钢复合板能否通过焊接工艺评定，是不锈钢复合板焊接的关键所在。

（2）不锈钢复合钢板下料：一般用机加工、等离子切割或者激光切割机下料，用等离子切割或者激光切割机下料切割时方向是从复层到基层，即复层朝上。

（3）焊接前进行焊接工艺交底，严格按照焊接工艺评定的规定电压、电流进行焊接；

（4）严格控制焊接顺序：先焊接基层，再焊接复层；

（5）为减少焊接飞溅，施焊前需在不锈钢复合板坡口两侧涂抹防飞溅涂料；

（6）不锈钢复合板焊接的关键是提高焊缝一次合格率，减少返修次数。因为不锈钢复合板焊接接头的组织和性能十分不均匀，焊缝返修时经常产生热裂纹。

（7）焊接完成后，必须进行超声波无损检测，确保焊缝内部无焊接缺陷；

3 综合效益分析

（1）正如前文所述，不锈钢复合钢板同时具有两种不同钢种的特性，既有不锈钢的耐蚀性和耐磨性，又有普通钢板价格低廉、刚度好等优点。可广泛的使用于隧道施工台车中，可以提高钢模台车的耐磨性、耐腐蚀性，有效延长钢模台车的使用寿命。

（2）使用不锈钢复合钢板替代原来的纯不锈钢板，与同规格的纯不锈钢相比，明显减少了不锈钢的用量，能够降低钢模台车的预算成本，而使用钢模台车二次衬砌混凝土的性能却不受影响。不锈钢复合钢板可用于隧道钢模台车、桥梁预制混凝土箱梁、T梁模板、建筑模板等，成本低，耐腐蚀，周转次数高；以钢模台车为例，采用不锈钢复合板代替纯不锈钢板，成本可下降30%以上。

4 结论及建议

（1）采用不锈钢复合钢板钢模台车不需要增加新的工序，可对现有繁琐施工工序缩减，同时减少了大量的脱模剂或者环氧树脂油漆消耗，是有效降低隧道施工成本的途径之一。

（2）不锈钢复合板兼具各种碳素钢和不锈钢的特点，而且成本可以大幅度下降，以其优异的性能价格比为用户欢迎，有广阔的市场前景。

（3）不锈钢复合钢板钢模台车周转次数多，使用寿命长，综合技术安全可靠，施工质量优良，施工工艺操作性强，便于推广。通过工程实践的成功应用，为今后隧道施工中的钢模台车设计提供了新的思路。

（3）随着国家对环保工作的重视和工程质量的要求越来越严格，标准越来越高，传统的工艺设备逐步向新材料、新工艺方向发展，是不可逆转的趋势。不锈钢复合钢板在隧道施工、桥梁预制等混凝土结构施工的机械装备的制造，升级、改造中大有可为，是提高工程施工效率、提高设备周转使用寿命，降低施工成本的优先选择，应用前景广阔。

【参考文献】

[1]曾正明.实用钢铁材料手册 第3版[M].北京：机械工业出版社，2015.3：310-311.

[2]GB/T 700-2006，碳素结构钢[S].北京：中国标准出版社，2006：3-4.

[3]GB/T 8165-2008，不锈钢复合钢板和钢带[S].北京：中国标准出版社，2008：5-9

[4]中国机械工程学会热处理学会 热处理手册 第4版 第4卷热处理质量控制和检验[M].北京：机械工业出版社，2008.1：494-545.