隧道仰拱与钢筋砼中心水沟机械化施工技术

段久波

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

随着铁路建设项目标准化施工要求的不断提高，如何以机械化实现标准化作业，全面提升项目管理质量和效率尤为重要。目前隧道仰拱施工已经从传统的隧道顺序施工作业改为隧道开挖与仰拱平行作业，通过采用带有仰拱和中心水沟模板的可移动仰拱栈桥跨越作业区段，施工车辆和人员可在栈桥上正常通行，栈桥下同步进行仰拱初期支护、衬砌、回填等工序的施工，实现了隧道仰拱与中心水沟的机械化高效施工，但传统半弧仰拱模板或整体式全弧钢模板施工时，存在拱底混凝土浇筑质量差，钢模板拆卸困难等问题。同时，复杂地质条件隧道施工中，往往需要考虑地下水流的侵蚀性影响，将隧道中心水沟设计为钢筋混凝土结构，施工中存在成本投入大，施工效率低，模板拆卸次数多，拆卸困难，模板变形大等问题。

1 工程概况

新建贵南铁路GNZQ-3 标独山一号隧道位于贵州省都匀东-独山东车站区间，进口端位于王司镇大冲附近，出口位于王司镇山口寨，全长8 488m，洞身段最大埋深约445m。线路纵坡为单面上坡，依次为1 175m 长、5.5‰的上坡和920m 长、23‰的上坡。隧道受王司正断层影响岩体破碎，完整性差，围岩稳定性差，断层破碎带易垮塌、掉块及塌方冒顶，断层带富水性好，隧道中心水沟需要考虑地下水流的侵蚀性影响，设计为钢筋混凝土结构，是本工区控制性工程及重难点工程。

2 隧道仰拱分仓浇筑施工工艺原理

1）全弧液压折叠式仰拱分仓浇筑模板及移动栈桥，采用全弧液压折叠式仰拱分仓浇筑模板取代了传统整体式全弧钢模板，全弧液压折叠式仰拱模板由活动模板和固定模板组成，通过液压系统带动进行活动模板完成合模和拆模，同时在固定模板和活动模板上均开设有若干混凝土分仓浇筑窗口，有效解决了整体式固定全弧钢模拆装困难、仰拱混凝土振捣不密实等问题，有效保证了仰拱施工质量。

2）全弧液压折叠式仰拱分仓浇筑模板及移动栈桥（图1～图3），主要包括可折叠式仰拱全弧模板，所述可折叠式仰拱全弧模板包括位于隧道中心的可拆卸活动模板，分别设于可拆卸活动模板两侧的固定模板，每块固定模板的外侧均设有2 个活动模板，所述可拆卸活动模板两端通过连接板以及螺栓与固定模板的一端固定连接，两活动模板之间通过销轴活动连接，靠近固定模板的活动模板与固定模板的另外一端通过连接板以及螺栓固定连接，位于外侧的活动模板上设有连接杆，连接杆上端转动连接有液压收缩杆，液压收缩杆的另外一端与靠近固定模板的活动模板转动连接，所述可拆卸活动模板、固定模板以及活动模板上均开设有若干混凝土分仓浇筑窗口。

图1 可折叠式液压全弧模板合模示意图

图2 可折叠式液压全弧模板拆模示意图

图3 可折叠液压全弧仰拱模板混凝土浇筑窗口布设图

3）采用全自动液压仰拱中心水沟预留槽模板取代了传统人工安装整体式钢模板（图4、图5），中心水沟预留槽模板通过液压装置进行合模、拆模，确保中心水沟预留槽模板顺利拆模；同时通过牵引系统整体带动中心水沟预留槽模板完成精确定位，仅需1 人即可完成操作，施工效率高。

图4 中心水沟预留槽液压合、脱模作业示意图

图5 轨道式液压中心水沟台车结构示意图

4）针对钢筋混凝土中心水沟，钢筋绑扎完毕后，二次支模效率低，水沟质量难控制等问题，采用轨道式液压钢筋混凝土中心水沟台车，利用行走轨道对模板进行精确定位，确保钢筋混凝土中心水沟灌注质量。

3 工艺流程及操作要点

基于可折叠式全弧液压模板的隧道仰拱分仓浇筑施工工艺流程如图6 所示。

图6 隧道仰拱分仓浇筑施工工艺流程

3.1 隧道仰拱开挖、清理

仰拱开挖完成后，对基底进行清理，将内部杂物、虚渣及积水清理干净。

3.2 基底喷射混凝土

1）基底清理干净检查合格后，采用湿喷机械手进行混凝土喷射施工。

2）湿喷机械手工作压力控制在0.12～0.15MPa 之间，采用分段、分片自下而上对称喷射工艺。

3.3 仰拱钢拱架安装定位

1）仰拱钢拱架在钢结构加工厂加工制作，钢拱架连接板焊接时，将连接板放置外操作平台行走小车上，与定位钢板紧贴，在定位孔内穿入连接板螺栓，使得连接板与定位板连接成整体，将行走小车连带连接板推至工字钢位置，使连接板与工字钢密贴后，完成连接板焊接作业。

2）成品钢拱架运送到施工现场后，按照设计要求精确安装仰拱钢拱架，同时在仰拱钢拱架底部均匀安置与仰拱混凝土同标号的混凝土垫块。

3.4 仰拱衬砌钢筋安装

1）仰拱钢筋在钢筋加工厂按照设计规格统一下料加工成型，运输到施工现场后，进行钢筋安装。

2）仰拱钢筋绑扎时，严格按照设计图纸中对钢筋位置、保护层厚度等要求进行施工。

3.5 安装可折叠式全弧液压仰拱模板

1）可折叠式全弧液压仰拱模板结构由刚性骨架和模板组成，分左右两幅。

2）可折叠式全弧液压仰拱模板刚性骨架安装在仰拱不被填充掩埋的部分，利用刚性骨架完成模板的固定、存放和移动，以及安设走行设备绞车，传递动力。

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3）可折叠式全弧液压仰拱模板由可拆卸活动模板、固定模板以及活动模板3 部分构成，通过液压系统带动进行活动模板完成合模和拆模，同时利用液压系统对可折叠式全弧液压仰拱模板进行精准调节、准确定位。

4）仰拱基底检查合格后，安装仰拱钢端模与止水带。

3.6 仰拱混凝土浇筑

1）仰拱混凝土浇筑前由专人检查仰拱内积水、杂物、虚渣等，并将其清除干净。

2）在混凝土分仓浇筑窗口设置溜槽及串筒，混凝土采用由中间向两侧的顺序进行浇筑。

3）混凝土浇筑过程中，采用附着式振捣器进行振捣，同时人工采用振捣棒通过浇筑窗口辅助振捣的方法，确保仰拱混凝土浇筑质量。

3.7 拆除可折叠式全弧液压模板

仰拱混凝土达到设计拆模强度后，首先通过液压系统带动进行活动模板折叠，然后利用油缸将全弧仰拱模板整体提升后与混凝土表面分离，完成模板拆除作业。

3.8 中心水沟预留槽模板定位

通过牵引系统整体带动中心水沟预留槽模板完成精确定位。

3.9 浇筑仰拱填充混凝土

2）中心沟预留槽模板脱模时，利用液压系统收缩支撑带动左右两侧模板完成脱模，通过牵引系统整体带动中心水沟预留槽模板移到下一作业区。

3.10 钢筋混凝土中心水沟钢筋绑扎

1）中心沟预留槽模板脱模后，对中心沟预留槽内部混凝土面进行凿毛处理。

2）将中心沟预留槽内杂物清理干净后，按照设计图纸要求进行中心水沟钢骨架绑扎。

3.11 中心水沟模板行走轨道安装

对轨道式液压中心水沟模板台车定位导轨进行施工，方便后期液压中心水沟模板台车定位，有效提高了水沟模板定位精度。

3.12 中心水沟液压模板移动、就位

使用履带式起重机将轨道式液压中心水沟模板台车下部的2 个卡槽扣在行走轨道钢轨上，通过液压装置调整中心水沟模板进行精确定位。

3.13 中心水沟混凝土浇筑

中心水沟混凝土浇筑时，应充分振捣，保证混凝土密实。

3.14 中心水沟模板液压脱模、养护

中心沟模板脱采用液压模后，轨道式液压中心水沟模板台车通过行走轨道整体移到下一作业区。

4 结语

通过仰拱折叠式全环弧模板、全自动液压仰拱中心水沟模板、轨道式液压钢筋混凝土中心水沟浇筑设备等隧道仰拱与钢筋混凝土中心水沟施工所需关键工装及设备的研发与应用，总结形成了隧道仰拱与钢筋混凝土中心水沟机械化高效施工技术，采用全弧液压折叠式仰拱分仓浇筑模板取代了传统整体式全弧钢模板，全弧液压折叠式仰拱模板由活动模板和固定模板组成，通过液压系统带动进行活动模板完成合模和拆模，同时在固定模板和活动模板上均开设有若干混凝土分仓浇筑窗口，有效解决了整体式固定全弧钢模拆装困难、仰拱混凝土振捣不密实等问题，有效保证了仰拱施工质量，采用全自动液压仰拱中心水沟预留槽模板取代了传统人工安装整体式钢模板，中心水沟预留槽模板通过液压装置进行合模、拆模，通过牵引系统整体带动中心水沟预留槽模板完成精确定位；钢筋混凝土中心水沟钢筋骨架绑扎完成后，采用轨道式钢筋混凝土中心水沟台车，通过行走轨道精确定位，利用液压系统进行合、脱模作业，确保中心水沟模板顺利拆模，减少了模板变形，增加了重复使用次数，有效降低了施工成本，减少二次返工，对特殊地质条件下隧道仰拱和钢筋混凝土中心水沟（混凝土中心水沟）机械化施工具有切实的指导意义。