浅析TBM仰拱混凝土同步衬砌施工工艺

张青松

摘 要：TBM掘进期间，隧洞仰拱混凝土与TBM掘进同步施工，通过方案优化、仰拱同步衬砌台车设计，实现了TBM正常掘进和仰拱混凝土浇筑连续跟进快速施工，提前了混凝土二次衬砌施工，可有效缩短施工工期。

关键词：TBM洞段；仰拱混凝土；同步衬砌；施工工艺

中图分类号：U445                                      文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）06-0001-03

1 工程概况

某工程四段三标主体工程为隧洞工程，主洞长度18 933 m，纵坡i=0.0803‰，采用钻爆法与TBM法相结合方式开挖施工。TBM开挖洞径为8.0 m，Ⅱ、Ⅲa类围岩仰拱衬砌厚度625 mm，Ⅲb、Ⅳ、Ⅴ类围岩仰拱衬砌角度70°，每仓衬砌长度16 m，仰拱衬砌断面详见图1。为了缓解后续工期压力，TBM掘进期间，仰拱混凝土采用衬砌台车与TBM掘进同步施工。

2 方案选择

2.1 原设计方案

TBM仰拱同步衬砌由栈桥式仰拱衬砌台车和台车后部浮放道岔联合作业，浮放道岔长54.2 m，设在栈桥尾端。仰拱混凝土施工采用机车牵引轨行式搅拌车运输混凝土，泵送入仓。衬砌施工设备布在浮放道岔的副线，主线通行TBM掘进物料运输机车。

2.2 优化方案

通过分析比较，对原方案进行了优化调整：一是取消仰拱衬砌台车后部浮放道岔；二是改变入仓方式，由泵送入仓改为溜槽入仓。方案优化措施具体包括以下两方面。

2.2.1 取消浮放道岔

TBM掘進作业时，洞内运输轨道为单线运输。为避免TBM物料运输与仰拱衬砌混凝土运输、浇筑相互干扰，在仰拱衬砌台车后设置四轨浮放道岔作为会让站。浮放道岔主要作用是减少或避免混凝土浇筑对TBM物料运输的干扰，通过计算分析，取消浮放道岔是合理的。由于每仓混凝土浇筑量少，TBM物料运输不频繁（1次/2 h），而每车混凝土浇筑时间仅10 min，为此利用TBM物料运输机车通过衬砌台车后运输时间间隙，可实现仰拱混凝土浇筑。

2.2.2 入仓方式优化

取消混凝土泵送入仓，在台车两侧设置溜槽，混凝土搅拌运输车由机车牵引直接上栈桥至浇筑仓位，经溜槽从侧模位置入仓。通过对比分析，改变入仓方式后，施工质量、进度得到了有效保证，对比情况见表1。

3 仰拱同步衬砌台车设计

3.1 技术参数

仰拱同步衬砌台车是一种能够满足栈桥内部通行机车，又同时满足隧洞仰拱混凝土衬砌施工的新型专用施工设备[1]，它采用竖向液压缸和螺旋千斤对栈桥支撑和加强，由电机驱动行走，主要技术参数见表2。

3.2 主要部件

仰拱同步衬砌台车由模板总成、栈桥系统、前后引桥部分、前后底座、水平和垂直对中调整机构、栈桥支撑千斤、引桥支撑千斤、行走系统、液压系统和电气系统等组成，台车纵断图、主视图见图2、图3。

3.3 工作原理

3.3.1 底模工作原理

底模两侧各安装了3组液压缸，可完成底模立模、脱模工作。底模在立模前，先利用栈桥两端的支撑液压缸对栈桥进行定位，定位后再通过底模两侧液压缸的伸缩完成模板就位。脱模时，直接收缩两侧液压缸，底模便与新浇混凝土脱离一定间隙，然后同时启动模板两侧的电动跑车，使其向前行走16 m达到下一个工作循环。

3.3.2 过车栈桥行走原理

在洞内安装完成后，通过液压系统调整使底模在第一仓衬砌位置就位，浇筑混凝土。经过1 d对新浇混凝土的养护后，收缩底模脱模液压缸，使模板与混凝土脱离，启动模板两侧电动跑车，使其向前行走16 m达到下一个工作循环，进行第二仓的立模和混凝土的浇筑。再经过1 d对第二仓新浇混凝土的养护后，方法同上，进行第三仓施工，又经过1 d对新浇混凝土的养护后，进行栈桥走行。具体步骤如下。

第1步：当混凝土达到走行要求时，启动液压系统电源，收缩前后引桥提升液压缸，使前后引桥离开地面一定距离，清理引桥主梁下面的支撑千斤和枕木。

第2步：取掉模板与电动跑车的连接卡板，使模板与栈桥系统脱离。

第3步：取掉栈桥前后两端竖向液压缸的保护支撑千斤，先收缩栈桥中间支撑液压缸，然后再同时收缩两端底座上的竖向液压缸，栈桥和引桥整体下降，使其后端主动行走轮落到已浇混凝土面上，前端栈桥落在底模行走轮槽内。

第4步：启动栈桥后端行走电机，使栈桥前行16 m，达到下一个工作循环。

第5步：伸长栈桥两端底座上的竖向液压缸，使栈桥达到设定高度。

第6步：依次启动电动跑车，使其与底模进行连接。

第7步：收缩底模液压缸，使底模与混凝土面脱离一定间隙，启动底模两侧的电动跑车，使底模沿轨道前行16 m，达到下一个工作循环。

第8步：伸长底模两侧液压缸，底模就位，对中采用栈桥两端的水平和竖直液压缸进行调整。

第9步：模板就位后，安装支撑栈桥两端的支撑千斤，伸长栈桥中部液压缸进行支撑加强。

第10步：通过伸长前引桥液压缸，放下前后端引桥，然后安装引桥支撑千斤和枕木。

第11步：再次进行检验底模就位尺寸，满足施工要求后进行第4仓混凝土的浇筑。以此类推，循环施工。

3.4 定位原理

底座豎向液压缸上、下运动，台车可作上下调整，安装在底座上的调平液压缸可使台车横向调整。

4 仰拱同步衬砌施工工艺

4.1 栈桥就位、轨道拆安

栈桥就位通过行走机构实现，每次移动一个工作循环16 m，就位后拆除前引桥下部轨道，人工移至栈桥后部暂存，与后引桥连接。

4.2 回弹料和石渣清理

洞内喷射混凝土回弹料和石渣清理工作，需要提前进行初步清理，清理的渣料装袋用平板车运出洞外。台车就位后清理工作量比较少，清理的渣料装袋通过连续皮带运出洞外。仓面清理完成后进行仓面冲洗，验收合格后进行钢筋绑扎。

4.3 钢筋制作安装

钢筋在加工前要进行调直、清污、除锈。钢筋调直采用调直机械，钢筋弯曲采用专门的标准机具来完成。加工完成的成品钢筋按型号、部位进行编号、挂牌，并分堆码放。经验收合格，在混凝土浇筑之前，采用载重汽车运输至洞口，再由轨行式平板车运输至衬砌工作面，人工安装。

4.4 堵头模板及止水带安装

仰拱同步衬砌时，模板调整好后进行堵头模板和止水带安装工作，堵头模板采用2 cm厚木模板制作，施打锚筋进行固定。橡胶止水带宽300 mm，采用定位钢筋固定。

4.5 混凝土拌制及运输

混凝土采用HZS50型强制式拌和站进行拌制，拌制过程中严格按配合比进行，并根据实际骨料含水率及时调整施工配合比。混凝土拌制后，利用25 t机车牵引8 m3轨行式混凝土搅拌车运输，采用溜槽入仓（见图4）。溜槽内壁平顺、光滑、不漏浆，混凝土浇筑前用砂浆润滑内壁。

4.6 混凝土振捣

混凝土振捣使用插入式振动器，振动器移动距离为其作用半径的1.5倍。振动器插入下层混凝土5～10 cm，振动时混凝土表面不再下沉、泛浆时缓缓拔出。混凝土分层厚度宜为30 cm，浇筑连续进行，不得中断[2]。为减少模板上浮及水平段排气问题，模板设计成中空型式，水平段采用人工收面。

5 结束语

仰拱同步衬砌施工技术的成功应用，实现了TBM正常掘进和仰拱混凝土浇筑连续跟进快速施工，提前了混凝土二衬施工，可有效率的缩短施工工期，减少了后期工期压力，可为类似工程提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 中国电力企业联合会.水电水利工程模板施工规范DL/T5110 -2013[S].北京：中国电力出版社，2013.

[2] 中华人民共和国水利部.水工混凝土施工规范SL677-2014[S].北京：中国水利水电出版社，2014.