摘 要 針對(duì)TBM單工序、快速掘進(jìn)施工的特點(diǎn),必須有一套適應(yīng)滿足其施工特點(diǎn)并與之相配套的快速襯砌施工技術(shù)。本篇文章著重介紹了穿行式模板臺(tái)車快速襯砌施工技術(shù),為完善TBM施工的長(zhǎng)大隧道配套技術(shù)提供了非常寶貴的第一手資料。關(guān)鍵詞 TBM 單工序 穿行式模板臺(tái)
１ 概況 秦嶺特長(zhǎng)隧道是西安—安康鐵路的重點(diǎn)控制工程,也是目前國內(nèi)最長(zhǎng)的鐵路單線隧道（全長(zhǎng)18.46km）。隧道Ⅰ線采用TBM（機(jī)型TB880E）施工,隧道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面為直徑φ8.8m的圓形斷面,襯砌斷面為直徑φ7.7m～φ7.8m的圓形斷面（隧道斷面圖見圖1）,為創(chuàng)國優(yōu)工程。圖1 隧道襯砌斷面示意圖秦嶺隧道Ⅰ線于1999年9月6日貫通,工期要求在2000年6月1日前達(dá)到鋪軌條件。在短短的10個(gè)多月時(shí)間里,要完成TBM拆機(jī)（至少3個(gè)月）、附屬洞室開挖、襯砌（共29個(gè)）、洞身襯砌（模筑混凝土襯砌3957m,鋼纖維襯砌1310m）、5883.39m的彈性整體道床和水溝電纜槽及其它所有附屬工程的施工任務(wù)和退場(chǎng)工作。加之因Ⅱ線平導(dǎo)無法利用,所有的后期施工全為獨(dú)頭運(yùn)輸施工。工期緊、指標(biāo)高、質(zhì)量要求高,任務(wù)非常艱巨。為適應(yīng)和滿足以上要求,中鐵隧道集團(tuán)一處結(jié)合TBM配套科研項(xiàng)目,成功開發(fā)、研制了兩臺(tái)穿行式模板臺(tái)車,精心組織布署,合理安排,成功運(yùn)用該技術(shù)及其配套技術(shù),創(chuàng)模筑混凝土襯砌月進(jìn)尺1075m 的全國紀(jì)錄,并成功實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)大隧道獨(dú)頭運(yùn)輸六個(gè)工作面平行快速施工技術(shù),5個(gè)月完成模筑襯砌、4個(gè)月完成彈性整體道床、溝槽施工任務(wù),提前保質(zhì)完成了秦嶺隧道Ⅰ線進(jìn)口標(biāo)段的全部施工任務(wù),工程合格率100%,優(yōu)良率100%,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為確保工期,并針對(duì)多工作面長(zhǎng)大隧道獨(dú)頭運(yùn)輸快速施工的特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,后期施工采取由洞內(nèi)向洞口方向進(jìn)行,按先襯砌、再道床、而后溝槽的施工順序組織施工。模筑襯砌施工采取三個(gè)工作面平行作業(yè)：兩臺(tái)穿行式模板臺(tái)車負(fù)擔(dān)TBM掘進(jìn)施工段二次襯砌任務(wù),一臺(tái)普通模板臺(tái)車負(fù)責(zé)TBM預(yù)備洞鉆爆法施工段襯砌。結(jié)合秦嶺隧道噴射鋼纖維混凝土作為永久襯砌設(shè)計(jì),二次襯砌施工安排見圖2。
DK70+245 DK64+621.5+361.61

TBM拆卸洞（分界里程）

DK70+200 DK69+650 DK69+390 DK69+010 DK66+500 DK66+230 DK66+090 DK65+600

預(yù)備洞(洞門)

1×3

鋼纖維

1×3

F4斷層（鉆爆法預(yù)先處理）

1×3

1×2

鋼纖維

1×2

鋼纖維

1×3

1×2

圖2 二次襯砌施工安排示意圖

進(jìn)度安排：模筑襯砌進(jìn)度指標(biāo)：890m/月,1×3每天兩個(gè)循環(huán)（33m/d）,1×2每天一個(gè)循環(huán)（16.5m/d）。２ 穿行式模板臺(tái)車的工作原理及特點(diǎn)２.１ 穿行式模板臺(tái)車的組成穿行式模板臺(tái)車由2～3組模板總成（每組模板長(zhǎng)16.5m）、一臺(tái)穿行架、一臺(tái)防水板鋪設(shè)架、一臺(tái)后部處理架、一組浮放道岔組成,是一集機(jī)、電、液于一體的大型施工設(shè)備,為軌行式,利用TBM施工軌道的兩條外軌作為其走行軌道,臺(tái)車內(nèi)部安設(shè)有浮放軌,以利在襯砌期間車輛通行。２.２ 穿行式模板臺(tái)車的工作原理２.２.１ 穿行原理：穿行式模板臺(tái)車的特點(diǎn)是穿行架與模板總成可以分離,且模板總成在與穿行架分離后能夠自穩(wěn),滿足混凝土強(qiáng)度發(fā)展要求。穿行方式詳見圖3。
圖3 穿行式模板臺(tái)車穿行示意圖２.２.２ 臺(tái)車轉(zhuǎn)移、定位（見圖4）：圖4 穿行式模板臺(tái)車定位、轉(zhuǎn)移示意圖
臺(tái)車轉(zhuǎn)移：臺(tái)車前移時(shí),由防水板鋪設(shè)架、后部處理架利用鏈條提升起浮放道岔,使之脫離施工軌面以上30～40cm；穿行架背后一組模板總成,隨同混凝土泵一起在鋪設(shè)架、穿行架、處理架走行輪同步帶動(dòng)下前行轉(zhuǎn)移。臺(tái)車定位：由穿行架走行輪、升降油缸、水平平移油缸、穿行架與模板總成間的各伸縮油缸動(dòng)作完成對(duì)接、中線、水平定位,并由穿行架與模板總成間及其自身結(jié)構(gòu)的連接銷、鎖定螺栓（桿）完成鎖定。變截面處理：模板臺(tái)車每組模板部成包括頂模、兩側(cè)邊模、兩底模共五大塊,各塊之間連接采取鉸接,設(shè)計(jì)基本半徑為400cm,通過頂模、側(cè)模的相應(yīng)動(dòng)作,可適應(yīng)R=390～408cm之間的各種半徑襯砌需要。因截面變化不大,因此除基本半徑外,在各變截面定位過程中,只保證頂模中線頂點(diǎn),兩側(cè)模底邊三點(diǎn)位于變截面圓周上。２.３ 穿行式模板臺(tái)車的特點(diǎn)２.３.１ 由2～3組配套的自身具有自穩(wěn)性的模板總成交替循環(huán)作業(yè)實(shí)現(xiàn)快速襯砌施工作業(yè),大大節(jié)省了混凝土脫模等強(qiáng)時(shí)間,同時(shí)也滿足了一臺(tái)穿行架連續(xù)作業(yè)要求,襯砌月進(jìn)尺達(dá)1000m以上。２.３.２ 配備有防水板鋪設(shè)架、后部處理架等襯砌相關(guān)作業(yè)平臺(tái),滿足各工序快速平行作業(yè)的要求。２.３.３ 配備有一套完善的浮放軌軌線運(yùn)輸系統(tǒng),不影響其它工作面的施工,特別適用于6km及以上的長(zhǎng)大獨(dú)頭運(yùn)輸隧道施工。３ 施工準(zhǔn)備３.１ 穿行式模板臺(tái)車設(shè)計(jì)、制造：穿行式模板臺(tái)車的設(shè)計(jì)、制造均由中鐵隧道集團(tuán)一處承擔(dān)。 ３.２ 臺(tái)車組裝：1×3臺(tái)車在TBM拆卸洞進(jìn)行組裝,1×2臺(tái)車在洞口進(jìn)行組裝。３.３ 混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、灌注設(shè)備準(zhǔn)備：為滿足穿行式模板臺(tái)車快速襯砌施工要求,每組模板設(shè)計(jì)混凝土用量約120m3,相應(yīng)的設(shè)備配備如下：３.３.１ 混凝土生產(chǎn)：混凝土由洞外兩臺(tái)50m3/h（并備用一臺(tái)30m3/h拌合站）自動(dòng)計(jì)量混凝土拌合站生產(chǎn)。３.３.2 混凝土運(yùn)輸：由5列混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸混凝土,每列車由1輛機(jī)車兩輛混凝土車組成,軌行式混凝土車凈容10m3。３.３.３ 混凝土灌注：由兩臺(tái)60m3/h軌行式輸送泵灌注混凝土入模,泵設(shè)置在臺(tái)車兩端,一泵灌一側(cè),兩泵負(fù)擔(dān)同量的混凝土。３.４ 運(yùn)輸軌線系統(tǒng)調(diào)整后期施工行車編組與TBM開挖行車編組不同,在后期施工前對(duì)洞外軌線作了調(diào)整。調(diào)整原則：３.４.1 保證1#、2#、3#拌合站可同時(shí)生產(chǎn),并在生產(chǎn)完混凝土后行車互不干擾,每一個(gè)拌合站都可獨(dú)立行車。３.４.２ 盡可能地提高倒運(yùn)效率,并盡最大限度縮小調(diào)整量。３.５ 洞內(nèi)施工準(zhǔn)備及界面條件３.５.1 邊基施工：邊基設(shè)計(jì)、施工見圖5,并做好接茬筋。３.５.２ 特殊地段處理：a.附屬洞室施工：在臺(tái)車襯砌之前,所有的附屬洞室（在TBM掘進(jìn)時(shí)無法同時(shí)開挖）開挖完畢,并對(duì)較深的洞室進(jìn)行提前立模灌注一部分,留不大于1.5m的長(zhǎng)度與二次襯砌同時(shí)完成。在臺(tái)車到達(dá)之前,立好洞室模板,達(dá)到與臺(tái)車接合條件。b.洞內(nèi)軌線偏差超出臺(tái)車調(diào)整限差地段須提前處理。圖5 邊基施工示意圖
４ 施工工藝４.１ 工藝流程（見圖6）圖6 穿行式模板臺(tái)車工藝流程圖
４.２ 工藝細(xì)節(jié)４.２.１ 防水板鋪設(shè)：防水板采用PE板、土工布,事先按每環(huán)22m,幅寬3m卷卷加工好,利用鋪設(shè)架采用無釘鋪設(shè)法。防水板搭接縫焊采用自動(dòng)熱合機(jī)焊接為雙焊縫,用手工焊補(bǔ)強(qiáng)。 ４.２.２ 臺(tái)車轉(zhuǎn)移、定位臺(tái)車轉(zhuǎn)移（詳見圖4）定位程序：首先通過穿行架走行輪,四個(gè)升降油缸,兩個(gè)水平平移油缸動(dòng)作完成該組模板后端與上一循環(huán)模板實(shí)現(xiàn)對(duì)接,插上對(duì)接銷子,連上兩顆大連接螺栓,再由人工用儀器依次按高程、中線順序指揮臺(tái)車前端升降油缸、平移油缸動(dòng)作定出頂模位置并鎖定；然后操作兩側(cè)模伸縮油缸定出兩側(cè)模位置,并鎖定,之后放下兩底模,上緊所有鎖定、連接螺栓（桿）,完成定位。定位技術(shù)要求：a.要達(dá)到兩模板高精度對(duì)接,臺(tái)車垂直度、中線水平的高精度定位尤為關(guān)鍵,定位精度要求：中線、高程±2mm。b.臺(tái)車緊固鎖定時(shí)要求兩側(cè)對(duì)稱同時(shí)進(jìn)行。４.２.３ 堵頭板安裝：定好位并鎖定后,即進(jìn)行堵頭安裝。因斷面較為規(guī)則,堵頭采用氣囊堵頭。４.２.４ 預(yù)埋件處理：所有預(yù)埋件提前安裝。４.２.５ 澆注振搗：a.混凝土灌注施工嚴(yán)格按規(guī)范、技術(shù)要求進(jìn)行。b.灌注混凝土?xí)r應(yīng)左右對(duì)稱分層進(jìn)行,確保兩側(cè)混凝土灌注面等高、同步,用震動(dòng)器搗固,大跨以下部分用高頻低幅震動(dòng)器搗固；管路出口應(yīng)盡量對(duì)準(zhǔn)混凝土灌注面,勿使混凝土噴出時(shí)直伸模板或巖壁。c.在灌注混凝土過程中,嚴(yán)禁損壞防水層。４.２.６ 養(yǎng)生等強(qiáng)、脫模：在正常情況下,混凝土自灌注完成后養(yǎng)生等強(qiáng)6.5～7h后穿行架即可脫離此模板進(jìn)入下一循環(huán)；此循環(huán)模板在自灌注完成后 39～40h即可脫模。 ４.２.７ 脫模后檢查整修：整修工作利用后部處理架進(jìn)行。要求：確保襯砌表面平順,顏色一致,整體效果協(xié)調(diào)統(tǒng)一。5 安全質(zhì)量保證措施5.1 成立”安全質(zhì)量管理小組”,實(shí)行安全質(zhì)量行政負(fù)責(zé)終身制,職、權(quán)、責(zé)明確到人頭,層層把關(guān),一級(jí)對(duì)一級(jí)負(fù)責(zé)。5.2 鋪設(shè)防水層必須組織技術(shù)熟練、責(zé)任心強(qiáng)的技術(shù)工人組成專業(yè)班進(jìn)行施工,確保防水層鋪設(shè)質(zhì)量。5.3 穿行架脫離前,模板總成所有絲桿務(wù)必全部緊固一道,防止此循環(huán)混凝土報(bào)廢事故發(fā)生。5.4 臺(tái)車定位操作,必須嚴(yán)格按技術(shù)要求進(jìn)行,確?；炷帘砻尜|(zhì)量。為確保模板對(duì)接良好,必須保證臺(tái)車定位精度,避免錯(cuò)臺(tái)、漏漿現(xiàn)象。臺(tái)車定位后,所有絲桿必須全部緊固一道,以免灌注過程中跑模。堵頭板質(zhì)量務(wù)必確保,杜絕堵頭垮塌、混凝土泄露事故發(fā)生。圓形模板浮力很大,抗浮千斤頂務(wù)必支頂牢靠。5.5 混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、灌注必須嚴(yán)格按技術(shù)要求進(jìn)行施工。灌注時(shí),兩側(cè)對(duì)稱均勻灌注,防止偏壓跑模。在灌注封頂時(shí),混凝土必須確保連續(xù)供應(yīng),插好排氣孔,注意封頂程序,確保安全和封頂密實(shí),封頂時(shí),只能用一臺(tái)泵進(jìn)行灌注,并應(yīng)有專人指揮,排氣孔觀察人員與混凝土泵司機(jī)要保持密切聯(lián)系,排氣孔一有漏漿,立即停止正常泵送,采取點(diǎn)動(dòng)控制泵送,確保灌注安全。5.6 在臺(tái)車穿行前移過程中,安有專人指揮、專人操作,遇障礙必須提前停止,防止沖撞,排除障礙后再行穿行。臺(tái)車穿行時(shí),模板必須收攏到穿行要求位置,模板上所有作業(yè)窗一律關(guān)閉、上緊,否則不得穿行,浮放軌、鋪設(shè)臺(tái)架、處理臺(tái)架,所有掛鉤連接安全、可靠,確保穿行安全。
5.7 氣囊堵頭在應(yīng)用過程中要有專人負(fù)責(zé),嚴(yán)格按照操作細(xì)則進(jìn)行作業(yè),防止發(fā)生意外。5.8 在防水層施作過程中,應(yīng)安全用電,要有漏電保護(hù)裝置,使用射釘彈,必須專人負(fù)責(zé),在凹凸不平的基面上發(fā)射時(shí)必須佩帶安全防護(hù)罩。5.９ 確保堵頭板安裝質(zhì)量和附屬洞室模板立模質(zhì)量,要有專人看模,遇險(xiǎn)情立即通知停止灌注,并使人員撤離至安全地段。6 效益分析6.1 采用穿行式模板臺(tái)車施工,利用各組模板循環(huán)灌注施工,減少了混凝土等強(qiáng)時(shí)間,縮短了循環(huán)周期,減少了設(shè)備投入,提高了襯砌施工速度,為高精度、高指標(biāo)的整體道床施工贏得了寶貴時(shí)間,確保了施工工期,為保證西康線提前投入運(yùn)營創(chuàng)造了有利條件,相應(yīng)地帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。6.2 采用了浮放道岔技術(shù),成功解決了隧道獨(dú)頭運(yùn)輸多個(gè)工作面平行作業(yè)難題,為以后隧道獨(dú)頭快速施工提供了經(jīng)驗(yàn),同時(shí)節(jié)約投資,社會(huì)效益顯著。7 結(jié)束語7.1 為確保襯砌混凝土表面質(zhì)量和臺(tái)車的正常順利使用,模板臺(tái)車要達(dá)到良好的對(duì)接效果,作為硬件的模板臺(tái)車其加工剛度、精度是前提,規(guī)范操作是關(guān)鍵。7.２ 長(zhǎng)大隧道多工作面獨(dú)頭運(yùn)輸施工,線長(zhǎng)點(diǎn)多,行車密度大,相互干擾嚴(yán)重,只有以運(yùn)輸組織為中心加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理,完善配套設(shè)施,合理優(yōu)化各工作面間工序銜接關(guān)系,縮短工序銜接時(shí)間,提高工效。在秦嶺隧道Ⅰ線后期施工中,曾創(chuàng)多工作面平行作業(yè)模筑襯砌月進(jìn)尺1075m、整體道床月進(jìn)尺2250m的記錄。7.3 該工藝還可用于水工隧道和TBM施工的其它同形隧道工程,為TBM快速掘進(jìn)施工提供了成功的配套施工技術(shù),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。作者簡(jiǎn)介徐軍哲，男，27歲，助理工程師，道路工程專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，TBM公司副總工程師