铁路隧道仰拱快速施工和沟槽施工设备的应用

1、铁路隧道仰拱快速施工和沟槽施工设备的应用汇报人：张 勇贵广铁路工程指挥部一、隧道仰拱施工设备 1 引言为了确保铁路隧道施工安全，铁道部对隧道施工中仰拱与掌子面的距离和一次性仰拱开挖的长度进行了强制性要求。在当前隧道施工中，受仰拱填充混凝土施工循环时间长的影响，仰拱施工进度难以在安全距离内满足与隧道掘进速度一致的要求。进而影响了防水系统、二衬等后继工序的进度。尤其在级围岩中问题更为突出，使隧道仰拱成为隧道快速施工的控制工序。在现有的隧道仰拱施工中，通常采用多开仰拱工作面来提高仰拱施工进度。然而，多开工作面，就会造成安全步距无法满足，而且施工组织困难，文明施工差。油竹山隧道仰拱施工使用的仰拱快速施

2、工技术改变传统的隧道仰拱施工理念，只需设置一个仰拱工作面即可实现每天浇注一组仰拱及填充混凝土的目标，且可根据隧道开挖的最大月进度设置相应长度的模架来满足进度要求，彻底解决了隧道仰拱施工进度无法在安全距离范围内与开挖进度一致，并制约二衬等后继工序的难题。 贵广铁路油竹山隧道全长9896m，洞身地质以白云岩和灰岩为主，围岩以级为主，少量级、级。全隧设计为有仰拱复合式衬砌。 根据规范要求，仰拱混凝土要一次性整体浇筑，不留施工缝，仰拱与填充混凝土分开浇筑。在填充混凝土中预留中心水沟宽110cm，深123cm的沟槽。 2 工程设计概况3 仰拱快速施工设备的设计 3.1设计慨况 快速施工设备主要由五部分组

3、成：仰拱模架、中心沟模架、端头梁、栈桥和走行设备。 以端头梁为界，快速施工技术把仰拱填充施工分为两个工作区，即隧底开挖、出碴、清底、初支和钢筋制安等工序为第一工作区，仰拱模板安装、拆除和混凝土浇筑为第二工作区，二者以流水作业的方式组织施工。每个工作面设计为6延米，以满足月进尺180m的进度要求。3.2 快速施工设备各部分主要作用3.2.1、端头梁 满足定位并固定和协助移动仰拱模架、中心沟模架，安设仰拱填充端头模板和中埋式止水带的要求。同时，在隧底开挖出碴时，作为栈桥的临时支撑，满足混凝土罐车上栈桥浇筑仰拱混凝土的作业要求，是快速施工法的核心部分。3.2.2、仰拱模架采用折叠式模板，满足仰拱混凝

4、土一次性整体浇筑完成的要求，安装、拆模快捷，便于存放和不影响填充混凝土施工。3.2.3、中心沟模架满足填充施工中预留中心水沟的要求，安装快捷，减少仰拱与填充的工序衔接时间。3.2.4、栈桥满足在仰拱填充施工中洞内的交通要求，便于利用现有设备移动。同时作为仰拱模架、中心沟模架、端头梁整体移动的行走吊梁。3.2.5、走行设备：自制与栈桥配套的轨道吊车，把端头梁和模板系统一端悬吊在栈桥下，在模板系统另一端安设轮子在填充混凝土面滑行。配备2台8t的绞车为动力，以栈桥为吊梁，牵引模架系统向前移动。模板系统移动示意图3.3 结构设计3.3.1仰拱模架：因仰拱中部弧形半径大，坡度比较平缓，可不设模板，混凝土

5、通过自然摊铺的方法从中间向两边浇筑，混凝土浇至仰拱模板下沿时，混凝土改由仰拱两侧的顶部入模，使仰拱混凝土一次浇筑完成。经现场试验证明：混凝土坍落度在120140mm的情况下，从仰拱与二衬边墙设计施工缝处向下设置3.0米长的弧形模板，即可很好的满足仰拱混凝土的施工要求。模板采用大块组合钢模，每幅3块，模板间用枢纽连接，以翻折方式安装和拆除。每块长6m，宽1.11.2m，用10cm槽钢做加强肋，使模板具有足够的刚度，仅通过销钉固定模板两端就可完成模板固定，以简化模板加固措施。3.3 2中心沟模架中心沟模架采用模架、模板一体式设计，即用20cm工字钢为模架，在模架上用6mm钢板作面板和底板。3.3.

6、3端头梁根据仰拱和填充混凝土的结构尺寸设计端头梁，以满足端头就位后，仰拱模架、中心沟排架跟着就位的要求。梁底为弧形，与仰拱中埋式止水带位置一致，便于固定中埋式止水带。梁上边缘与填充混凝土面标高一致，可控制填充混凝土浇筑标高。在端头梁两端设立仰拱模架靠柱，定位仰拱模架。为适应隧底开挖清 理后的地形情况，共设置812根可自由伸缩的支柱，梁部采用20cm工字钢制作，设计承载60t。3.3.4栈桥考虑洞内施工中设备配套情况，每幅栈桥采用两片分离式，每片重约10t，使一台挖机可完成栈桥的移动。为保持在仰拱混凝土施工时，洞内交通畅通，由4片梁组成两幅栈桥形成双车道。栈桥长20m，单片宽1.2m。在仰拱施工

7、中，两端支撑长度和抑拱开挖斜坡长共7m，有效工作长度约13m。其中，端头梁宽度1m，把工作长度平均分为两个仰拱作业区。栈桥设计为双层结构，上层主要采用20cm工字钢，做成弧形，使桥面成为拱桥面；下层用36cm工字钢制作，上下两层之间每隔1m左右设一道联系横梁，使下层主梁受力荷载符合均布荷载模型，加强结构整体性和承载能力。3.3.5走行设备：为使栈桥能够做为快速施工法的吊梁，利用栈桥每片梁两边工字钢翼板作为轨道，配备一个轨道吊车，使之吊起端头梁，在绞车的拉动下，可以拉着仰拱模架、中心沟模架一起移动到下一工作面。轨道车采用20cm槽钢作为梁，每侧各设两个滑轮与栈桥的底层工字钢翼板咬合，确保走行顺畅

8、。轨道吊车3.3.6轨道吊车的吊运和卸货定位吊运：因端头梁有可以伸缩的支柱，所以，把端头梁用拉杆与吊车连接拉紧后，收缩端头梁的支柱，就起吊了。仰拱模架、中心沟模架一端在已施工的填充面上，安设轮子可滑行。另一端与端头梁连接，在绞车的拉动下使整体向前移动。卸载定位：模架移动到设计里 程后，需要上下调整标高，左 右调整平面位置。这时在栈桥 上挂设手动葫芦，提升端头梁， 轨道车松动拉杆就卸载了。通 过手动葫芦先上下调整端头梁 至设计标高，横向再用千斤顶 左右调整端头梁设计平面位置， 然后放下端头梁的支柱完成定位。4仰拱快速施工技术的施工过程4.1 快速施工法流程图第一工作区第二工作区隧底开挖隧底出碴虚

9、碴清理模架定位仰拱砼浇筑仰拱拆模填充砼浇筑完成仰拱填充两工作区工作流程4.2 快速施工法施工步骤如下：隧底开挖、出碴、清底（此步骤为第一工作区作业内容，可在后续第二工作区作业时同时进行）；测量放样，确定端头梁位置；栈桥就位，使栈桥与隧道中线平行；用拉杆把端头梁与两边栈桥吊车连接拉紧后，收起端头梁的支柱，使模架系统处于悬吊状态；启动电动绞车，拉动模架系统向前移动6m；利用挂在栈桥上的两个手动葫芦吊住端头梁两端，轨道吊车卸载；松开轨道吊车与端梁之间的拉杆，用手动葫芦上下调整端头梁标高至设计位置；用千斤顶横向调整端头梁至设计平面位置；放下端头梁支柱，使端头梁固定；仰拱排架一端靠紧端头梁上的端头立柱，

10、另一端利用仰拱接茬钢筋和绞车自重固定；用绞车拉住翻折的仰拱模板，人工配合放下仰拱模板至预先布设销钉上，固定模板；撑开中心沟模架，一端在端头梁上定位，另一端在已施作混凝土上定位；安设仰拱填充端头木板和止水带等防排水系统；浇筑仰拱混凝土：中部无模板部分混凝土通过自然摊铺的方式，从仰供中部开始纵向摊铺，再向左右两边同时浇筑，混凝土浇至仰拱模板下沿时，混凝土改由仰拱两侧的顶部入模，使仰拱混凝土不留施工缝，一次浇筑完成；仰拱模板拆除：利用绞车和滑轮拉起模板翻折到模架上；浇筑填充混凝；中心沟脱模后，快速施工法整体移到下一作业区。5 快速施工技术的使用效果5.1 每循环时间由原来的58小时缩短为19小时，使

11、循环时间大大缩短项目现有模式快速施工法备注隧底开挖（小时）12与混凝土工序平行作业隧底出碴（小时）2与混凝土工序平行作业虚碴清理（小时）4与混凝土工序平行作业仰拱模版安装（小时）43仰拱混凝土浇筑（小时）63等强时间（小时）42中心沟模版安装1与仰拱模板同时完成填充混凝土浇筑11等强移动栈桥施工下一模2410合计（小时）5819仰拱填充施工工序时间对照表 5.2 施工成本大幅降低 前期使用的拼装小模板，每8延米需要320kg以上的钢筋来加固和支撑，需要10个专业木工4小时以上的工作时间来完成安装工作，仰拱模板的安装费用约为225元/延米。快速施工法仅需不足10kg的钢筋，5个人3小时完成模板安

12、装，费用不足80元/延米。每延米节约成本约145元。5.3 工程质量明显提高 快速施工法法采用端头梁定位固定，整体模板，模架刚度好，有效避免了上述问题，使仰拱混凝土达到了内实外美的效果。5.4 为隧道快速掘进提供了保障 快速施工法使用前只能每3天一循环，每天进度不足3m；如果增加作业面保证进度，必然要加大掌子面与衬砌间的距离，造成安全步距超标，使得施工进度与安全步距之间的矛盾一直未能得到很好的解决。采用本例快速施工法法施工，可满足每月235米（6m241931=235m）的施工进度要求。若将本例模板长度由6米加长到8米，则可满足每月313米（8m241931=313m）的施工进度要求。所以，快

13、速施工法法可轻易地满足隧道施工各工序安全步距的实现。5.5 优化洞内施工组织和工序分区、利于标准化作业和安全文明施工 模架法施工工艺只需保留一个仰拱作业面，减少了工序分区间的相互干扰，减小了掌子面与二衬之间的作业面数量和总长度，利于二衬及时跟进，保障了隧道施工安全；双车道栈桥保持了洞内开挖出碴作业的交通畅通，文明施工和标准化作业水平显著提高。二、隧道水沟电缆槽移动模架1前言铁道部推行的“建设标准化管理”是推进大规模 高铁建设的重要保障。因水沟电缆槽断面小，轮廓线条多、面多等因素，使隧道内的水沟电缆槽对人工技能要求高，施工成本高，难以实现标准化要求。目前没有可用于水沟电缆槽施工的标准化设备2工程

14、设计概况油竹山隧道设计为双线隧道，双侧均设水沟、电力电缆槽、电信电缆槽3道沟槽。根据规范要求，水沟电缆槽混凝土的施工要一次性浇筑完成。 3 现有水沟电缆槽施工方案利弊分析 现有的混凝土模板安装方案主要采用小块钢模（如宽30cm，长150cm）按照构件尺寸的拼装，利用钢管、方木、型钢等作为背梁加强模板的整体刚度，再通过杆件支撑，使模板的空间位置固定。即所用的各种部件是零散的，每次使用都要把每个部件组装和拆卸一次。这种方案使沟槽整体线形难控制，易形成“S”轮廓线，板缝 多，模板间错台容易超标，对工人的专业技能要求高，人工花费大。需要找到一种安装加固快，使用方法简单，使用费用低，既能保证质量沟槽质量

15、，又能控制成本、满足进度要求的施工方案。4 水沟电缆槽移动模架的设计移动模架总重约4t，长11m，宽2m，可采用人工推行移动或机械牵引移动，如11kw的电动卷扬机。主要由模板、模架、定位卡组成，使用方便、简单，制作成本低 模板：为便于安装和拆卸，把沟槽墙模和底模设为一体，做成“L”型，这样每道沟模板设计为左右两块，每块长5m。模板面板采用4mm厚的钢板；纵、横向肋板用550mm的扁铁，间距300mm；四周用55050mm角铁。在模板顶部每1m设一直径30mm、长150mm的钢管柱，用于配合定位卡定位使模板定位。 模架：全部用20cm槽钢焊接，a、采用2根20cm槽钢作为模架内侧纵梁；b、外侧纵

16、梁做成排架式，便于沟槽外边模的定位和安装行走滑轮；c、横梁4道，均由两条20cm槽钢双拼形成方钢，中间两道横梁间距5m，均在横梁中间留有5cm宽的通缝，满足悬挂模板和使模板左右移动的作用；d、立柱2根，下端设行走滑轮，分别位于模架两端中间沟的位置，用于支承模架和移动。 地点，过通悬挂模板丝杆左右移动模板到设计平面位置，拧动丝杆上的螺母，调整模板到设计标高。用定位卡每米设置卡位模板上沿和下沿，再拧动排架上的丝杆顶住边模，便完成了移动模架的就位和固定。 定位卡：由1道横梁3条立柱组成。横梁采用10100100mm角铁制作，在横梁上钻“U”型卡口卡住模板上的小立柱，定位模板上边沿；定位卡立柱采用12

17、cm槽钢制作，3条立柱分别对应模板的下边沿，用于固定模板下边沿。安装就位和定位措施：通过模架把模板、定位卡组合形成移动模架，总重量约4t。移动模架可纵向移动到施工5水沟电缆槽移动模架的使用步骤（1）测量放线；（2）钢筋制安；（3）预埋件设置检查（4）模板安装测量放样，确定最外侧模板的位置；模架移动就位，调整模架位置，使其外侧距边模位置约30cm（10cm）处；通过悬吊模板的丝杆将模板横向移动至设计平面位置，再通过拧动丝杆上的螺帽调模板标高至设计标高；安装定位卡，拧紧定位螺栓，使模板位置固定。安装档头模板、涂脱模剂、检查预压件等。（5）混凝土浇注。混凝土均匀分层浇注，一次性浇筑完成。因沟槽断面小，不能直接用罐车入模，需要用铁皮制成平口“”型溜槽，如图凿孔引导混凝土入模，使模内混凝土面均匀上升。坍塌宜控制在1416cm范围。（6）拆模松开定位螺栓，拆除定位卡；用小锤敲击震动模板，使模板与混凝土脱离；调整悬吊丝杆，使槽内两块模板一上一下后收拢，提升；移动模架整体至下一组施工位置，用11kw电动卷扬机牵引。或人工用撬棍使模架向前滑动后，6人可直接推动行走。6使用水沟电缆槽移动模架效果(1)使每一模水沟电缆槽模板安装时间大大缩短使用小模板现场用锚固钢筋支撑和拼装，模板安装