新型無骨架隧道襯砌模板臺車洞內(nèi)安裝方法

邢 泊，姚 宇

(1.中鐵隧道裝備制造有限公司，鄭州 450016;2.中鐵隧道集團四處有限公司，南寧 530000)

0 引言

在隧道鉆爆法施工中，模板臺車已成為二次襯砌必不可少的設(shè)備。但隨著我國對隧道施工標準的提高，配套設(shè)備高性能、快速高水平施工、人性化管理等已成為隧道施工發(fā)展的新方向，表現(xiàn)為快速支護、襯砌及與其相關(guān)聯(lián)的施工通風(fēng)與環(huán)境控制。

傳統(tǒng)模板臺車門架采用桁架結(jié)構(gòu)，支撐螺桿密布，凈空較小，通常僅供1輛渣車通行，回風(fēng)性能差，掌子面處空氣流通不暢，這直接影響到工人工作環(huán)境，危及作業(yè)人員健康，當(dāng)用于長大隧道時，這種現(xiàn)象更為突出。為此，多個項目曾作出努力，例如在贛龍線貓頭嶺隧道出口工區(qū)和圓梁山隧道出口工區(qū)均采用雙軟管混合式通風(fēng)［1－2］，洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境得到很大改善，但長期應(yīng)用此種方法，能耗增多，施工成本增大;太中銀鐵路張家寨隧道和柳林隧道施工方則均從成本方面考慮，并未對臺車主體進行過多更改［3－4］。

富寧隧道全長13 748 m，隧道地質(zhì)復(fù)雜，是云桂鐵路云南段最長的隧道，被列為全路45座Ι級風(fēng)險隧道。本文通過介紹該長大隧道的邊界條件及新型大凈空無骨架模板臺車的結(jié)構(gòu)，總結(jié)出其洞內(nèi)安裝方法，并分析通過改進模板臺車結(jié)構(gòu)設(shè)計給施工成本及環(huán)境帶來的積極效果，為類似項目提供參考。

1 工程概況

云桂鐵路云南段富寧隧道一項目十一工區(qū)出口位于云南省富寧縣新華鎮(zhèn)，該工區(qū)全長3 757 m，是新型無骨架隧道襯砌模板臺車試驗區(qū)間，圍巖等級Ⅲ級，為多種斷面設(shè)計?；A(chǔ)斷面隧道凈寬13.55 m，凈高9.61 m，襯砌厚度為350 mm。2#橫洞長度為200 m，斷面尺寸遠小于新型模板臺車襯砌尺寸，不允許臺車在洞外安裝后整體移動至洞內(nèi)，因此新型無骨架隧道襯砌模板臺車(以下簡稱“新型模板臺車”)需要在正洞內(nèi)進行組裝。

2 新型模板臺車簡介

2.1 新型模板臺車主體結(jié)構(gòu)

參照傳統(tǒng)模板臺車結(jié)構(gòu)設(shè)計［5－7］，并在其結(jié)構(gòu)上取消門架。新型模板臺車主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 模板臺車主體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 New type of lining formwork trolley

1)由于需要適應(yīng)變斷面襯砌，設(shè)計時將模板分為上模板和下模板，兩者通過固定桿和三角座連接，轉(zhuǎn)換三角座不同栓接面即可適應(yīng)變斷面襯砌。

2)橫移架置于基礎(chǔ)底架上，并安裝了滑軌、升降油缸、下展開油缸、橫移油缸等?；壟c下模板小臂連接，使整個模板與橫移架形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，操作液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)兩邊模板升降、開合、平移動作。

3)車輛走臺供襯砌時車輛行走之用。在襯砌狀態(tài)下車輛走臺底座放置地面，但其高于基礎(chǔ)底架，以防車輛行走時將振動傳到模板。待襯砌完畢后，車輛走臺油缸升起使其脫離地面與臺車一起行走。

2.2 新型模板臺車的結(jié)構(gòu)特點

1)取消門架設(shè)計，兩側(cè)模板靠頂部鉸銷連接，底部由銷軸將小臂與升降座滑軌連接，通過下展開油缸的伸縮，以頂部鉸銷為圓心，鉸銷至小臂滑塊直線距離R=8.397 m的圓弧運動，襯砌時可將頂部鉸銷及兩側(cè)小臂滑塊軸看作三角形三頂點，使模板與基礎(chǔ)底架形成整體閉環(huán)結(jié)構(gòu)，可有效提高模板剛度。

2)基礎(chǔ)底架功能與傳統(tǒng)模板臺車門架功能相近，襯砌時連接兩側(cè)模板，但其高度已降低至可供車輛行走，使臺車整體凈空增加。

2.3 傳統(tǒng)模板臺車安裝方法

傳統(tǒng)模板臺車主體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)模板臺車Fig.2 Conventional formwork trolley

傳統(tǒng)模板臺車主體結(jié)構(gòu)由頂模、邊模和門架組成，洞內(nèi)組裝順序［8］為:門架—頂?！吥＃M裝時洞頂需要打錨桿，可不擴挖。由于傳統(tǒng)模板臺車各部分質(zhì)量較輕，因此配套機械只要1臺挖掘機或裝載機輔助作業(yè)即可完成。

新型模板臺車結(jié)構(gòu)改變較大，由于初次設(shè)計，在考慮安全的前提下，各部件質(zhì)量都相應(yīng)增加，設(shè)計完成后鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為150t，單純依靠錨桿無法將模板吊裝到位，因此需要將傳統(tǒng)安裝方法進行更新。經(jīng)過多次試驗，總結(jié)出新型模板臺車在大斷面隧道內(nèi)的安裝方法。

3 新型模板臺車主體安裝

3.1 安裝邊界條件

為保證臺車安裝順利進行，還要將隧道某處擴挖。新型模板臺車安裝時洞內(nèi)條件如圖3所示。

圖3 新型模板臺車安裝時洞內(nèi)條件示意圖(單位:m)Fig.3 Constraining conditions for assembly of new type of formwork trolley(m)

該工區(qū)開挖方式為由2#橫洞進入分別向兩側(cè)開挖正洞，至新型模板臺車安裝時，出口方向挖出70 m，進口方向還未開挖，由于工期及安全因素，要求安裝人員利用70 m開挖距離進行臺車組裝，進口方向開挖面爆破時所有人員撤離躲避。

錨桿位置距已開挖面約20 m，擴挖長度2 m，深度0.45 m，在擴挖處共打入4根φ22鋼筋作為錨桿，并填充足量錨固劑。洞頂擴挖及錨桿位置見圖4。

考慮到洞頂錨桿承載能力，安裝方案制訂時擬采用汽車起重機吊裝下模板，并分別租賃16 t及25 t進行洞內(nèi)吊裝下模板試驗，最終決定由2臺中聯(lián)QY25同時吊裝整榀下模板。由于現(xiàn)場條件限制，并未對頂部錨桿進行全負荷的預(yù)拉試驗，僅對1塊上模板(約2 t)進行了拉力測試，結(jié)果證明，利用頂部錨桿可將上模板順利吊起。

圖4 頂部擴挖及錨桿位置簡圖(單位:mm)Fig.4 Tunnel cross-section enlargement and positions of bolts(mm)

3.2 安裝前準備工作

3.2.1 勞動力組織

新型模板臺車首次進行洞內(nèi)安裝，為保證施工進度，共配備安裝人員16人，分白班和夜班各12 h，每班8人，各由3名熟練工人和5名現(xiàn)場臨時工人組成，同時租賃挖掘機及吊車均配備專職起重工，起重機根據(jù)需要進入洞內(nèi)吊裝，具體由各班負責(zé)人安排。在現(xiàn)有勞動力配備的情況下，預(yù)計28 d完成新型模板臺車主體安裝。安裝人員分配見表1。

表1 安裝人員分配表Table 1 Labor organization

3.2.2 主要輔助設(shè)備清單

由于新型模板臺車取消門架，因此在吊裝過程中難以找到固定點，要使各模板與基礎(chǔ)底架及相互之間實現(xiàn)空中對接，需要多種設(shè)備輔助進行，主要輔助設(shè)備清單見表2。

表2 主要輔助設(shè)備清單Table 2 Major assistant equipment

3.2.3 安全事項培訓(xùn)

為了防止生產(chǎn)安全事故，在新型模板臺車安裝前，特別對參與安裝人員進行了安全培訓(xùn)，主要內(nèi)容如下:

1)安裝人員要建立完善的交接班制度。在交接班時，交班人應(yīng)將本班組的施工情況、出現(xiàn)的問題及解決措施等向接班人詳細交代，并做好交接班記錄。

2)所有進入隧道的施工人員，必須按規(guī)定佩戴好安全防護用品。由于新型模板臺車安裝需要高空作業(yè)，因此安裝人員在高處作業(yè)時要系好安全帶。

3)做好防護工作。由于開挖長度限制，進行爆破時，所有安裝人員必須撤離躲避，并在躲避前將臺車液壓泵站、電機、電焊機等設(shè)備用木板遮擋，以免設(shè)備受到飛石損害。

4)嚴格遵守《施工安全用電規(guī)定》。不得私自亂接亂用，該類事項由每班所配電工負責(zé)。

5)遇到突發(fā)事件需要停止安裝時，要及時清場，拉閘斷電，鎖好開關(guān)箱。

6)對于租賃公司所配專職起重工的要求。操作前應(yīng)進行設(shè)備檢查，正常情況下才能進洞作業(yè);操作時鳴鈴警告;指揮信號明確后起吊;貨物載人及綁扎不牢時不起吊;其他事宜均嚴格按照專職起重工培訓(xùn)手冊進行，不得違規(guī)操作。

3.2.4 安裝步驟

鋪軌—基礎(chǔ)底架安裝—2組橫移架分別放在基礎(chǔ)底架第6榀和第7榀位置—第7榀～第1榀下模板安裝—第1榀～第7榀上模板安裝—第8榀下模板安裝—第8榀上模板安裝。

1)鋪軌。平整場地，鋪設(shè)鋼軌，鋼軌長度37.5 m，軌距9.4 m，兩側(cè)鋼軌軌頂標高誤差為±3 mm。

2)基礎(chǔ)底架安裝。ZL50裝載機將基礎(chǔ)底架散件運進洞中，用DH215－9挖掘機吊裝底架各零件使其對接完整，完成后兩側(cè)連接梁頂面再次抄平，確保其在同一水平面上，為模板安裝奠定基礎(chǔ)。

3)橫移架初裝。將橫移架1和橫移架2分別放置在基礎(chǔ)底架第7榀和第6榀模板對應(yīng)空當(dāng)中間位置(如圖5所示)，在基礎(chǔ)底架上安裝好電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)，調(diào)整基礎(chǔ)底架可以在鋼軌上行走自如。

圖5 基礎(chǔ)底架初始安裝圖(單位:mm)Fig.5 Primary assembling of foundation frame(mm)

4)下模板安裝。下模板弧長8.41 m，共16塊，每塊質(zhì)量約4.5 t，加上花架質(zhì)量2 t，每榀下模板質(zhì)量約為11 t?；茌o助下模板安裝，主要功能是使每榀2塊下模板定位一致，并為整榀下模板安裝提供吊點?；芄?組，經(jīng)不斷拆裝以輔助每榀下模板安裝。下模板及花架散件由ZL50裝載運至洞內(nèi)錨桿下方，組裝完畢后，起吊、空中定位對接靠2臺zoomlion QY25V汽車起重機實現(xiàn)。

首先安裝第7榀下模板。將基礎(chǔ)底架開至仰供邊緣處，短距離內(nèi)用DH215－9挖掘機將2塊下模板、1組花架運至錨桿下方組裝成1榀。2臺QY25V汽車起重機分別對稱于仰供中心水溝兩側(cè)布置。為保證吊鉤零行程時可將模板吊起脫離地面，起重機主臂頂部需伸至擴挖面處進行吊裝?；芊?層4個吊點，分別用鋼絲繩在吊點位置拉緊，汽車吊主副鉤同時下降，用副鉤吊住上層吊點，主鉤吊住下層吊點，吊車同時收鉤，緩慢將模板拉起，使其趨于垂直并脫離地面。適當(dāng)調(diào)整模板位置，使其中心線盡量與隧道中線對齊并在模板底部墊好枕木。開動底架至模板底部，通過調(diào)整升降油缸和下展開油缸使模板與小臂連接，從而完成第7榀下模板與底架連接。由于單榀模板寬度僅為1.5 m，為防止底架行走過程中模板傾翻，在花架四角分別拉3 t倒鏈至底架絲杠耳板以保證行走時模板的穩(wěn)定性(見圖6)。

開走底架，帶動已安裝模板移至仰供邊緣處，避開擴挖位置，用裝載機將第6榀下模板運至洞內(nèi)組裝，汽車起重機用上述方法將第6榀下模板吊起，吊點位置仍在擴挖處，微調(diào)吊車位置，使第6榀下模板分別與第7榀模板、橫移架2完成空中對接。

同上，依次將第5～第1榀下模板吊起并使之與前面的模板連接。當(dāng)安裝完3榀模板后，倒鏈即可拆除。

在此過程中，不斷拆裝第2組花架及橫移架2使其連接新的下模板，直至與第1榀下模板連接后，其位置不再移動。在吊裝橫移架過程中，臺車不能移動，模板底部也需用枕木墊好。由于吊車主臂行程及空間限制，第8榀下模板要最后安裝。

5)上模板安裝。上模板弧長4.507 m，共16塊，每塊質(zhì)量2 t，依靠挖掘機和擴挖處錨桿完成安裝。首先安裝第1榀左側(cè)上模板(圖5前進方向左側(cè))，利用鋼絲繩穿過錨桿處吊鉤，一端連接上模板面板上已配焊吊耳，另一端連接挖掘機鏟斗，通過挖掘機向后移動將上模板吊起。移動基礎(chǔ)底架，使第1榀下模板與對應(yīng)上模板銷軸連接，同時調(diào)整上模板旋轉(zhuǎn)角度即可用固定桿將兩者連接。用上述方法安裝第1榀右側(cè)上模板，為保證與左側(cè)上模板頂部對接時具備微調(diào)性，將固定桿換成臨時調(diào)節(jié)絲桿(見圖7)，通過調(diào)節(jié)絲桿的長短使2塊上模板頂部鉸點同軸，由2人負責(zé)打入頂部銷軸，完成后再去掉右側(cè)上模板臨時調(diào)節(jié)絲桿，換上固定桿(見圖8)。

圖6 吊點位置及3 t倒鏈布置位置簡圖Fig.6 Layout of hoisting points and 3t-capacity chain hoist

同理，其余上模板也靠此種方法安裝。

6)第8榀模板安裝。拆下花架1并利用倒鏈將其放置在掌子面，為保證吊車通過，挖掘機首先安裝車輛走臺，2臺汽車起重機分別通過車輛開到臺車內(nèi)側(cè)，調(diào)好位置，輔助安裝第8榀下模板，仍利用上面方法將下模板安裝完畢(見圖9)。

拆除花架，吊車開出洞外。第8榀位置開至錨桿正下方并在模板底部墊好枕木，底架不再移動，挖掘機將車輛走臺撤走一部分，使橫移架1有足夠空間移至第8榀模板處并與模板連接。重新布置車輛走臺，挖掘機駛?cè)肱_車內(nèi)側(cè)輔助安裝第8榀上模板。

至此，新型模板臺車主體安裝完畢。

4 成本分析及應(yīng)用效果

通過上述方法，新型模板臺車已成功在云桂鐵路云南段項目經(jīng)理部二分部十一工區(qū)完成洞內(nèi)組裝，自2011年2月10開始安裝，至2月27日完成主體安裝，用時18 d，截至2010年6月7日，該設(shè)備已完成12環(huán)襯砌。由于初次設(shè)計，在考慮安全的前提下，新型模板臺車各部件質(zhì)量都相應(yīng)增加，鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約150 t，與施工方對臺車質(zhì)量必須大于120 t方可進場規(guī)定相比，材料上確有增加，但隨著樣機成功應(yīng)用，產(chǎn)品會進一步優(yōu)化，整體質(zhì)量也可趨于傳統(tǒng)臺車，對長期施工總體成本幾乎不構(gòu)成影響。

試驗證明，引用該產(chǎn)品后隧道內(nèi)通風(fēng)環(huán)境得到改善，回風(fēng)順暢，洞內(nèi)空氣質(zhì)量得到提高，從洞口透過臺車可以清晰看到正在掌子面作業(yè)的人員，如圖10所示。

圖9 第8榀下模板安裝示意圖Fig.9 Assembling of lower formwork of No.8 foundation frame

圖10 新型模板臺車應(yīng)用Fig.10 Application of new type of formwork trolley in tunneling

5 結(jié)論與討論

施工環(huán)境概念已逐漸深入人心，在綜合考慮安全、快速、施工成本等因素的前提下，各項目都在積極采取措施有效改善施工環(huán)境。新型模板臺車在富寧隧道順利安裝完成，但該方法不一定能適用于后續(xù)所有無骨架新型模板臺車洞內(nèi)安裝，諸如在隧道斷面較小、空間有限、汽車起重機不能立于洞中輔助安裝且模板質(zhì)量較大、洞頂錨桿無力將模板拉起的情況;亦或是在恒斷面結(jié)構(gòu)中，模板為整體結(jié)構(gòu)而不再分為上模板與下模板時，整塊模板需要一次吊起。在此，希望各位同仁能提出寶貴的意見，使新型模板臺車洞內(nèi)安裝實施更為便利、快捷和高效。

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