長大隧道TBM同步襯砌端頭模板的改進

盧小剛

(中鐵十八局集團公司，天津 300222)

長大隧道TBM同步襯砌端頭模板的改進

盧小剛

(中鐵十八局集團公司，天津 300222)

近年來TBM在我國的應用呈直線上升趨勢,推廣力度不斷加大,與開敞式TBM掘進配套的現(xiàn)澆混凝土邊頂拱同步襯砌施工技術也不斷得到應用,原本獨立的兩個工序同步施工,必然存在著諸多干擾和影響,如何提高開敞式TBM掘進與現(xiàn)澆混凝土邊頂拱同步襯砌施工的綜合效率,擺在了廣大TBM從業(yè)人員的面前。在現(xiàn)有隧洞二次襯砌施工過程中，大型液壓鋼模板臺車得到廣泛應用，但是端頭模板還是采用小片木板拼裝而成，端頭模板拼裝效果的好壞對襯砌施工質量有著很大影響。通過對端頭模板改進，采用一種雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模，使得襯砌施工中端頭模板的拼裝模塊化、機械化、簡便化，拼裝效果更加可靠，拼裝效率得到更大提高。

鋼端模；TBM；同步襯砌

0 引 言

某工程TBM施工段全長16690m，主要采用一臺Φ8.02m敞開式硬巖掘進機施工，支洞固定皮帶機+主洞連續(xù)皮帶機出渣。仰拱襯砌采用預制塊形式，在洞外廠房預制生產(chǎn)，洞內(nèi)跟隨TBM同步鋪裝。拱墻襯砌采用穿行式模板臺車TBM同步混凝土現(xiàn)澆襯砌技術，襯砌設計厚度為30cm，隧洞預留變形量為5cm。有軌運輸工況下TBM同步襯砌臺車橫斷面布置見圖1。

1-隧洞圍巖；2-隧洞初期支護；3-仰拱預制塊；4-現(xiàn)澆拱墻襯砌；5-襯砌臺車；6-通風軟管；7-有軌運輸車行走限界。

1 模板方案比選

1.1 方案背景

隨著我國現(xiàn)代化建設步伐的加快，鐵路、公路、水利及城市軌道交通等基礎建設項目增多，在這些工程建設中都離不開隧洞的建設。目前隧洞工程建設過程主要有四個步驟：開挖→初期支護→仰拱襯砌施工→拱墻襯砌施工。其中襯砌的施工質量關系到工程最終驗收質量，其施工進度也關系到整個隧洞工程建設的周期。

1.2 傳統(tǒng)襯砌端頭模板施工方法

傳統(tǒng)襯砌施工方法主要如下：利用整體液壓襯砌臺車，在襯砌施工時，將臺車后端壓在上一板已澆筑完畢的混凝土襯砌上，利用已澆筑混凝土做封頭端模板，襯砌臺車前端為敞開式的，在臺車就位后，由人工利用小片木板條拼裝封閉端頭開口，形成襯砌模板前端模，檢查無誤后，通過襯砌臺車上設置的投料口將混凝土澆筑到模板內(nèi)，待現(xiàn)澆混凝土達到一定強度后，拆除木板端模，收臺車模板，將臺車模板與混凝土襯砌分離，襯砌臺車前移，進行下一板襯砌施工[1]。

這種施工方法存在明顯的弊端：前端頭模板需要人工利用小片木板逐塊拼裝嚴密，現(xiàn)場拼裝麻煩，效率低下，耗時嚴重。前端頭模板拼裝效果關系到襯砌混凝土施工質量，現(xiàn)場施工中經(jīng)常由于端頭模板拼裝不嚴密或是固定不牢靠，致使施工過程中漏漿嚴重，造成襯砌混凝土端面出現(xiàn)蜂窩麻面、孔洞、漏筋、爛根等質量缺陷，嚴重的情況下由于端頭模板跑模，造成施工的襯砌尺寸偏差超過規(guī)范及設計要求，不得不進行報廢處理，造成巨大浪費。出現(xiàn)的襯砌質量問題后期處理既占用時間還造成施工成本加大，致使襯砌施工進度受到一定影響，同時還對前方TBM正常掘進造成嚴重干擾，工程整體工期得不到保障。

1.3 雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模施工方法

經(jīng)過對現(xiàn)有施工方法的改進，發(fā)明了一種帶有雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模。在隧洞襯砌施工中，襯砌臺車上裝備雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模，使襯砌端模板拼裝模塊化、機械化、簡便化、可靠化，提高襯砌臺車模板的整體性，嚴密性，從而保證現(xiàn)澆襯砌質量。

1.3.1 雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模設計

帶有雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模的隧洞襯砌臺車主要有兩大部分組成，包括襯砌臺車和鋼端模，其中鋼端模主要有鉸接骨架受力裝置、鋼端模面板、鋼端模面板與鉸接骨架連接裝置、鋼端模面板伸縮調節(jié)裝置和分片拼裝木模裝置組成。

由于襯砌臺車在拆模移動時需要將模板收縮，所以襯砌臺車面板均為分片式設計，鋼端模也依據(jù)襯砌臺車面板分區(qū)情況設計為分片式，在襯砌臺車面板較大時，將對應的鋼端模分為兩片，方便鋼端模拼裝，鋼端模之間采用楔形木模板進行封堵，保證模板整體的嚴密性。安裝了雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模的襯砌臺車橫斷面布置見圖2左圖。安裝了雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模的襯砌臺車側視圖見圖2右圖。單片鋼端模平面布置見圖3上圖。單片鋼端模立面布置見圖3下圖。

1-仰拱預制塊；2-襯砌臺車；3-通風軟管；4-隧洞初期支護；5-分片鋼端模；6-分片木模板。

1-鉸接骨架受力裝置；2-鋼端模面板伸縮調節(jié)裝置；3-鋼端模面板與鉸接骨架連接裝置；4-鋼端模面板限位鋼條；5-鋼端模面板；6-鋼端模巖體側可伸縮固定桿；7-木模板固定板；8-橡膠密封條。

(1)鉸接骨架受力裝置

鋼端模受力傳遞路線如下：鋼端模面板→次受力骨架→受力骨架槽鋼→鋼端模側骨架底托板→鋼端模側連接板→鉸接連接銷→襯砌臺車側連接板→襯砌臺車。

雙鉸接分片可翻轉式鋼端模與襯砌臺車采用鉸接連接，襯砌臺車側連接板焊接在襯砌臺車上，為加強襯砌臺車側連接板受力狀況，在連接板兩側焊接加強肋板。鋼端模上連接板通過鉸接連接銷與襯砌臺車側連接板鉸接連接。鋼端模側骨架底托板與鋼端模上連接板焊接連接，為加強連接板受力狀況，在連接板外側焊接加強肋板。受力骨架槽鋼臺車側端頭焊接在骨架底托板上，次受力骨架槽鋼與次受力骨架角鋼相互焊接在一起，受力骨架槽鋼、次受力骨架槽鋼和次受力骨架角鋼接觸處相互焊接在一起，形成整體受力骨架[2]。鉸接骨架受力裝置見圖4。

1-襯砌臺車側連接板；2-連接銷；3-鋼端模側連接板；4-鋼端模側骨架底托板；5-受力骨架槽鋼；6-次受力骨架槽鋼；7-鋼端模巖體側可伸縮固定桿；8-鋼端模面板；9-鋼端模面板防滑條；10-橡膠密封條。

(2)鋼端模面板與鉸接骨架連接裝置

鋼端模面板與鋼端模受力裝置為分離式設計，鋼端模面板通過連接板和連接銷懸掛于次受力骨架角鋼上，為了加強鋼端模面板連接板受力狀況，在連接板兩側焊接加強小肋板。次受力骨架角鋼上設置連接銷活動孔，在遇到襯砌厚度不同或是隧洞圍巖收斂不一致的情況下，可以通過調節(jié)鋼端模面板的伸縮以提高鋼端模在不同襯砌狀態(tài)下的適應性。

由于襯砌臺車側面鋼端模面板處于豎向懸掛狀態(tài)，致使鋼端模面板連接板受力過大，容易造成連接板變形，為了解決這一問題，在鋼端模面板上焊接限位鋼條，為了加強鋼端模面板限位鋼條受力狀況，在限位鋼條兩側焊接加強小肋板。在次受力骨架槽鋼上限位鋼條通過處設置限位鋼條活動開孔，使鋼端模面板自重均勻的分布在骨架受力裝置上。鋼端模面板與鉸接骨架連接裝置見圖5。

1-次受力骨架槽鋼；2-次受力骨架角鋼；3-連接銷；4-活動孔；5-鋼端模側連接板；6-鋼端模面板；7-橡膠密封條。

(3)鋼端模面板伸縮調節(jié)裝置

在襯砌厚度不同的情況下，為了提高鋼端模的適應性，設置鋼端模面板伸縮調節(jié)裝置。鋼端模面板與伸縮調節(jié)裝置為分離式設計。在鋼端模面板上焊接伸縮調節(jié)連接板，伸縮調節(jié)連接板兩側焊接螺帽，螺桿限位板與次受力骨架角鋼焊接在一起，鋼端模面板與次受力骨架角鋼通過螺桿連接在一起，在需要調節(jié)鋼端模面板時，通過旋轉焊接在螺桿外端頭的螺帽，轉動螺桿，旋在螺桿上的螺帽帶動鋼端模面板進行伸縮調節(jié)。

在模板就位后，還可以通過旋轉螺桿調節(jié)鋼端模面板外沿與初期支護之間的距離，通過擠壓鋼端模面板巖壁側的橡膠密封條實現(xiàn)鋼端模四周密閉，保證襯砌混凝土澆筑過程不漏漿。鋼端模面板伸縮調節(jié)裝置見圖6。

1-次受力骨架槽鋼；2-螺桿限位板；3-次受力骨架角鋼；4-鋼端模面板側連接板；5-調節(jié)螺桿；6-調節(jié)螺桿外端頭螺帽；7-焊接在連側板上的螺帽；8-鋼端模面板；9-橡膠密封條。

(4)分片拼裝木模裝置

在每片鋼端模兩側次受力骨架槽鋼上焊接木模板固定板，木模板固定板中部設置木模板固定桿穿行孔，利用木模板固定桿固定分片拼裝的木模板，保證襯砌端模板拼裝的整體性。

鋼端模封閉由下至上依次進行，兩側鋼端模就位后，將分片拼裝木模板插入兩片鋼端模之間的空隙，再將木模板固定桿穿入木模板固定板上，插上固定桿插銷，防止固定桿滑脫，固定桿通過鐵鏈連接在鋼端模上。最后插入木楔子，調整分片拼裝木模板與鋼端模面板表面平齊。襯砌臺車頂部分片拼裝木模板不封死，預留觀察孔，兼做排氣孔。

鋼端模就位后，調節(jié)安裝在受力骨架槽鋼內(nèi)的可活動固定桿和橫桿，通過嵌入巖壁內(nèi)的鋼筋，將鋼端模固定牢靠，分片拼裝木模裝置見圖7。

1-受力骨架槽鋼；2-次受力骨架槽鋼；3-連接板；4-木模板固定桿；5-木楔子；6-分片木模板；7-鋼端模面板；8-橡膠密封條。

1.3.2 雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模優(yōu)點

由于鋼端模面板為活動式設計，使鋼端模對襯砌厚度變化適應性得到很大的提高。鋼端模分片式設計，使拼裝模塊化，拼裝起來更加方便，拼裝效率更高，模板密閉性更好，避免了施工過程中由于模板松動，造成襯砌施工質量事故的發(fā)生，使得襯砌施工進度得到很大的提高，加快了隧洞整體建設工期。

1.4 帶雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模襯砌臺車襯砌施工技術

1.4.1 施工工藝流程

巖面清理→測量放樣→鋼筋安裝→預埋件安裝→臺車就位→測量復核→鋼端模拼裝→混凝土澆筑→脫模養(yǎng)生→進入下一板襯砌施工。

1.4.2 襯砌混凝土施工具體步驟

對初期支護表面進行清理，驗收合格后，測量放樣，進行鋼筋及預埋件安裝，鋼筋驗收合格后襯砌臺車就位，復測臺車就位情況，復核無誤后進行鋼端模的拼裝，鋼端模拼裝由下至上依次進行。鋼端模就位后，通過旋轉螺桿調節(jié)鋼端模面板與初期支護之間的距離，擠壓鋼端模面板巖壁側的橡膠密封條實現(xiàn)鋼端模四周密閉。再將分片拼裝木模板插入兩片鋼端模之間的空隙，將木模板固定桿穿入木模板固定板上，插上固定桿插銷，防止固定桿滑脫。最后插入木楔子，調整分片拼裝木模板與鋼端模面板表面平齊。襯砌臺車頂部拼裝木模板不封死，預留觀察孔，兼做排氣孔。鋼端模就位后，調節(jié)安裝在受力骨架槽鋼內(nèi)的可活動固定桿和橫桿，通過嵌入巖壁內(nèi)的鋼筋，將鋼端模固定牢靠。再次檢查鋼端模四周密閉情況，將個別小縫隙用麻絲等材料塞死，形成完全封閉的襯砌混凝土澆筑空間，最后通過襯砌臺車上設置的投料口澆筑混凝土形成隧洞二次襯砌。

待混凝土達到一定強度后，開始拆模，拆模順序與安裝順序相反，由上至下依次拆除。首先切除嵌在巖壁內(nèi)的鋼筋，解除鋼端模巖壁側約束，再拔下固定分片拼裝木模板的木楔子，拆除木模板固定桿插銷，最后將鋼端模打開，襯砌臺車模板收縮脫模，檢查清理所有模板。進入下一板隧洞襯砌的施工。

2 結 語

在文中使用了配備有雙鉸接分片可翻轉式組裝鋼端模的襯砌臺車后，使得襯砌施工中端模板的拼裝模塊化、機械化、簡便化，拼裝效果更加可靠，效率得到提高,減少了同步襯砌端模拼裝工序對TBM施工造成的干擾，間接節(jié)約了大量施工成本，加快了項目整體建設進度，提高了項目整體效益，具有積極推廣的價值。

[1]郭惠川. 長大隧道敞開式掘進機施工中的同步襯砌研究[J]. 鐵道建筑技術，2012,(9)：61-64.

[2]齊夢學. 西秦嶺特長隧道TBM同步襯砌臺車[J]. 建筑機械, 2011,(5)：112-114.

Improvement of TBM Synchronous Lining End Template in Chongda Tunnel

LU Xiao-gang

(China Railway Eighteen Bureau Group, Tianjin 300222,China)

In recent years the TBM application in our country is on the rise in a straight line, promotion efforts continue to increase, and open type TBM tunneling and supporting cast-in-situ concrete side arch lining synchronous construction technology has also been applied, independently of the original two processes simultaneously construction, there must be a many interference and influence, how to improve the open type TBM boring cast-in-place concrete side and roof arch lining synchronous construction of comprehensive efficiency, placed in the front of the majority of TBM practitioners. In the process of the two lining construction of the existing tunnel, the large hydraulic steel formwork trolley is widely used, but the end of the template or the use of small pieces of board assembly, the end of the template assembly effect is good or bad for lining construction quality has a great impact. Through the improvement of the end head template, using a double hinged split chip can flip the assembled steel end, making the construction of the lining of the end of the template assembly modular, mechanical, simple, more reliable assembly effect, assembly efficiency is greater. In the existing process of secondary lining of tunnel, some large hydraulic steel template trolleys have been widely used.But the end template is still assembled from small pieces of wood. Whether the end template is assembled good or bad has a great impact on the quality of lining construction.We use a kind of flipped, double-hinged, sliced and assembled steel template to improve the end template,making the assembly of end template in lining construction modularized, mechanized and simplified.What's more, the assembly effect has become more reliable and the assembly efficiency has been greatly improved.

steel template; TBM; synchronous lining

2015-08-13

盧小剛(1981—)，男，甘肅平?jīng)鋈?，工程師，Email: 1440896501@qq.com。

U455.44

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2015.04.003

1671-234X(2015)04-0009-05