可伸縮式止水帶卡具結(jié)構(gòu)設(shè)計及安裝工藝

郭小雄，馬偉斌，馬超鋒，趙東波，金家康

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081；2. 河北省同創(chuàng)交通工程配套產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 衡水 053000）

可伸縮式止水帶卡具結(jié)構(gòu)設(shè)計及安裝工藝

郭小雄1，馬偉斌1，馬超鋒1，趙東波1，金家康2

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081；2. 河北省同創(chuàng)交通工程配套產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 衡水 053000）

針對現(xiàn)有鐵路隧道止水帶安裝質(zhì)量可控性差的問題，設(shè)計開發(fā)了可伸縮式止水帶安裝卡具，并進行室內(nèi)模擬安裝及現(xiàn)場驗證試驗。對比分析可伸縮式卡具與普通卡具在施工效率及安裝效果等方面的差異，制定該型止水帶安裝工藝。結(jié)果表明：可伸縮式卡具解決了止水帶安裝過程中常見的打偏、卷曲等問題，保證安裝質(zhì)量，提高施工效率，實現(xiàn)產(chǎn)品標準化生產(chǎn)，較好地解決了隧道接縫滲漏水問題，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

鐵路隧道；止水帶；可伸縮；卡具；安裝工藝

0 引言

現(xiàn)有鐵路隧道用中埋式止水帶的安裝方法主要有鋼絲固定法、焊接固定法、鋼筋棍支撐法；背貼式止水帶的安裝方法主要為與防水板粘接固定。其中，鋼絲固定法、鋼筋棍支撐法及與防水板粘接固定法施工較為簡便，在工程中大量采用，但安裝效果差；焊接固定法安裝效果好，但損傷止水帶本體，適用范圍有限。由于現(xiàn)有鐵路隧道用止水帶安裝工藝的局限性，使得止水帶固定不牢固，灌注襯砌混凝土?xí)r頻繁出現(xiàn)止水帶偏位、扭曲、卷起等現(xiàn)象[1-7]?？ň咴谥顾畮О惭b過程中起著定位、固定的作用，直接影響止水帶安裝位置的對中，避免止水帶在施工過程中打偏，保證施工安裝質(zhì)量。但是，現(xiàn)有安裝方法只能起到安放支撐止水帶的作用，不能滿足固定功能，因此有必要對安裝卡具進行專門設(shè)計，實現(xiàn)工廠標準化生產(chǎn)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計及制作工藝

1.1 結(jié)構(gòu)形式

基于止水帶安裝施工便捷性、規(guī)范性等基本需求，設(shè)計了新型可伸縮式止水帶安裝卡具，結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 可伸縮式止水帶卡具結(jié)構(gòu)示意圖

依據(jù)不同結(jié)構(gòu)功能特點，將新型可伸縮式止水帶卡具結(jié)構(gòu)分為卡扣區(qū)、調(diào)節(jié)區(qū)及夾緊區(qū)3大功能區(qū)。卡扣區(qū)作用為卡具與襯砌鋼筋連接部位；調(diào)節(jié)區(qū)作用為根據(jù)襯砌鋼筋間距調(diào)整卡具長度、固定卡具、對準定位止水帶；夾緊區(qū)作用為夾緊止水帶，保證灌注襯砌混凝土過程中止水帶不發(fā)生偏位扭曲。

1.2 材料選型

卡具選用的材料為Q235鋼材，具有良好的韌性，進行彎折等不影響強度。為防止運輸、存儲等過程中的銹蝕，對各零件表面進行熱浸鋅防腐處理，參考鐵路產(chǎn)品對鍍鋅件的要求，鍍層厚度為65～80 μm。

1.3 制作工藝

為保證產(chǎn)品標準化、規(guī)范化，可伸縮式止水帶卡具各部位零件多為工廠成品標準件進行后組裝，調(diào)節(jié)區(qū)花籃螺栓及夾緊區(qū)蝶形螺栓定制規(guī)格為：M6螺栓伸縮長度120 mm，端部彎折半徑為25 mm。制作工藝如下：

（1）夾緊塊下料。采用等離子切割機將鋼板裁成所需尺寸。

（2）加工夾緊塊臺階及齒牙。采用數(shù)控銑床加工夾緊塊臺階及防滑齒牙，其中臺階尺寸根據(jù)不同類型止水帶尺寸定制。

（3）鉆孔。采用鉆床在夾緊塊兩端分別打M6螺栓連接孔和φ9 mm夾緊孔。

（4）夾緊塊與花籃螺栓焊接。將花籃螺栓螺桿端擰入夾緊塊連接孔，并采用氣保焊焊接。

（5）熱浸鋅。酸洗去除焊接后工件表面雜質(zhì)，沖洗酸液，放入鍍鋅池中鍍鋅，之后烘干。

（6）組裝。將鍍鋅后的2個工件用蝶形螺栓和蝶形螺母組裝在一起。

可伸縮式止水帶卡具制作工藝流程見圖2。

圖2 可伸縮式止水帶卡具制作工藝流程

2 安裝試驗

開展可伸縮式止水帶卡具安裝工藝室內(nèi)試驗及現(xiàn)場驗證試驗，驗證可伸縮式止水帶安裝卡具的適用性、便捷性與可靠性，對比分析可伸縮式卡具安裝方法與其他方法的安裝工效、安裝質(zhì)量等差異，優(yōu)化卡具結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵參數(shù)，形成可伸縮式卡具配套安裝工藝，為隧道止水帶施工安裝提供技術(shù)支撐。

2.1 室內(nèi)試驗

2.1.1 試驗原理

采用足尺隧道模型進行現(xiàn)場模擬施工安裝。根據(jù)隧道實際尺寸制作襯砌鋼筋骨架，將止水帶安裝在襯砌鋼筋骨架上，以安裝效率及效果作為評價指標，分析安裝工藝步驟及措施的匹配性，最終確定可伸縮式止水帶卡具安裝工藝。

2.1.2 試驗?zāi)Ｐ?/p>

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計。試驗鋼筋骨架弧長14.0 m，高4.3 m。鋼筋骨架基本參數(shù)見表1，結(jié)構(gòu)示意見圖3。

表1 鋼筋骨架基本參數(shù)

圖3 鋼筋骨架結(jié)構(gòu)示意圖

（2）樣品選擇。試驗采用可伸縮式止水帶卡具及自粘橡膠止水帶，試驗樣品見圖4。

圖4 試驗樣品

2.1.3 試驗步驟

可伸縮式止水帶卡具的安裝試驗步驟分為鋪設(shè)止水帶→夾緊止水帶→定位止水帶3個基本步驟。

（1）鋪設(shè)止水帶。沿襯砌鋼筋骨架下排主筋的隧道輪廓方向全斷面鋪設(shè)止水帶（見圖5）。

圖5 鋪設(shè)止水帶

（2）夾緊止水帶。依據(jù)主筋間距，調(diào)節(jié)可伸縮式止水帶卡具至合適長度，擰緊端部緊固螺栓，夾緊止水帶（見圖6）。

圖6 夾緊止水帶

（3）定位止水帶。將卡具卡扣連接于襯砌主筋上，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)區(qū)距離，固定卡具，對準定位止水帶?？ň唛g距為1 m，雙排對稱布置（見圖7）。止水帶安裝完成效果見圖8。

圖7 定位止水帶

圖8 安裝效果

2.1.4 小結(jié)

室內(nèi)安裝試驗結(jié)果表明：

（1）從展布止水帶到安裝完成，14 m長止水帶共用卡具15對，2人耗時12 min安裝完成；

（2）采用可伸縮式卡具安裝，工藝簡便、定位準確、固定牢靠、安裝效果良好。

2.2 現(xiàn)場試驗

為驗證可伸縮式卡具安裝止水帶的現(xiàn)場適用性及安裝效果，選擇典型工點進行現(xiàn)場試驗，現(xiàn)場安裝原理示意見圖9。

圖9 現(xiàn)場安裝原理示意圖

現(xiàn)場試驗采用環(huán)向施工縫中埋式自粘橡膠止水帶，上部環(huán)向襯砌每環(huán)長度為26 m，卡具間距1 m，雙排對稱布置。可伸縮式卡具安裝止水帶現(xiàn)場見圖10。

圖10 安裝現(xiàn)場

現(xiàn)場安裝試驗結(jié)果表明：

（1）從展布止水帶到安裝完成，環(huán)向25 m長度，共用卡具26對，2人耗時約30 min安裝完成，較其他安裝方法工效顯著提高；

（2）可伸縮式卡具安裝工藝簡便、定位準確、固定牢靠，提高了接縫止水效果和工程質(zhì)量；

（3）可伸縮式卡具安裝方法避免了焊接造成的止水帶本體損壞，防水板燙穿，降低了火災(zāi)等次生災(zāi)害發(fā)生風險。

3 試驗結(jié)果

3.1 工藝改進

現(xiàn)有鐵路隧道用止水帶安裝卡具只起到安放支撐止水帶的作用，且其兩端需要通過鋼絲綁扎固定于襯砌鋼筋中，工藝較為繁瑣，勞動強度較大，導(dǎo)致現(xiàn)場施工安裝質(zhì)量難以保證。可伸縮式止水帶卡具通過卡扣方式與襯砌鋼筋連接，簡化了止水帶卡具安裝工藝，可伸縮的調(diào)節(jié)方式，操作簡便快捷，保證了止水帶準確定位。同時，可伸縮式止水帶卡具為工廠預(yù)制式，避免了現(xiàn)場彎制工序，降低了現(xiàn)場制備鋼筋卡具尺寸誤差。

3.2 安裝成本

止水帶的安裝成本由卡具成本、接頭材料費及卡具固定、接頭、封模和拆模等人工費用構(gòu)成?？缮炜s式卡具為工廠預(yù)制式，節(jié)約了現(xiàn)場鋼筋卡的彎制、安裝時間，每環(huán)止水帶可減少2～4 h卡具彎制時間與相應(yīng)工人勞動量。

試驗結(jié)果表明：利用可伸縮式止水帶卡具，僅需2人在1 min內(nèi)即可完成1 m止水帶（1對卡具）安裝固定工作量，提高了安裝工效，保證了安裝質(zhì)量。以1環(huán)40 m中埋式止水帶安裝為例，可伸縮式卡具與普通鋼筋卡具安裝成本對比見表2。

由表2得出，采用可伸縮式卡具的止水帶安裝成本較普通止水帶降低約5%。

3.3 安裝效果

現(xiàn)有止水帶安裝采用現(xiàn)場人工彎制的普通鋼筋卡具支撐，卡具尺寸不一、形狀不標準、缺失緊固功能等導(dǎo)致止水帶固定不牢，自由移動空間大，在封模及澆筑混凝土過程中，止水帶容易偏移發(fā)生打偏、卷曲等問題[8]。采用可伸縮式卡具可準確定位，安裝完成后整體平順、距離均勻、位置準確、牢固可靠。安裝效果對比見圖11。

表2 可伸縮式卡具與普通鋼筋卡具安裝成本對比

圖11 安裝效果對比

4 安裝工藝

依據(jù)室內(nèi)模型及現(xiàn)場驗證試驗結(jié)果，研究形成可伸縮式卡具止水帶安裝工藝[6]，其流程見圖12。

圖12 安裝工藝流程

5 結(jié)束語

可伸縮式止水帶安裝卡具通過卡扣區(qū)固定于襯砌鋼筋上，通過夾緊區(qū)夾緊止水帶，通過調(diào)節(jié)區(qū)準確定位止水帶安裝位置，解決止水帶打偏、卷曲等常見問題，簡化安裝工藝，保證安裝質(zhì)量。同時卡具采用工廠預(yù)制標準件，避免現(xiàn)場彎制誤差，降低安裝工作量，節(jié)省安裝成本。采用可伸縮式卡具安裝止水帶，提高了接縫止水效果和工程質(zhì)量，較好地解決隧道接縫滲漏水問題，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

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責任編輯 李葳

Structure Design and Installation Process of Extension Type Water-stop Fixtures

GUO Xiaoxiong1，MA Weibin1，MA Chaofeng1，ZHAO Dongbo1，JIN Jiakang2
（1. Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2. Hebei Tongchuang Industrial Technology Research Institute for Supporting Products of Transport Project，Hengshui Hebei 053000，China）

To address the existing poor controllability in installation quality of railway tunnel water-stop, the extension type water-stop fxture has been designed and developed and the indoor installation simulation and onsite validation test have been carried out. The installation process is developed after contrasting this extensiontype fxture with the ordinary fxture in terms of diferences in construction efciency and installation efects. The result shows that the extension type fxture is able to help address the common problems in the course of waterstop installation such as deviation and curling, guarantee installation quality, improve construction efciency, achieve standardized production and address water leakage at tunnel joints. Therefore it has a promising prospect for promotion.

railway tunnel；water-stop；extension type；fxture；installation process

TU57+8.2

：A

：1001-683X（2017）07-0085-06DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2017.07.085

2016-12-09

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目

（2015G002-F）；中國鐵道科學(xué)研究院科技研究開發(fā)計劃項目（2015YJ037）

郭小雄（1985—），男，助理研究員，碩士。

E-mail：365073932@qq.com