基于不銹鋼復(fù)合鋼板面板的隧道襯砌鋼模臺(tái)車在隧道施工中的應(yīng)用

喻致蓉　王松

【摘 要】本文以某工程為例，介紹了不銹鋼復(fù)合鋼板在隧道襯砌鋼模臺(tái)車中的應(yīng)用、闡述了工藝原理和施工工藝。工程實(shí)踐表明，采用不銹鋼復(fù)合鋼板的鋼模臺(tái)車，既能滿足隧道襯砌的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又能減少除銹和脫模劑涂裝工序，同時(shí)延長(zhǎng)了鋼模臺(tái)車使用壽命，極大的提高了混凝土隧道的外觀質(zhì)量和施工效率，綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益顯著。

【關(guān)鍵詞】不銹鋼復(fù)合鋼板；鋼模臺(tái)車；隧道襯砌施工

中圖分類號(hào)： TG457.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）09-0184-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.088

Application of tunnel lining steel mold trolley based on stainless steel composite steel plate in tunnel construction

YU Zhi-rong WANG Song

（Pingdingshan Pingmei Coal Mining Machinery Equipment Co.， Ltd.， Pingdingshan 467000， China）

【Abstract】In this paper， an engineering project was taken as an example to introduce the application of stainless steel clad steel plate in tunnel lining steel mold trolley， and elaborated the process principle and construction technology. The engineering practice shows that the steel die trolley using the stainless steel composite steel plate not only can satisfy the structural strength of the tunnel lining， but also can reduce the rust removal and the release agent coating process， and at the same time prolong the service life of the steel die trolley， greatly improving the The appearance quality and construction efficiency of concrete tunnels have resulted in significant economic and technological benefits.

【Key words】Stainless steel composite steel plate； Steel mold trolley； Tunnel lining construction

1 工程背景

在我國(guó)現(xiàn)有隧道鋼模臺(tái)車的施工中，主要采用材質(zhì)為Q235的普通鋼板作為鋼模臺(tái)車模板面板，也是在工程領(lǐng)域使用最廣泛的一種鋼材。在這種常規(guī)的鋼模臺(tái)車施工中，由于碳素鋼板自身的特性決定，特別是在潮濕環(huán)境中普通鋼板表面容易產(chǎn)生浮銹。

為了保證隧道混凝土外觀質(zhì)量，采用的工藝主要有兩種：一是，鋼模臺(tái)車在工廠制造及施工過(guò)程中表面涂裝環(huán)氧樹(shù)脂油漆；由于環(huán)氧樹(shù)脂中含有羥基和醚鍵等極性基團(tuán)，使得樹(shù)脂與相鄰界面分子作用力強(qiáng)，在面板表面形成一層致密的薄膜，粘結(jié)力強(qiáng)。二是，在隧道襯砌過(guò)程中及時(shí)采用手持式拋光機(jī)去除鋼板面板表面的鐵銹并及時(shí)涂裝脫模劑；此兩種方法較為常見(jiàn)。盡管可以在一定程度上解決了目前存在的問(wèn)題，但是由于在使用過(guò)程中鋼模臺(tái)車面板不斷的與混凝土表面產(chǎn)生接觸，環(huán)氧樹(shù)脂油漆和脫模劑都會(huì)不可避免的粘結(jié)在混凝土表面、甚至有時(shí)會(huì)因涂裝不及時(shí)會(huì)造成紅褐色的鐵銹存在混凝土表面，嚴(yán)重影響混凝土的外觀，因此在重復(fù)使用3-5次以后必須清理干凈重新涂裝。

在隧道工程尤其是長(zhǎng)大隧道施工中，持續(xù)不斷地反復(fù)涂裝與清理，不但過(guò)程繁瑣、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、施工效率低下，而且需要消耗大量的脫模劑或者環(huán)氧樹(shù)脂油漆，造成了較大的施工成本，這些問(wèn)題對(duì)工程的施工產(chǎn)生了消極的影響，亟待解決。

2 解決方案-研發(fā)多用途可調(diào)半徑的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拱頂模板，同時(shí)引入不銹鋼復(fù)合鋼板面板

針對(duì)上述難題，筆者曾經(jīng)嘗試采用不銹鋼鋼板作為鋼模臺(tái)車的面板，雖然可以很好的解決上述問(wèn)題，但是由于不銹鋼鋼板造價(jià)較高（一般情況下單價(jià)是普通鋼板的五倍），鋼模臺(tái)車整體上所有面板采用不銹鋼鋼板替代，較大的增加了施工機(jī)械的預(yù)算成本，一般的隧道項(xiàng)目難以承受，不利于推廣。通過(guò)對(duì)多個(gè)隧道工程施工項(xiàng)目的鋼模臺(tái)車進(jìn)行總結(jié)，最終通過(guò)研發(fā)多用途可調(diào)半徑的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拱頂模板適用不同截面的隧道，同時(shí)引入不銹鋼復(fù)合鋼板作為鋼模臺(tái)車的面板，有效的解決了普通鋼模臺(tái)車面板易生銹，施工效率低下，混凝土外觀質(zhì)量差的難題。同時(shí)由于不銹鋼復(fù)合鋼板強(qiáng)度較普通碳鋼鋼板有了很大提高，提高了鋼模臺(tái)車表面的耐磨性，增加了鋼模臺(tái)車周轉(zhuǎn)次數(shù)和使用壽命。

2.1 設(shè)計(jì)工藝原理

圖1 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拱頂模板原理圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拱頂模板三維結(jié)構(gòu)圖

（1）復(fù)合鋼板是由兩種不同材質(zhì)的鋼板，采用不同方法復(fù)合而成，如不銹鋼復(fù)合鋼板是采用爆炸、軋制或爆炸軋制等方法，將不銹鋼板與普通鋼板（碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼等）復(fù)合而成的鋼板。它同時(shí)具有兩種不同鋼種的特性，既有不銹鋼的耐蝕性，又有普通鋼板價(jià)格低廉、剛度好等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于制造石油、化工等各類壓力容器、儲(chǔ)罐等結(jié)構(gòu)件，以及用于輕工機(jī)械、食品、建筑、裝飾、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)[1]。

（2）多用途可調(diào)半徑的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拱頂模板：由于該工程隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷面變化頻繁。原有的施工設(shè)計(jì)方案是采用成套鋼模臺(tái)車，每種截面的鋼模臺(tái)車制造一臺(tái)，相互之間不能互換通用，相應(yīng)截面半徑的隧道襯砌完成以后鋼模臺(tái)車就不能重復(fù)利用，造成很大的浪費(fèi)。通過(guò)研發(fā)可調(diào)半徑的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拱頂模板，適用不同截面的隧道鋼模臺(tái)車，即能在各種半徑的隧道之間通用的拱頂模板，既能保證互換性，同時(shí)采用工廠先進(jìn)數(shù)控加工設(shè)備加工，拼縫質(zhì)量高，更能保證隧道混凝土襯砌外觀質(zhì)量。

多用途可調(diào)半徑的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)拱頂模板如下圖所示，標(biāo)準(zhǔn)模板尺寸為1000mm×1200mm。由1不銹鋼復(fù)合鋼板、3縱肋角鋼、4橫向法蘭、5豎向法蘭等組成，相鄰拱頂模板之間通過(guò)2螺栓連接孔連接，其中4橫向法蘭由多段扁鋼間斷組成，橫向?yàn)槿嵝詥卧?，可根?jù)隧道半徑調(diào)節(jié)成需要的半徑尺寸，然后通過(guò)背楞型鋼固定尺寸。既可作為標(biāo)準(zhǔn)平模使用，又可根據(jù)需要調(diào)成圓弧模板。

2.2 力學(xué)性能參數(shù)對(duì)比

影響鋼板的耐磨性的因素很多，如硬度、強(qiáng)度、表面粗糙度等，這些因素與耐磨性都有密切的關(guān)系。金屬材料的耐磨性可以由材料的硬度來(lái)衡量，因?yàn)椴牧系挠捕确从沉瞬牧系挚刮锪蠅喝氡砻娴哪芰?，硬度高物料壓入材料表面的深度就淺，即磨損就小，耐磨性就高。同時(shí)，磨損過(guò)程中，金屬基體強(qiáng)度高，可以對(duì)抗磨硬質(zhì)相提供良好的支撐，充分發(fā)揮抗磨硬質(zhì)相抵抗磨損的能力，使耐磨材料表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。表面粗糙度：在接觸應(yīng)力一定的條件下，表面粗糙度值越小，抗疲勞磨損能力越高。

以本工程所采用的鋼模臺(tái)車6mm面板為例，說(shuō)明Q235B鋼板、304不銹鋼鋼板、304材質(zhì)5+1不銹鋼復(fù)合鋼板（1mm304不銹鋼+5mmQ235B普通鋼板）的力學(xué)性能，經(jīng)查找相關(guān)規(guī)范[2][3][4]，以上三種材料的力學(xué)性能對(duì)比如下：

表1

從以上力學(xué)性能可以看出，304不銹鋼復(fù)合鋼板的力學(xué)性能顯然優(yōu)越于Q235B鋼板。作為鋼模臺(tái)車的模板面板，耐磨性更好，可有效增加鋼模臺(tái)車的周轉(zhuǎn)次數(shù)，延長(zhǎng)臺(tái)車使用壽命。在工程實(shí)踐中也得到了有效證明。

2.3 不銹鋼復(fù)合鋼板主要施工工藝及注意事項(xiàng)

從設(shè)計(jì)角度上考慮，不銹鋼復(fù)合板的基層主要是保證強(qiáng)度，復(fù)層主要是保證其耐蝕性能和耐磨性。為了保證不銹鋼復(fù)合鋼板原有的綜合性能，應(yīng)對(duì)基層、復(fù)合層分別進(jìn)行焊接。不銹鋼復(fù)合鋼板進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）焊接前必須進(jìn)行焊接工藝評(píng)定：根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范規(guī)定，新材料、新焊接工藝均應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。焊接工藝評(píng)定應(yīng)以可靠的鋼材焊接性能試驗(yàn)為依據(jù)，并在產(chǎn)品焊接之前完成。不銹鋼復(fù)合板能否通過(guò)焊接工藝評(píng)定，是不銹鋼復(fù)合板焊接的關(guān)鍵所在。

（2）不銹鋼復(fù)合鋼板下料：一般用機(jī)加工、等離子切割或者激光切割機(jī)下料，用等離子切割或者激光切割機(jī)下料切割時(shí)方向是從復(fù)層到基層，即復(fù)層朝上。

（3）焊接前進(jìn)行焊接工藝交底，嚴(yán)格按照焊接工藝評(píng)定的規(guī)定電壓、電流進(jìn)行焊接；

（4）嚴(yán)格控制焊接順序：先焊接基層，再焊接復(fù)層；

（5）為減少焊接飛濺，施焊前需在不銹鋼復(fù)合板坡口兩側(cè)涂抹防飛濺涂料；

（6）不銹鋼復(fù)合板焊接的關(guān)鍵是提高焊縫一次合格率，減少返修次數(shù)。因?yàn)椴讳P鋼復(fù)合板焊接接頭的組織和性能十分不均勻，焊縫返修時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生熱裂紋。

（7）焊接完成后，必須進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，確保焊縫內(nèi)部無(wú)焊接缺陷；

3 綜合效益分析

（1）正如前文所述，不銹鋼復(fù)合鋼板同時(shí)具有兩種不同鋼種的特性，既有不銹鋼的耐蝕性和耐磨性，又有普通鋼板價(jià)格低廉、剛度好等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛的使用于隧道施工臺(tái)車中，可以提高鋼模臺(tái)車的耐磨性、耐腐蝕性，有效延長(zhǎng)鋼模臺(tái)車的使用壽命。

（2）使用不銹鋼復(fù)合鋼板替代原來(lái)的純不銹鋼板，與同規(guī)格的純不銹鋼相比，明顯減少了不銹鋼的用量，能夠降低鋼模臺(tái)車的預(yù)算成本，而使用鋼模臺(tái)車二次襯砌混凝土的性能卻不受影響。不銹鋼復(fù)合鋼板可用于隧道鋼模臺(tái)車、橋梁預(yù)制混凝土箱梁、T梁模板、建筑模板等，成本低，耐腐蝕，周轉(zhuǎn)次數(shù)高；以鋼模臺(tái)車為例，采用不銹鋼復(fù)合板代替純不銹鋼板，成本可下降30%以上。

4 結(jié)論及建議

（1）采用不銹鋼復(fù)合鋼板鋼模臺(tái)車不需要增加新的工序，可對(duì)現(xiàn)有繁瑣施工工序縮減，同時(shí)減少了大量的脫模劑或者環(huán)氧樹(shù)脂油漆消耗，是有效降低隧道施工成本的途徑之一。

（2）不銹鋼復(fù)合板兼具各種碳素鋼和不銹鋼的特點(diǎn)，而且成本可以大幅度下降，以其優(yōu)異的性能價(jià)格比為用戶歡迎，有廣闊的市場(chǎng)前景。

（3）不銹鋼復(fù)合鋼板鋼模臺(tái)車周轉(zhuǎn)次數(shù)多，使用壽命長(zhǎng)，綜合技術(shù)安全可靠，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，施工工藝操作性強(qiáng)，便于推廣。通過(guò)工程實(shí)踐的成功應(yīng)用，為今后隧道施工中的鋼模臺(tái)車設(shè)計(jì)提供了新的思路。

（3）隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保工作的重視和工程質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，傳統(tǒng)的工藝設(shè)備逐步向新材料、新工藝方向發(fā)展，是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。不銹鋼復(fù)合鋼板在隧道施工、橋梁預(yù)制等混凝土結(jié)構(gòu)施工的機(jī)械裝備的制造，升級(jí)、改造中大有可為，是提高工程施工效率、提高設(shè)備周轉(zhuǎn)使用壽命，降低施工成本的優(yōu)先選擇，應(yīng)用前景廣闊。

【參考文獻(xiàn)】

[1]曾正明.實(shí)用鋼鐵材料手冊(cè) 第3版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.3：310-311.

[2]GB/T 700-2006，碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：3-4.

[3]GB/T 8165-2008，不銹鋼復(fù)合鋼板和鋼帶[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：5-9

[4]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì) 熱處理手冊(cè) 第4版 第4卷熱處理質(zhì)量控制和檢驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1：494-545.