分體式模板臺(tái)車技術(shù)在明挖馬蹄形大斷面高鐵隧道施工中的應(yīng)用

沈禮鵬(中建一局集團(tuán)第一建筑有限公司，上海 201100)

模架選型及模架施工方法是否合理，直接影響工程的安全、進(jìn)度、質(zhì)量和成本。采用安全、先進(jìn)、適宜的模架技術(shù)，對(duì)于降低工程事故風(fēng)險(xiǎn)、提高工程質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、加快施工速度、降低工程成本和實(shí)現(xiàn)文明施工[1]，都具有十分重要的意義。明挖馬蹄形大斷面高鐵隧道施工模架選型對(duì)隧道結(jié)構(gòu)施工的影響尤為突出。

1 工程概況

濟(jì)青高鐵青島機(jī)場(chǎng)站 Ⅲ 區(qū)下穿航站樓，正線隧道寬約14.62m，高約 12.58m，橫斷面為馬蹄形。設(shè)計(jì)總長度為239.3m，DK 288 + 810.352～DK 289 + 049.652。隧道結(jié)構(gòu)的拱頂、邊墻及底板板均采用 C 45 混凝土，抗?jié)B等級(jí) P 10，設(shè)計(jì)使用年限為 100 年。

Ⅲ 區(qū)下穿航站樓隧道段為結(jié)合配線而設(shè)計(jì)成3個(gè)并行隧道，大部分避開航站樓柱子及樁基。航站樓柱子及樁基與其同時(shí)施工，正線隧道馬蹄形結(jié)構(gòu)邊墻與航站樓14軸、15軸結(jié)構(gòu)墻體距離僅為 535 mm，且側(cè)墻頂部有 1000 mm寬平臺(tái)。

2 明挖高鐵隧道施工模架選型

2.1 幾種模架體系的比較

對(duì)于明挖高鐵隧道模架體系有以下幾種常見方案進(jìn)行選擇[2]：

方案 1：采用傳統(tǒng)施工工藝，滿堂支架+木模板拼裝施工。該方案在隧道涵洞施工方案中較為常見，但對(duì)于較長的馬蹄形大斷面所需的材料及勞動(dòng)力投入較大，且施工周期長。

方案 2：內(nèi)模采用定制鋼模板臺(tái)車，外模采用鋼?；蚰灸０迤囱b施工。該方案較為成熟，施工效率較高，但對(duì)于垂直運(yùn)輸機(jī)械吊次要求高。

方案 3：內(nèi)模及外模均采用專門定制的鋼模臺(tái)車進(jìn)行施工，并配備自行行走系統(tǒng)。該方案施工效率高，投入小，特別是降低了模板、支架的投入費(fèi)用，節(jié)省了滿堂支架施工及內(nèi)外模板拼裝施工時(shí)間，施工效率得到了進(jìn)一步提升。

2.2 分體式模板臺(tái)車特點(diǎn)及適用性

通過對(duì)以上3種方案的比選，根據(jù)本工程的施工特點(diǎn)，綜合考慮施工安全、質(zhì)量、工期、成本的因素，采用了分體式模板臺(tái)車(邊墻臺(tái)車+拱頂臺(tái)車)進(jìn)行施工。

分體式模板臺(tái)車機(jī)械化程度高，定位簡易、精確；勞動(dòng)強(qiáng)度低，作業(yè)效率高；節(jié)省了大量的周轉(zhuǎn)材料和人工費(fèi)；施工時(shí)便于規(guī)范化管理，混凝土成型后外觀質(zhì)量好。

3 施工分區(qū)分段及臺(tái)車模板設(shè)計(jì)

3.1 施工分區(qū)分段

根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，車站主體結(jié)構(gòu)按照“上下分層、縱向分段”的方法進(jìn)行施工，見圖1。

(1)“上下分層”即自下而上順序施工：先施工底板，然后施工邊墻，最后施工拱頂。

(2)“縱向分段”即沿線路縱向分段施工，縱向分段以約 12m[3]長為一個(gè)流水施工段，共為 20 段，從南向北逐段施工。

縱向水平施工縫采用丁基橡膠膩?zhàn)有弯摪逯顾畮?止水膠+水泥基滲透結(jié)晶材料。丁基橡膠膩?zhàn)有弯摪逯顾畮?00 mm×5 mm 的板條。

垂直環(huán)向施工縫采用鋼邊橡膠止水帶+止水膠+水泥基滲透結(jié)晶材料。中埋式鋼邊橡膠止水帶寬度為 35 mm，橡膠厚度 10 mm，鋼板為鍍鋅鋼板、厚度1mm。

圖1 正線隧道水平施工縫劃分示意圖

3.2 臺(tái)車模板設(shè)計(jì)

本工程邊墻臺(tái)車立柱、下橫梁用料：H 500×300×10×14；上橫梁用料：H 600×300×10×14；小立柱：工 32 a ；門架斜撐：H 244×175×7×11。拱頂臺(tái)車立柱、上橫梁用料：H 500×300×10×14；下橫梁：H 400×300×10×14；小立柱：工 25 a ；小斜撐：工 18；斜撐：H 244×175×7×11。

高鐵正線邊墻臺(tái)車斷面、高鐵正線隧道頂模臺(tái)車斷面見圖2、圖3。

圖2 高鐵正線邊墻臺(tái)車斷面圖

圖3 高鐵正線隧道頂模臺(tái)車斷面圖

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 主要施工工藝

工藝流程見圖4。

圖4 施工工藝流程圖

4.2 技術(shù)要點(diǎn)

4.2.1 基礎(chǔ)施工

C 45 基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，實(shí)施面層 C 20素混凝土澆筑。當(dāng)面層混凝土強(qiáng)度達(dá)到 1.2 MPa 時(shí)即可開始進(jìn)行邊墻模板臺(tái)車的拼裝。

基礎(chǔ)底板施工時(shí)，在底板水平施工縫以下 10 cm位置預(yù)埋 ? 25 @ 600 螺桿，以便外模背楞固定。

4.2.2 模板臺(tái)車拼裝

(1)軌道安裝：首先使用全站儀和水準(zhǔn)儀確定隧道中心線，中心線左右各偏移 3.5m 即為臺(tái)車軌道中心線。軌道選用 43 kg/m 型鋼軌，高度為 140 mm，支承在 160 mm 高的枕木上。軌道必須固定；軌道中心距必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，誤差≤ 10 mm；軌道高程誤差≤ 20 mm；軌道中心與隧道中心誤差≤ 20 mm；枕木強(qiáng)度應(yīng)滿足承載要求，其橫截面為 200 mm×200 mm，長度為 500 mm，鋪設(shè)間距為 500 mm。在枕木上平穩(wěn)地安放 43 kg/m 的臺(tái)車軌道，軌道之間用夾板連接。

(2)下縱梁及行走機(jī)構(gòu)安裝：將一個(gè)從動(dòng)輪組和一個(gè)主動(dòng)輪組根據(jù)下縱梁上的孔位安放在臺(tái)車軌道上，用鋼管和鋼筋固定。再用吊車將一個(gè)下縱梁吊放在從動(dòng)輪組和主動(dòng)輪組上，并用螺栓擰緊連接。

(3)門架安裝：先將兩個(gè)門架立柱和一個(gè)門架橫梁用螺栓擰緊連接，再用吊車將整個(gè)門架吊起安放在下縱梁上，用螺栓擰緊連接。6 排門架都按照以上步驟進(jìn)行安裝。再用橫梁連接桿和立柱連接桿將6排門架用螺栓擰緊連接。行走輪中心應(yīng)與軌道中心重合，誤差≤5mm，整個(gè)門架安裝好后，找準(zhǔn)兩根縱梁的中心線，其對(duì)角線長度誤差≤ 20 mm。

(4)臺(tái)架安裝：先將4個(gè)豎向油缸用螺栓擰緊安裝在水平機(jī)構(gòu)上，然后將兩根上縱梁用吊車吊起、安裝在4個(gè)豎向油缸上，抄平、對(duì)中后用螺栓擰緊連接，最后將6根臺(tái)架橫梁對(duì)準(zhǔn)孔位安裝在上縱梁下面。

(5)模板安裝：先將頂模用吊車吊起、安裝在上縱梁上，將上縱梁和臺(tái)架橫梁與頂模用螺栓擰緊連接，模板依次安裝。然后將側(cè)模用吊車安裝，左右各4塊側(cè)模依次順序安裝。

(6)側(cè)模液壓油缸及千斤頂安裝：先將4根側(cè)模油缸安裝在門架立柱的相應(yīng)位置，將所有油缸通過油管與泵站相連，通過泵站的操作使4個(gè)豎向油缸和四個(gè)側(cè)模油缸都達(dá)到工作行程。依次將所有千斤頂安裝在臺(tái)車的相應(yīng)位置，并且使所用千斤頂都頂緊。

(7)臺(tái)車試運(yùn)行：臺(tái)車安裝完畢后，全面檢查各部件各部位螺栓連接是否有松動(dòng)，各連接銷子是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，各螺旋千斤伸縮是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有關(guān)液壓件及管道是否有滲漏，電氣接線絕緣是否安全等。

檢查各設(shè)計(jì)尺寸：檢查臺(tái)車各重要尺寸是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。包括：①臺(tái)車軌道面至模板最高處的高度；②模板左右邊緣的設(shè)計(jì)寬度；③模板軌道中心距，如地基有坡度，檢測(cè)左右軌面高度；④模板左右邊緣與地基坡度是否與設(shè)計(jì)尺寸吻合等。

檢查、擰緊所有的螺栓和千斤頂，使所用油缸都伸到工作位置。使電機(jī)接通電源，通過控制器控制臺(tái)車的前行和后退。

最后將臺(tái)車模板表面拋光、打油，行走至澆筑位置。

4.2.3 臺(tái)車行走及使用

(1)臺(tái)車行走和就位：①臺(tái)車安裝完畢后，檢測(cè)各部結(jié)構(gòu)是否到位，檢查各部位螺栓連接是否牢固，各連接銷必須可靠且轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，然后進(jìn)行初步調(diào)試。要求各螺旋千斤頂動(dòng)作可靠，各基本尺寸達(dá)到要求；②確定臺(tái)車工作位置的軌面標(biāo)高正確后，保證軌道相對(duì)隧道中心線對(duì)稱，軌面平整；③準(zhǔn)備工作完成后，臺(tái)車即可就位，就位前讓液壓系統(tǒng)工作；④操作多路換向閥手柄，讓側(cè)向油缸收回，使下?？偝苫乜s；⑤收回豎向油缸，使上?？偝上陆担谟透讋?dòng)作前，要縮回相應(yīng)的托架支撐千斤頂；⑥為方便脫模，要在模板外側(cè)涂抹脫模劑；⑦旋回門架支撐千斤頂(基礎(chǔ)千斤頂)，使其離開軌面；⑧操作臺(tái)車行走電器按鈕，使臺(tái)車在電機(jī)牽引下自動(dòng)行走到工作位置；⑨臺(tái)車就位后，鎖定行走輪，旋出基腳千斤頂撐緊鋼軌，防止臺(tái)車移動(dòng)。

(2)立模：①合上模板臺(tái)車的電源開關(guān)，按下油泵電機(jī)啟動(dòng)按紐，讓液壓站工作，配合測(cè)量人員，操作多路換向閥手柄，通過調(diào)整，使模板外形達(dá)到施工要求；②操作多路換向閥手柄，讓平移油缸工作，左右調(diào)節(jié)，使模板外形中心線與隧道中線重合；③操作多路換向閥手柄，讓豎向油缸工作，升降調(diào)節(jié)，使上模總成外形達(dá)到施工要求；④操作多路換向閥手柄,讓側(cè)向油缸工作，伸縮調(diào)節(jié)，使下模總成外形達(dá)到施工要求；⑤4個(gè)豎向油缸是由4個(gè)換向閥手柄控制，操作時(shí)一定要使4個(gè)油缸同步。下?？偝蓛蛇叺?個(gè)側(cè)向油缸由2個(gè)換向閥控制，操作時(shí)注意每邊2個(gè)油缸動(dòng)作同步；⑥臺(tái)車模板外形達(dá)到混凝土施工要求后，應(yīng)將托架支撐千斤頂撐緊托架縱梁，把側(cè)向千斤頂旋出，撐緊千斤頂連接梁，此時(shí)，上下模板總成結(jié)合密貼；⑦關(guān)好臺(tái)車前后周邊模形板。

(3) 灌注：當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土厚度為 0.9m 時(shí)，灌注混凝土速度必須≤ 14m3/h，澆筑速度＜ 0.5m/h。采用布料機(jī)輸送至臺(tái)車各個(gè)下料窗口。邊墻臺(tái)車兩側(cè)各2層下料窗，每層下料窗為4個(gè)，混凝土澆筑時(shí)，根據(jù)受力計(jì)算所用水平側(cè)壓力取值，澆筑速度控制在＜ 2m/h，澆筑速度均勻。

(4)臺(tái)車脫模及行走注意要點(diǎn)：①臺(tái)車行走前，首先檢查前一板臺(tái)車行走預(yù)留枕木及道軌安裝情況，保證枕木安裝按照間距 500 mm 進(jìn)行，道軌采用道釘在枕木上進(jìn)行固定牢靠，軌道平順，預(yù)留軌道長度＞ 12m，對(duì)臺(tái)車行走到達(dá)位置，在底板導(dǎo)墻上進(jìn)行標(biāo)識(shí)； ②臺(tái)車行走時(shí)，專人進(jìn)行行走電機(jī)的控制工作，臺(tái)車行走速度≤ 8m/min，專人在臺(tái)車前進(jìn)路線進(jìn)行指揮，臺(tái)車前進(jìn)方向保證無障礙物，模板背面無人；③臺(tái)車行走至指定位置 2m 范圍內(nèi)時(shí)，降低行走速度，臺(tái)車達(dá)到下一板位置誤差≤2cm，若超出允許范圍，操作電機(jī)對(duì)臺(tái)車行走位置進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，到達(dá)指定位置時(shí)，立即采用卡軌器將主、從動(dòng)輪與道軌進(jìn)行固定。

4.2.4 拆模與養(yǎng)護(hù)

(1)拆模強(qiáng)度要求：邊墻混凝土澆筑12h 后，且強(qiáng)度達(dá)到5MPa，可拆除邊墻模板，臺(tái)車行駛至下一流水段。拱頂混凝土強(qiáng)度達(dá)到 1.2 MPa 后可拆除拱頂頂模，拱頂混凝土澆筑完成后3d，且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 70%時(shí)，可拆除拱頂?shù)啄！?/p>

(2)拆模操作要點(diǎn)：①待混凝土凝固到工程技術(shù)要求的質(zhì)量時(shí)，即可拆模，先撤除臺(tái)車前后周邊有關(guān)的模板，然后啟動(dòng)液壓站工作；②收回側(cè)向千斤頂，操作換向閥手柄，縮回側(cè)向油缸，收回下模板，使其離開混凝土；③收回豎向托架支撐千斤頂，操作換向閥手柄，縮回豎向油缸，脫下上模板，使其離開混凝土；④停止油泵電機(jī)，清洗臺(tái)車，除掉模板表面上黏接的混凝土。

5 結(jié) 語

無模板接縫，無錯(cuò)臺(tái)，混凝土外觀光亮、減少蜂窩麻面[4]現(xiàn)象，整體觀感效果好，混凝土表觀質(zhì)量顯著提高。施工進(jìn)度平均為邊墻3d 一倉，拱頂5d 一倉，方便快捷，保障了施工進(jìn)度。采用分體式臺(tái)車施工，減少了拆除、吊運(yùn)、拼裝次數(shù)，減少了傳統(tǒng)腳手架拆移等重復(fù)性工作，節(jié)省時(shí)間同時(shí)，降低有限空間內(nèi)物體打擊、高處墜落[1]等安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。