基于提高隧道襯砌和防水質(zhì)量的襯砌臺(tái)車優(yōu)化應(yīng)用

魏志剛

( 中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000 )

近年來，在高速鐵路建設(shè)中經(jīng)常涉及隧道項(xiàng)目施工，確保隧道項(xiàng)目高質(zhì)量和隧道安全運(yùn)營的重要因素之一是鐵路隧道襯砌質(zhì)量。然而，鐵路隧道由于施工工裝設(shè)備不夠完善，施工工藝不夠合理，經(jīng)常出現(xiàn)拱裂、掉塊、敲擊空聲、漏水等通病，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量，治理難度較大。襯砌臺(tái)車的設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，會(huì)直接影響襯砌質(zhì)量。在隧道施工管理中，如何通過優(yōu)化臺(tái)車和工裝結(jié)構(gòu)提升隧道襯砌工程質(zhì)量，是當(dāng)前鐵路建設(shè)難以攻克的難題。

本文詳細(xì)介紹了新型桁架式大間隙襯砌臺(tái)車，優(yōu)化隧道襯砌臺(tái)車主體結(jié)構(gòu)、配套工裝設(shè)備等，效果顯著，不僅提高了臺(tái)車的性能、利用率和施工效率，而且節(jié)約了成本，有效地防止了出現(xiàn)空洞情況，提高了隧道襯砌的施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)滲漏水等情況。

1 常規(guī)隧道襯砌臺(tái)車的弊端

襯砌臺(tái)車是鐵路或公路隧道進(jìn)行混凝土二次襯砌施作的工程專用施工裝備。目前鐵路或公路隧道傳統(tǒng)混凝土襯砌臺(tái)車分為門式和非門式兩種。一般而言，傳統(tǒng)襯砌臺(tái)車在自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用方面有如下弊端：

臺(tái)車自身空間和臺(tái)車下部空間狹小，施工條件不佳；進(jìn)行中高壓混凝土澆筑時(shí)常引起變形，不能有效確保隧道襯砌質(zhì)量[1-2]，臺(tái)車兩側(cè)模板間隙尺寸過大。襯砌完成施工后，后期難以修復(fù)；木模加固模板加固效果欠佳；由于鋼筋?yuàn)A強(qiáng)度不高，容易彎曲，端模不容易封堵，容易導(dǎo)致擠裂模板或?qū)е履０邋e(cuò)位，影響施工安全、進(jìn)度及防水性。

2 新型桁架式大間隙襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)

2.1 運(yùn)行原理

新型桁架式大間隙襯砌臺(tái)車的設(shè)計(jì)如圖1所示。其運(yùn)行原理為：襯砌臺(tái)車的所有結(jié)構(gòu)部件按照提前預(yù)留的點(diǎn)位安裝在大框架上，從而方便快速進(jìn)行模板定位安裝，而且穩(wěn)定性較強(qiáng)，能夠有效承受混凝土開始澆筑時(shí)產(chǎn)生的荷載，側(cè)模通過側(cè)模油缸驅(qū)動(dòng)，對邊模位置進(jìn)行調(diào)整，借助彼此相對獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，極大地提高了臺(tái)車的驅(qū)動(dòng)性能；通過對升降、橫移、邊模油缸進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，順利實(shí)現(xiàn)主架的起落以及襯砌模板的拼裝，再借助布料系統(tǒng)、混凝土實(shí)現(xiàn)逐層澆筑。此外，通過信息集成控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制[3]，提升襯砌質(zhì)量管理。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

新型臺(tái)車主要結(jié)構(gòu)由桁架、連接支撐桿件、模板、行走系統(tǒng)和頂升系統(tǒng)等組成，另外，通過電氣、液壓等裝置能夠?qū)崿F(xiàn)行走、架模、澆筑以及脫模等關(guān)鍵工序環(huán)節(jié)[4]。

2.2.1 桁架及模板系統(tǒng)

桁架式新型襯砌臺(tái)車為雙跨結(jié)構(gòu)，兩條支腿依次位于兩端。如圖1所示。該臺(tái)車通過優(yōu)化支撐桿件，擴(kuò)大了臺(tái)車下部凈空以及施工作業(yè)區(qū)域，提高了通風(fēng)效果和工作效率。

1—支腿；2—橫向梁；3—橫移油缸；4—橫移架；5—行走系統(tǒng)；6—內(nèi)伸縮套；7—頂升油缸；8—鉸接耳板；9—縱向梁

為避免新型襯砌臺(tái)車移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生拼接誤差，應(yīng)借助橫移機(jī)構(gòu)降低誤差，在其關(guān)鍵部位涂抹油脂從而有效消弱滑動(dòng)摩擦力。模板系統(tǒng)的頂模及邊模16塊，左、右兩邊各8塊。模板寬度都為1.5 m，通過拼接，模板總長度為12 m，也就是隧道一組襯砌的有效長度。

2.2.2 行走系統(tǒng)

需配備電動(dòng)機(jī)組，電機(jī)配有制動(dòng)裝置，制動(dòng)十分便捷。襯砌臺(tái)車由厚鋼板量身定制加工而成，分量較重，行走系統(tǒng)必須配備較大功率運(yùn)行，通常選擇30 kW以上電機(jī)，臺(tái)車行走速度控制在8～10 m/min。由于隧道內(nèi)部施工環(huán)境不佳，一般通過鏈條鏈輪進(jìn)行傳動(dòng)。另外需配備減速比大、總體積不大的蝸輪蝸桿減速機(jī)。每一行走輪均裝有圓柱滾子軸承和軸承板。單個(gè)車輪的負(fù)載至少為500 kN，以避免頻繁更換軸承和車輪[5]。

2.2.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)含有四個(gè)油缸，即平移油缸、頂升油缸、支架脫模油缸和側(cè)向油缸，液壓泵電機(jī)功率至少為16.5 kW。當(dāng)系統(tǒng)壓力為12 MPa時(shí)，每個(gè)頂升油缸的提升力超過800 kN，能夠提供臺(tái)車正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力。

2.2.4 信息集成控制系統(tǒng)

當(dāng)前，鐵路隧道進(jìn)行襯砌操作時(shí)，大多憑借一些傳統(tǒng)襯砌技術(shù)施工，沒有配置智能化監(jiān)控系統(tǒng)，常常出現(xiàn)一些質(zhì)量問題。新型襯砌臺(tái)車通過配置安裝成套襯砌信息集成控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)行隧道襯砌施工的信息化監(jiān)控和智能化反饋操作。

配置在襯砌臺(tái)車上的成套襯砌信息集成控制系統(tǒng)主要是行走操作系統(tǒng)、液壓操作系統(tǒng)、布料操作系統(tǒng)、澆筑操作系統(tǒng)、振搗操作系統(tǒng)、施工縫施工系統(tǒng)等。信息集成控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對上述系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控并詳細(xì)記錄下整個(gè)施工過程。另外，還可以完整生成隧道襯砌詳細(xì)報(bào)表[5]。

2.2.5 其他配套電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)采用380 V三相交流電源，控制柜集中控制方式；臺(tái)車操作平臺(tái)、上下步梯及安全護(hù)欄依據(jù)建筑規(guī)范要求進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，襯砌結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定以及技術(shù)人員操作的便捷性和安全性、優(yōu)化設(shè)計(jì)等，尤其應(yīng)優(yōu)先考慮工人的施工環(huán)境以及便利性。

2.3 新型桁架襯砌臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)

新型桁架襯砌臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)為：臺(tái)車橫向(縱向)坡度為3%；施工窗尺寸(寬×長)為500 mm×500 mm；臺(tái)車外輪廓尺寸增加值為50 mm；隧道通風(fēng)管半徑為900 mm；模板面板厚度為12 mm；一次襯砌長度為12 100 mm；混凝土傳輸管半徑為75 mm；總質(zhì)量為160 t；模板臺(tái)車通過凈空尺寸(高×寬)為7 200 mm×7 250 mm；行走速度為7～9 m/min。

3 新型襯砌臺(tái)車優(yōu)化

3.1 優(yōu)化鋼面板

普通鋼板容易生銹，而且除銹困難，不僅費(fèi)時(shí)還費(fèi)人工，表面不光潔，容易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。伴隨著隧道施工技術(shù)飛速地發(fā)展和進(jìn)步，由普通鋼板和不銹鋼板組成的復(fù)合式鋼面板不像傳統(tǒng)鋼面板那樣需要除銹，而且其成本不高，在確保隧道襯砌質(zhì)量的同時(shí)，提升了施工效率，并節(jié)約了成本。復(fù)合式鋼面板通過數(shù)控化加工技術(shù)可確保二襯混凝土澆筑質(zhì)量，其不僅表面光潔平整，而且較好規(guī)避了錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，從而確保了二襯質(zhì)量和安全文明施工。復(fù)合鋼板的使用壽命相對較長[6]。

3.2 優(yōu)化澆筑窗口

為確保新型臺(tái)車進(jìn)行二襯混凝土澆筑時(shí)內(nèi)實(shí)外美，并確保隧道襯砌混凝土外部平順，防止其顏色不一，提升隧道二襯時(shí)混凝土澆筑飽滿程度及整體質(zhì)量，二襯應(yīng)選擇清水自密實(shí)混凝土。澆筑窗口順著隧道軸向每層配置三個(gè)灌漿孔，窗戶的水平間距為1.5 m，每個(gè)窗口大小為500 mm×500 mm，進(jìn)行注漿相對便捷，確保隧道工程質(zhì)量，減少施工人員的勞動(dòng)量。通過角鋼加固澆筑窗口，防止窗口出現(xiàn)錯(cuò)位，確保襯砌質(zhì)量[7]。

3.3 優(yōu)化拱頂帶模注漿

二襯混凝土背后的空洞會(huì)嚴(yán)重影響施工安全。因此，借助拱頂帶模注漿技術(shù)防止出現(xiàn)空洞情況。但是，當(dāng)帶模注漿孔與二次襯砌同時(shí)注漿時(shí)，就有可能完成注漿后，導(dǎo)致堵孔現(xiàn)象，降低了工作效率。為確保注漿均勻飽滿，將3個(gè)注漿孔配備在臺(tái)車頂部，一個(gè)注漿孔配備在中間，另外2個(gè)注漿孔位于臺(tái)車兩端1 m處。對襯砌臺(tái)車的有效提升改造，簡化了操作，工序更為方便快捷，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了施工速度，確保了襯砌質(zhì)量。

3.4 端模材質(zhì)優(yōu)化

由于木模無法承受較大的側(cè)向壓力，導(dǎo)致端模處的混凝土容易被破壞，影響注漿實(shí)際效果，導(dǎo)致注漿壓力偏小。木模和鋼端模進(jìn)行對比后，鋼端模的優(yōu)勢顯而易見。特別是在二次襯砌進(jìn)行模板支模時(shí)，如果采用木板封端形式，存在施工工藝煩瑣、施工耗時(shí)久、效率不高等弊端。然而鋼端模卻具有時(shí)間短、速度快、人力少、相對經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

3.5 止水帶安裝優(yōu)化

一般來說，端模臺(tái)車止水帶模具制作十分方便，但易漏漿；如果二次襯砌通過鋼筋綁扎加固止水帶，以加快施工速度，就容易引起止水帶出現(xiàn)變形扭曲、漏水等問題。施工不僅非常煩瑣，而且會(huì)導(dǎo)致拆模后色澤不均，引起質(zhì)量問題。這些弊端能夠借助合頁固定中埋式止水帶，再借助端頭模板的安裝有效地規(guī)避。

3.6 頂部注漿口優(yōu)化

通常臺(tái)車完成襯砌后，注漿口混凝土表面存在凹坑或凸臺(tái)等現(xiàn)象。然而這個(gè)位置處在隧道頂部，不便施工。將頂部注漿口設(shè)置為完全平整的形式，即母體模板面板和閘板處在同一表面，不存在凹凸，表面順滑整齊，縮減了施工步驟，提升了襯砌混凝土外觀質(zhì)量[7]，如圖2所示。

圖2 頂部注漿口優(yōu)化前后對比

3.7 防滑支架優(yōu)化

改進(jìn)后的防滑支架僅憑螺桿末端，將模板系統(tǒng)直接支撐門架系統(tǒng)。一旦螺桿壓緊，就無法提升和平移模板系統(tǒng)。此工序必須在松開螺桿后才能進(jìn)行，完成后必將加固螺桿。由于模板臺(tái)車的工作環(huán)境不同，需要將螺桿不斷重復(fù)擰緊和松開，這對操作人員具有極高的要求。優(yōu)化防滑支架后，在原螺桿末端增加了萬向球體系，即使擰緊螺桿也不會(huì)影響模板系統(tǒng)，確保螺桿始終處于擰緊狀態(tài)，降低操作頻率，減少操作失誤，避免對設(shè)備產(chǎn)生不良影響，如圖3所示。

圖3 防滑支座改進(jìn)后方案

3.8 優(yōu)化牛腿

隧道里一些特殊位置存在牛腿構(gòu)造，進(jìn)行優(yōu)化牛腿之前，需要借助鋼筋網(wǎng)上的墊樁把木料三角塊放在合適位置。在完成混凝土澆筑以后，位置容易變化，導(dǎo)致成形后的牛腿外部變形和相對位置不精準(zhǔn)，甚至造成泥漿泄漏等嚴(yán)重后果。同時(shí)，木料三角塊的周轉(zhuǎn)頻率不高，浪費(fèi)比較大，所以木料三角塊安裝和拆卸等步驟必須通過腳手架進(jìn)行輔助施工。優(yōu)化牛腿以后，采用定位分廠精準(zhǔn)，不用進(jìn)行修補(bǔ)的鋼模板構(gòu)建牛腿，拆卸方便，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)，能重復(fù)利用，如圖4所示。

圖4 牛腿改進(jìn)后的前后對比

3.9 下縱梁支撐優(yōu)化

臺(tái)車優(yōu)化前，因?yàn)榻z桿強(qiáng)度不高，導(dǎo)致下縱梁出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，所以隧道成形精度不高。臺(tái)平縱梁支撐優(yōu)化以后，將下縱梁與螺栓進(jìn)行牢固連接，穩(wěn)定住支撐角度，確保了臺(tái)車整體穩(wěn)定性[8]，如圖5所示。

圖5 臺(tái)車下縱梁優(yōu)化前后對比

4 結(jié)語

新型臺(tái)車剛度高、穩(wěn)定性強(qiáng)，模板臺(tái)車模板下部空間提高了55%，無露筋、成形流暢、澆筑方便、無漏漿、漏水情況，襯砌內(nèi)實(shí)外美，延長了使用壽命，節(jié)約了施工成本，防水等應(yīng)用效果良好。