隧道仰拱移动模架施工工艺

隧道仰拱移动模架施工工艺

隧道仰拱移动模架施工工艺

1 前言

为使在隧道作业安全步距达标的前提下加快仰拱施工进度、保证质量，根据中铁二局在贵广铁路研制开发的隧道仰拱施工配套设备——仰拱移动模架体系及其施工技术，结合杭黄Ⅶ标隧道特点予以推广应用。见图1。

图1 移动模架施工效果图

2 工艺特点

一、操作简单，能较好地控制工程质量。

二、改善洞内交通条件,可流水作业,成本低。

三、标准化作业程度高。

3 适用范围

能广泛的适用于高速铁路双线隧道仰拱等结构的施工。

4 施工原理

仰拱移动模架体系主要由五部分组成：仰拱模架及模板、中心沟模架及模板、端头梁、栈桥和走形系统。以端头梁为界，移动模架把仰拱作业面分为两个工作区，即隧道开挖、出碴、清底、支护及钢筋安装等为第一工作区；仰拱、中心水沟模板安装及拆除，止水带、泄水盲管等的安装、固定，仰拱混凝土浇筑，填充混凝土浇筑为第二工作区。二者以流水作业的方式组织施工。见图2。

图2 移动模架效果图

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程

采用两个工作区流水作业，流程图见图3、4所示。

图3 工艺流程示意图

仰拱填充两工作区工作流程

第一工作区 第二工作区 模架定位 隧底开挖 止水带安装定位 隧底出渣 仰拱拆模 仰拱初期支护 仰拱混凝土浇筑 虚渣清理 填充混凝土浇筑

仰拱钢筋安装

图4 隧道仰拱移动模架施工工艺流程图

5.2 隧道仰拱移动模架体系

5.2.1 移动模架组成部件主要作用

一、仰拱模架及模板

满足仰拱混凝土一次性整体浇筑完成的要求。

二、中心沟模架及模板

满足填充施工中预留中心水沟的要求。

三、端头梁

满足定位并固定仰拱模架、中心沟模架，安设仰拱填充端头模板和中埋式止水带，在浇注混凝土时与栈桥分离，使栈桥在重车走行时由于振动而不影响混凝土质量，同时在隧底开挖出碴时，连接栈桥并作为栈桥的临时支撑。

四、栈桥

满足在仰拱填充施工中洞内的交通要求，同时作为仰拱模架、中心沟模架、端头梁整体移动的行走吊梁。

五、走行设备

自制与栈桥配套的轨道吊车，配备2台8t的绞车为动力，以栈桥为吊梁，使模架系统向前移动。

5.2.2 移动模架移动模架各部分的设计

CRECGG-1型隧道仰拱移动模架整体结构见图5。

图5 CRECGG-1型隧道仰拱移动模架示意图

一、仰拱模架及模板

因仰拱中部弧形半径大，坡度比较平缓，可不设模板，混凝土通过自然摊铺的方法从中间向两边浇筑，混凝土浇至仰拱模板下沿时，混凝土改由仰拱两侧的顶部入模，使仰拱混凝土一次浇筑完成。经现场试验证明：混凝土坍落度在120～140mm的情况下，从仰

拱与二衬边墙设计施工缝处向下设置3.5米长的弧形模板，即可很好的满足仰拱混凝土的施工要求，见图6。

仰拱模架设计为左右两幅，分别由刚性骨架和模板组成。刚性骨架设置在仰拱外露部分（不被填充掩埋的部分），主要作用是固定、存放和移动模板，以及安设走行设备绞车，传递动力。模板采用大块组合钢模，每幅2～3块，模板间用枢纽连接，以翻折方式安装和拆除。每块长6m ，宽1.1～1.2m ，用10cm 槽钢做加强肋，使模板具有足够的刚度，仅通过销钉固定模板两端就可完成模板固定，以简化模板加固措施。

二、中心沟模架及模板

中心沟模架采用模架、模板一体式设计，即用20cm 工字钢为模架，在模架上有6mm 钢板作面板和底板，见图7。

图7 中心沟模架示意图

三、端头梁

根据仰拱和填充混凝土的结构尺寸设计端头梁，以满足端头就位后，仰拱模架、中心沟模架跟着就位的要求。梁底为弧形，与仰拱中埋式止水带位置一致，便于固定中埋式止水带。梁上边缘与填充混凝土面标高一致，可控制填充混凝土浇筑标高。在端头梁两端设立仰拱模架靠柱，定位仰拱模架。为适应隧底开挖清理后的地形情况，共设置10

根可自

图6 仰拱模板示意图

由伸缩的支柱，梁部采用20cm工字钢制作，设计承载60t。

四、栈桥

考虑洞内施工中设备配套情况，每幅栈桥采用两片分离式，每片重约10t，使用一台挖机可完成栈桥的移动。为保证在仰拱混凝土施工时洞内交通畅通，由4片梁组成两幅栈桥形成双车道。

栈桥长18～19m，单片宽1.0～1.2m。在仰拱施工中，两端支撑长度各1.0～2.5m，有效工作面长度约13～16m。其中，端头梁宽度1m，最小工作面长约12m，平均分为两个仰拱作业面。栈桥设计为双层结构，上层主要采用20cm工字钢，做成弧形，使桥面成为拱桥面；下层用36cm工字钢制作，上下两层之间每隔1m左右设一道联系横梁，使下层主梁受力荷载符合均布荷载模型，加强结构整体性和承载能力。

五、走行设备

为使栈桥能够做为快速施工法的吊梁，利用栈桥每片梁两边工字钢翼板作为轨道，配备一个轨道吊车，见图8，使之吊起端头梁，在绞车的拉动下，可以拉着仰拱模架、中心沟模架一起移动到下一工作面。轨道车采用20cm槽钢作为梁，每侧各设两个滑轮与栈桥的底层工字钢翼板咬合，确保走行顺畅。

图8 轨道吊车示意图

轨道吊车的吊运和卸载定位。吊运：因端头梁有可以伸缩的支柱，所以，把端头梁用拉杆与吊车连接拉紧后，收缩端头梁的支柱就可以起吊。仰拱模架、中心沟模架一端放在已施工的填充面上，安设滑动小车。另一端与端头梁连接，在绞车的拉动下使整体向前移动。卸载定位：模架移动到设计里程后，需要上下调整标高，左右调整平面位置。这时在栈桥上挂设手动葫芦，提升端头梁，轨道车松动拉杆卸载。通过手动葫芦先上下调整端头梁至设计标高，横向再用千斤顶左右调整端头梁设计平面位置，然后放下端头梁的支柱完成定位。

4.3 施工步骤

一、隧底开挖、出碴、清底、初期支护、安装仰拱钢筋。此步骤为第一工作区作业内容，可在后续第二工作区作业时同时进行。

二、模架定位

1）栈桥就位，使栈桥与隧道中线平行；

2）测量放样，确定端头梁位置；

3）用拉杆把端头梁与两边栈桥吊车连接拉紧后，收起端头梁的支柱，使模架系统处于悬吊状态；

4）启动电动绞车，拉动模架系统向前移动6m；

5）利用挂在栈桥上的两个手动葫芦吊住端头梁两端，轨道吊车卸载；

6）松开轨道吊车与端梁之间的拉杆，用手动葫芦上下调整端头梁标高至设计位置；

7）用千斤顶横向调整端头梁至设计平面位置；

8）放下端头梁支柱，使端头梁固定；

9）仰拱排架一端靠紧端头梁上的端头立柱，另一端利用仰拱接茬钢筋和绞车自重固定；

10）用绞车拉住翻折的仰拱模板，人工配合放下仰拱模板至预先布设销钉上，固定模板；

11）撑开中心沟模架，一端在端头梁上定位，另一端在已施作混凝土上定位。

三、止水带及钢筋的安装

仰拱钢筋施做时，全部采用“钢筋定位卡”来辅助钢筋施工,以此来控制钢筋的间距及保护层厚度；钢筋定位采用角钢（63×40×6）制成“钢筋定位卡”。（如图所示）尺寸：每个卡空间距20cm，每个卡口大小3cm×3cm。

图9 钢筋定位卡示意图

图10 钢筋定位卡效果图

仰拱边墙中埋式止水带施工时,纵向中埋式止水带设置在仰拱矮边墙1/3位置处，前后分别卡在两个角钢（63×40×6）中，并在每1m处设置一个“U”型卡，“U”型卡底部采用螺杆固定，角钢两端头分别置于已施工混凝土表面上及仰拱端头模上，并分别采用钢筋固定牢固（如下图所示）。

20钢筋“U”型卡

中埋式止水带

角钢（63×40×6）

图11 止水带固定示意图

仰拱端头中埋式止水带施工时，端头采用移动模架钢模，将中埋式止水带规范埋设。（如图所示）

仰拱端头模板

中埋式止水带

图11 仰拱端头中埋式止水带安装示意图

图12 仰拱端头中埋式止水带安装效果图

四、浇筑仰拱混凝土

中部无模板部分混凝土通过自然摊铺的方式，从仰供中部开始纵向摊铺，再向左右两边同时浇筑，混凝土浇至仰拱模板下沿时，混凝土改由仰拱两侧的顶部入模，使仰拱混凝土不留施工缝，一次浇筑完成。

五、仰拱模板拆除

利用绞车和滑轮拉起模板翻折到模架上。

六、浇筑填充混凝土

仰拱模板拆除后浇筑填充混凝土。

中心沟脱模后，将模架整体移到下一作业区继续施工下一段仰拱。

5 机械设备

主要机械设备配备见表1。

6 劳动力组织

施工劳动力组织见表2。

序号 人员 人数 工作职责 1 技术人员 1 负责施工技术指导 2 试验工程师 1 负责混凝土质量检查 3 质检工程师 1 负责施工质量控制 4 普通工人 5 负责现场施工

合计

8

序号 机械名称 型 号 单位 数量 备 注 1

移动模架

自制

套 1 6m 长 2 电动卷扬机 11Kw 台 1 拖动模架 3

混凝土搅拌运输车

台

2

8m 3

7 质量控制措施

一、移动模架、模板的刚度必须满足设计要求，防止结构变形。

二、严格落实测量复核制，确保测量放线准确无误。

三、必须对模板进行清洁并均匀涂抹专用脱模剂。

四、浇筑结构前，严格落实“自检、互检、交检”三检制度，确保结构尺寸、防水板、止水带、排水盲管等预埋件设置等准确无误，并固定牢固。

五、保证混凝土原材料质量，同时严格按照施工配合比拌制混凝土，加强施工过程中混凝土的捣固和分层浇筑的厚度控制。

六、加强混凝土养护工作，制作同条件养护试件，试压强度符合拆模强度值后，确定拆模时间。

8 安全措施

施工中，严格遵照隧道或地下工程相关规范、规程关于安全方面的规定，确保施工安全。同时，重点注意以下几点：

一、模架拼装过程中，应将行走滑轮制动，防止模架自然溜滑失控。

二、重型材料移动，如大型模板等尽量采用机械，避免使用人工搬运；凡多人一起搬动大件材料，必须统一指挥，防止重物落地砸伤人员事故。

三、丝杆、螺帽的调整应使用扳手等专用工具，严禁赤手操作，以免伤手。

9 应用及效果分析

一、循环时间

根据近期仰拱施工情况，综合考虑洞内施工干扰，每循环按6延米进行计算，仰拱从开挖到混凝土浇筑完成，共需要约48小时，即3延米/天。因移动栈桥长18m，仰拱施工分为二个区域（开挖、初支及混凝土浇筑）进行流水施工，仰拱各工序施工时间初步分析如表3，有待在施工实践中不断改进完善。

序号工序名称所用时间(t) 备注

1 仰拱开挖12

2 拱架安装 6

3 喷混凝土施工 3

4 钢筋安装8

5 模板台车走行到

位

1

6 浇筑仰拱混凝土 2

7 初凝时间 2

8 浇筑仰拱填充混

凝土

2

二、工程质量

仰拱移动模架采用端头梁定位固定，整体模板，模架刚度好，容易加固，有效减少了施工板缝、错台和线条不直等情况，大大提高了仰拱与边墙交界区域混凝土质量。

三、施工组织和工序分区、标准化作业和安全文明施工

模架法施工工艺只需保留一个仰拱作业面，减少了工序分区间的相互干扰，减小了掌子面与二衬之间的作业面数量和总长度，利于二衬及时跟进，保障了隧道施工安全；双车道栈桥保持了洞内开挖出碴作业的交通畅通，文明施工和标准化作业水平显著提高。

四、施工照片如图。

图13 中心水沟模板

图14 仰拱模板

图15 仰拱移动模架施工