隧道模板衬砌台车施工工法

一、前言

二次衬砌支护是在隧道初期支护完成之后，围岩和初期支护稳定之后进行的，采用自行式全断面液压模板衬砌台车，合钢模板泵送混凝土入模。插入式振捣棒和附着式振捣器联合振捣。作为隧道正式运营后的重要安全储备的二衬施工对日后有着重要到的影响，所以，二衬在隧道施工中的重要性也是显而易见的。

而二衬的施工方法也是有许多，但每一种施工方法都遵循内实外美这一个总体原则。一个良好的衬砌的质量都要有他的使用性、可靠性和耐久性。从总体上讲，只要严格按照施工工艺施工，混凝土衬砌的质量是完全可以保证的。在山岭隧道的施工中，新奥法施工已经成为主流，近几年将近占到隧道建设的98％，在未来的几十年甚至上百年里，新奥法在隧道施工中仍将占据着不可动摇的地位。在初期支护完成的情况下，二次衬砌的施工质量也是隧道施工的一个重点和难点，它直接影响到隧道的运营安全，应该给予足够的认识。

二、二次衬施工条件的选定

二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定之后施作。围岩变形量较大，流变特性明显时，要加强初期支护并及早施作仰拱和二次衬砌。同时，必须遵循软弱围岩紧衬砌，V、IV级围岩二次衬砌均要求应及时制作；对于V级围岩，二次衬砌要求与掌子面的滞后距离不大于80米，IV级围岩二次衬砌滞后距离不大于140米，III级围岩段要求在围岩变形基本稳定后制作，距掌子面距离不大于200m。当围岩变形过大，初期支护力不足时，应及时反馈，以便及时加强初期支护，或修改二次衬砌设计参数及提前施作模筑砼。在制作带仰拱的二次衬砌是，应先浇筑仰拱，再浇筑洞身墙拱二衬砼。遵循先拱后墙由下而上的施工方法。

三、工艺特点

1、衬砌质量高。

泵送混凝土解决了小模板衬砌人工上料顶部不易密实的问题，不仅达到了内实外美的质量效果，而且基本杜绝了隧道衬砌渗漏水现象。

2、施工速度快

由于施工机械化程度高，从混凝土生产、运输、上料到模板就位、脱模均为机械化一条线流水作业，提高了施工速度和工作效率。

3、劳力投入少。

由于施工机械化程度高，使用方便，降低了劳动强度，大大减少了劳力的投入。既缩短了施工时间，又节省了经济投入。

四、衬砌台车的构造原理

衬砌台车是由模板、台车架、模板支撑调整机构（含液压系统）、行走机构、电气控制系统等五大部分组成。见衬砌台车结构示意图。

1、模板是根据施工衬砌面轮廓加工而成，由顶模和侧模组成。顶模和侧模之间采用铰接，相同模板之间采用螺栓联结。两侧模板根据需要可调换成直墙模板或曲墙模板，在顶模中部通过安装不同宽度的加宽块，可以做到一个台车用于不同加宽断面的衬砌。侧模上开工作窗口，用于混凝土浇注和捣固。

2、台车架用于支撑和固定模板，承受传递衬砌时混凝土的重量。

3、模板支撑调整机构用于操作模板立模、定位、固定、脱模等，并将混凝土重量传递给台车架和地面。一般由液压控制系统通过油缸的伸缩达到模板的立模定位及收模的作用，用千斤顶丝杠支撑固定模板。

4、行走机构使台车沿铺设的钢轨行驶到所需衬砌的位置。

5、电器控制系统用于行走电机、油泵电机、台车照明部分的电气操作控制和保护。台车通过立模、混凝土浇注、脱模、行走这四个工作过程，即可完成台车衬砌的整个作业。

五、工艺流程：

二衬施工工艺流程见图见下图 ：

六、关键技术：

6.1对台车的技术要求：

（1）加工台车时，衬砌断面轮廓按隧道设计断面尺寸扩大50㎜。

（2）台车一次衬砌长度可采用9m-12m长度，当然加长模板长度对于进度是有利的，但是，根据目前大多数公路隧道的衬砌厚度来考虑，模板越长，混凝土的温度收缩、干燥收缩的开裂就容易发生，因此模板的长度（一次性灌注长度）多采用9m和10.5m的台车。

（3）台车的构件尺寸要考虑运输和安装时的限制，一般不超过6m。

（4）面板采用Q235钢板，厚度为10㎜、宽度以1.5m为宜，表面平整，接缝平顺， 缝隙不大于1㎜。

（5）台车架整体刚度大，弹性变形不超过50㎜，以使运输车辆顺利通过。车架拱部要有足够的空间通过通风管。

（6）可以采用矮边墙的施工方法，或者用10mm的钢板在原有模板的基础上对二衬台车进行延长而取代矮边墙的施工方法。

6.2矮边墙施工：

（1）边墙控制标高对于曲墙和直墙分别为内轨顶面以下250㎜（拐点处）和320㎜处，矮边墙顶部向围岩方向按15%的坡度下降以防渗漏水。

（2）直墙矮边墙搭接面为台车定位密封面，平整度要高。在曲线地段，矮边墙根据每次衬砌的长度和位置做成折线。在曲墙部分，要严格控制矮边墙施工标高误差。

对二衬台车模板进行加长的方法这里不与说明，其方法和整个二衬台车的模板加工，工作原理相同。 

6.3台车拼装调试与模板表面处理：

台车拼装所需人员及设备：装载机1台，挖机1台，2～5t手拉葫芦3台，电焊机2台，人员12人，其中指挥1人、机械工4人、电工1人、普工6人。

6.4台车拼装顺序：

台车拼装按以下程序进行：

拼装结束后，用手持角磨机对模板表面除锈找平，对无法调整的模板接缝处的小凸台用手持砂轮机磨平，用加垫子或抹腻子等办法消除缝隙。最终验收台车。

6.5  监控围岩及初支的稳定状况，确定二衬的施工时间

 监控拱顶下陷量及断面收敛情况确定二衬施工时间。在围岩监控中满足以下条件时方可进行二衬施工：

（1）断面的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；

（2）周边位移速率小于0.1-0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07-0.15mm/d。

(3) 二衬前的位移已达总位移的80%以上。

（4）初期支护表面裂缝不在发展。

（5）对于II类围岩，当不满足这些条件，围岩有失稳迹象时，为了控制过大变形以及安全需要可以提前进行二次衬砌。

6.6  防水层施工

6.6.1 初期支护表面处理

在防水层铺设前，先仔细检查喷射砼表面是否平整和钢筋头露出，对表面凹凸不平和空洞处用喷射砼补平，对外露的钢筋头用电焊切除并用锤铆平抹砂浆素灰补平。处理完毕后方可进行防水卷材的铺设。

6.6.2塑料透水盲管的挂设

为了有效的排除二次衬砌背后的积水，在初期支护和防水板之间背后按5m的纵向间距设置环向透水盲管，局部有渗水严重地段，采用弹簧半管加密措施。，最终引到洞外。
6.6.3  防水层的铺设

铺设土工布和防水板在自制简易台架或台车上进行,上部采用现场使用的钢管或槽钢弯制成与隧道拱部形状相似的支撑架,用丝杠与台架连接,以便升降.施工时先铺设土工布,用射钉将土工布固定牢固.然后铺设防水板

6.6.3.1防水卷材的铺设

(1)防水板应在初期支护基本稳定后进行，防水层材料的物理力学性能要符合设计要求，现在隧道施工大都使用复合型防水板既省时又省力，施工方便，质量也好。

(2)防水板铺设前，应用电焊或氧焊将初期支护外露的锚杆头、钢筋网头等铁件齐根切除，并抹砂浆遮盖，以防刺破防水板。对于开挖面严重凹凸不平的部位须进行修凿和找平。方可铺设防水卷材。
 

（3）防水板铺设和锚固
 用射钉枪将吊挂肋条锚固在喷锚支护上。水泥钉长度不得小于50mm，平均拱顶3～4点/m2，边墙2～3点/m2。a、防水板的焊接。

（4）防水板的焊接

复合型防水板的规格可以根据不同的断面要求提前预定生产，宽度一般为三米为宜。长度根据不同的断面要求来订做。此种搭接为环向搭接，防水板搭接宽为10cm。采用自动爬焊机焊接。局部用热熔的方法配合焊接。防水板须进行检查是否有变色、波纹（厚薄不均）、斑点、刀痕、撕裂、小孔等缺陷，如果存在质量疑虑，应进行张拉试验、防水试验和焊缝抗拉强度试验。
  （5） 防水板的焊接质量的检验
防水板要求焊接质量良好，应无漏焊、假焊、烧焦等到现象。对搭接焊缝及吊挂点焊缝进行检查，防水板焊缝采用真空加压检测来检查焊接质量。防水板焊接后，封闭焊缝的一端，从另一端开口处充气并施加气压，在0.2Mpa压力作用下，5分钟不得小于0.16Mpa，说明焊缝合格。否则，焊缝为不合格，应拆除重新焊接。防水板铺设后，注意钢筋运输、绑扎等可能对防水板造成损伤。在对钢筋进行接头焊接时，须用石棉板挡隔保护，以防损坏防水板，当发现防水板损坏时，应及时修补,以满足质量要求。

6.6.3.2富水地段防水处理
   富水地段光面爆破效果差，环向排水管安设困难，喷射砼附着困难，防水板无法铺设，采取以下方法处理，确保防水板能正常铺设。
   ① 对成股向外涌水地段，根据水流量大小，采取埋设多根大直径塑料管将水引出，或采取模喷砼来代替施作喷锚支护。
   ② 在淋水地段，防水板打湿后，焊缝质量难以保证，因此，预铺一层防水板引水，然后再按设计铺设防水板。

6.4衬砌钢筋

衬砌钢筋的加工完全按照图纸和相关规范进行加工，钢筋加工在洞内加工，成批之后进行钢筋安装定位。

(1)钢筋表面应将油渍、漆皮、气泡、鳞锈等清除干净。

(2)钢筋弯钩应采用“规范”规定的标准弯钩。

(3)钢筋接头宜采用搭接电焊，双面焊时焊缝长不小于5d，单面焊时不小于10d，主筋焊条的强度，不应小于钢筋的强度。同一断面，受拉区钢筋的接头面积最大为50%，受压区不受此限，接头错开距离，应为35d，但不得小于50cm。

(4)当采用绑扎接头时受拉区C25砼搭接长度Ⅰ级钢为35d，Ⅱ级钢为55d。接头错开距离不小于1.3倍搭接长。接头面积受拉区为25%，受压区为50%。

(5)钢筋安装时，主筋间距偏差不大于±10mm，箍筋间距偏差不大于±20mm，两层钢筋间距偏差不大于±5mm。

(6)钢筋保护层应符合设计要求，钢筋与模板间宜加砼垫块固定，防止浇筑砼时，钢筋移位

。

6.5  台车就位立模：

（1）启动台车行走马达，将台车运行到衬砌位置，操作基础千斤顶撑于钢轨上并旋紧。

（2）操纵液压换向阀手柄，使水平油缸平移，使台车模板中心线与衬砌中心线一致。

（3）操作竖向油缸上升，使台车模板达到预定高度，然后旋转顶部竖向千斤顶使其定位。

（4）操作液压换向阀使侧向油缸撑出，粗调台车侧向模板至预定位置。

（5）装好侧向支撑千斤顶丝杠。

（6）关掉油泵电机，来回摇动手动换向阀手柄，使侧向油缸卸压，调整侧向支撑千斤顶丝杠，使台车侧向模板达到浇注状态。

（7）装好撑地千斤顶丝杠，安装固定端头模板。

（8）安装抗上浮装置（必要时）。

6.6  混凝土浇注：

为了保证二衬混凝土质量，施工过程中必须对原材料进行严格的抽检，发现问题必须及时改正，同时实验室提供的施工配合比必须余现场接近，必要时可以在二衬施工前到现场去取原材料进行试办，以确定最终的施工配合比。在控制原材料和配合比的同时，在施工过程中还应注意以下几点；

（1）混凝土浇筑时最大下落高度不能超过3000mm

（2）浇注时先从侧模下排工作窗口进行，混凝土浇注高度前后相差不超过600mm、左右高差不超过500mm。

（3）坍落度的控制；在底部和边墙的位置时混凝土的塌落度控制相应小一些，一般在15-16cm之间即可，在封顶时视情况可以放到20cm，但，不要大于20cm，因为过大混凝土的和易性就难以保证，同时，调节坍落度时不一定只从单位用水量上去调节，可以适当加一些减水剂等措施，来改变混凝土的和易性和坍落度。

（4）二衬混凝土需要连续浇筑，不得不间歇时，其间歇不大于120min，温度高时（20-30°C）不超过90min，尽量避免间歇时间过长，导致冷缝的出现。

（5）混凝土的振捣；混凝土用附着式振捣器和插入式振捣器振捣，振捣时间每次不超过30s，振捣棒移动距离不超过振捣器作用半径的1.5倍，拱顶混凝土适当降低水灰比，振捣密实。

（6）混凝土封顶时，要使用混凝土输送泵低速档进行灌注，时刻注意压力的变化，避免混凝土注满后强行注入导致压力过大而使模板变形。

6.7  脱模：

（1）拆掉侧向千斤顶丝杠、撑地千斤顶丝杠和端头模板。

（2）启动油泵操作换向阀，回收侧向油缸，使台车侧向模板脱离衬砌面。

（3）回收竖向千斤顶。

（4）操作换向阀回收竖向油缸，使台车顶模脱离衬砌面。回收油缸时，必须分次收缩，切忌一次性强制脱模。

（5）收起基础千斤顶。

6.8  使用后的调整：

一个工作循环后要检查各部位螺栓、销子的松紧状况，对各种联结件重新检查紧固，按期保养设备。

6.9  电力线选择：

混凝土输送泵是隧道内用电负荷最大的设备，一定要按功率大小和隧道长度选择足够的导线截面，保证混凝土泵工作电压正常。

七、机具设备

机具设备见下表

设备配套时注意事项：

1、混凝土搅拌站选用二台卧式搅拌机与一台一拖二式配料机组合成简易搅拌站，经济实用、安装方便，推荐采用。安装时，搅拌站出料高度大于混凝土输送车的上料高度，一般在3.8m左右。

1、 选用低压闸板阀式混凝土输送泵，规格选用30～60m³/h均可，但应首选电压适应波动范围大、体积小的混凝土输送泵。

2、 装载机选用侧卸式，便于和洞内出碴装载机调配使用。

4、混凝土输送车在有轨出碴时，选用轨行式混凝土输送车配电机车拖行。注意混凝土输送车出料高度要大于混凝土泵料斗高度。

八、劳动组织  

劳动组织见表2。

九、质量控制

1、防止接缝漏浆：

（1）在模板与已完衬砌混凝土面搭接处粘贴双面密封胶带。

（2）台车与混凝土面接触之前，一定将与台车搭接的混凝土面清理干净，使台车与混凝土面紧密相贴。

（3）台车定位后，将所有丝杠撑紧，所有支撑撑到位。

（4）经常对台车模板的变形进行校正，保持台车模板前后两头形状和曲率相同。

（5）台车模板与已衬砌段的搭接长度以10cm左右为宜，搭接过短会导致已打完的二衬接触面出现裂缝，搭接过长会出现错台。

（6）每一层窗口打完混凝土后，及时关死，用钢楔子撑紧，使其不动。

（7）堵头板要配合凹凸不平的初支面，用木板施工，不要破坏防水板，且固定好。

2、防止跑模、消灭错台：

（1）在台车进洞定位之前，仔细检查台车整个面板，特别是面板之间的拼缝，尽量使模板拼缝之间的错台控制在1mm以内。

（2）特别关注台车两侧对地的斜撑丝杠，保证有足够的撑力和对地固定牢靠。

（3）计算好每次衬砌的长度，尽量使每次的衬砌长度与台车的长度接近。

（4）因台车模板两侧对地斜撑力等因素的作用，在混凝土浇注到2～4m高度时，台车易出现“上浮”现象，造成对地斜撑松动而跑模，要注意安装使用抗浮装置。

3、保证混凝土衬砌顶部密实：

（1）封顶时，混凝土要有合适的塌落度。为了使混凝土确实填充

（2）封顶后期，用混凝土泵低速档工作，并随时注意混凝土泵输送压力的变化。混凝土输送管要连接在台车顶部靠近已衬砌端的灌注口，使接缝处混凝土密实。

（3）安装端头模板时，在顶部予留排气孔，以利浇注混凝土时排气和观察灌注是否饱满。

（4）在拱顶每隔10m预留一个注浆孔。

4、提高混凝土表面光洁度：

（1）使用前对台车模板表面要认真进行打磨处理，使用后对粘模的混凝土及时清除。

（2）刷涂脱模剂要固定专人负责，刷涂要均匀，防止多涂漏涂。

（3）经常调整、紧固模板连结螺栓，检查台车是否变形，避免模板接缝出现错台。

（4）严格执行混凝土配合比，按规定添加混凝土辅料。

    （5）振捣方法一定要得当，尽量使每个位置都振捣，即便在模板外面通过敲打外膜面板的方法也有很好的振捣效果。

    （6）在混凝土配合比上可以适当加入适量减水剂和粉煤灰，可以改善砼的性能和外观颜色。

综上所述，影响二衬的质量的因素很多，需要在施工过程中多注意。另外，脱模时间的控制也相当重要，脱模过早混凝土会发生开裂、堵头板上面的混凝土倒塌、附着在面板上的混凝土会剥落等现象，脱模过晚直接影响到工程进度。拆模时间的确定要考虑衬砌厚度，断面大小、施工条件等综合因素，最终在施工中找到合适的脱模时间。一般隧道混凝土强度达到2-3MPa左右，大约在12-15小时左右可以认为是安全拆模的,这里需要说明的是,当初期支护未稳定,二衬提前施做的混凝土强度应达到设计强度的100%方可拆模，特殊情况应根据试验和监控量测的结果确定拆模时间.

5 、施工缝和沉降缝的施工

对衬砌应周密设计施工缝、沉降缝的构造和位置，沉降缝在衬砌结构变化出设置，缝宽2cm，采用中埋式橡胶止水带防水，內填沥青麻絮。沿衬砌设计轴线间隔0.5m在堵头板上钻一个直径12mm的孔，将加工成型的ф10的钢筋卡由待模筑混凝土一侧穿入内侧卡紧止水带之半，另一半止水带平结在堵头板上，待模筑混凝土凝固后拆除堵头板，将止水带靠中心钢筋拉直，然后弯曲钢筋卡套上止水带，模筑下一摸混凝土。施工缝的施工工艺同沉降缝一样不再重复。 300/2

十、安全措施

1、工作人员必须正确戴好安全帽。

2、机械人员经考核合格后方可上岗，机械操作员要认真执行机械设备安全操作规程。

3、严禁在台车通行空间内放置材料工具侵占通行空间，台车上层工作面放置物品要牢靠，防止坠落。

4、经过台车的车辆严禁超宽超高，运行速度不超过5km/h。

5、除操作人员外，其他人员严禁进入施工台车上。

十一、效益分析

1、该工法施工速度快，一般一个洞口配一台10.5m台车即可，与小模板衬砌相比，缩短衬砌时间60%以上，提高了经济效益。

2、衬砌质量高，为工程创优奠定了基础，产生明显社会效益。

3、人员投入少，由于机械化程度高，减少了劳力投入。