长隧道二衬台车设计

长隧道二衬台车设计

1太行山

太行山太行山

太行山隧道全断面液压衬砌台车施工

隧道全断面液压衬砌台车施工隧道全断面液压衬砌台车施工

隧道全断面液压衬砌台车施工

邱维军

邱维军邱维军

邱维军

摘要

摘要摘要

摘要 太行山隧道全长27700米，是石(家庄)太(原)客运专线中最长隧道，也是亚洲

山岭第一长隧道。本文介绍了全断面液压衬砌台车在太行山隧道1#、2#的施工情况，对全 断面液压衬砌台车在长隧道衬砌存在的常见问题，如环接缝错台和漏浆，混凝土表面存在 冷缝、颜色不一致等问题;从施工方法、施工工艺和措施方面进行了剖析，并针对性地提 出改进措施，此外还进行了经济效益分析，可供同类工程施工参考。 关键词

关键词关键词

关键词 隧道 液压衬砌台车 施工工艺

概述

概述概述

概述:

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:

太行山隧道1#、2#斜井承担正洞4600双延米，围岩90,为薄至中厚层泥质石灰岩， 属?类围岩。由于该隧道断面比普通铁路隧道大，模筑混凝土衬砌质量要求高，模筑混凝 土衬砌存在的常见外观质量问题如:环形接缝错台、漏浆;工作窗处错台;冷缝多;混凝 土表面存在花斑、颜色不一致;渗漏水;矮边墙不顺直等表现尤为突出，处理不好直接影 响隧道二衬外观质量。出现上述问题原因是多方面的，但主要是衬砌台车刚度不足，施工

方法和工艺不当所致。经过施工中不断研究摸索，以上问题在太行山隧道1#、2#施工中得 到了较好的解决。下面就全断面液压台车模筑衬砌施工技术和质量控制的一些做法作一介 绍，为今后类似工程施工提供参考。

1 衬砌台车的结构、制造、拼装调试及定位

1.1 台车结构

全断面液压衬砌钢模板台车是为不同隧道、涵洞等断面尺寸的混凝土衬砌而专门设计 制造的非标产品。具有全液压立模、脱模功能，衬砌表面光洁度高，衬砌速度快的特点。 其结构一般分为车体、模板、液压或丝杠支拆模系统，工厂制造后运至现场拼装。其结构 简图见图1。

2

衬砌台车技术参数见下表。

序号 项目 单位 参数 备注

1 台车每模衬砌长度 M 12

2 净空尺寸 M 5×4.2

3 台车行走速度 M/min 8,12

4 单边脱模量 Mm 210 局部最小

5 水平调整量 Mm 150 单边

6 系统压力 Kg/c? P=160

7 液压泵流量 L/min 14.6

8 油缸最大行程 mm 400

9 竖向行程 Mm 250

10 侧向行程 mm 200

(表一)全断面液压衬台车技术参数表

1.1.1 车体

车体采用桁架结构，纵梁采用40C槽钢相对拼焊而成，上下各2根;立柱采用HK450 型钢，间距为每3m设1根，并在立柱间设“米”字撑;横梁采用56C工字钢，间距为每1.5 m设1根;其他辅助构件采用HKl60c型钢，采用上述结构可以较好地满足刚度和稳定性要 求。

1.1.2 模板及拼装

3

由于该隧道断面较大，实践证明钢板?8mm时其刚度不足，使用一段时间后，易发生变 形。鉴于此，模板宜采用厚度为10mm宽150cm冷轧钢板。模板加工时卷制半径应较隧道设 计净空断面半径大5cm，以抵消施工误差;模板底端应低于隧道侧沟顶面5—10cm，以保证 二衬与矮边墙接缝不外露。现场拼装完成并检查校正后，对模板板块拼缝进行焊联并将焊 缝打磨平整，模板拼装完后形成三大块(拱部一块，左右边墙各一块)，大块模板可以有效 抑制翘曲变形。

1.1.3 丝杠支拆模系统

丝杠支拆模系统，杠体直径90mm，纵向间距150cm(与板块宽度相同)，台车两端侧向 调节丝杠每侧增设2根(图1)。

1.1.4 工作窗设置

工作窗尺寸为50×50cm，共设置6排22个。两侧起拱线以上1.5米部位各设1排，每 排4个。起拱线以下1.5米部位各设1排，每排3个。两侧边墙部位的窗口各设1排，每 排4个，高度为模板底边往上2.0m处为宜(考虑与矮边墙一块施工)。

1.1.5 台车长度确定

台车实际长度以1210cm为宜，其有效长度1200cm，每环间搭接长度l0cm。实践证明在 直线隧道中长度最长可达到1500cm，台车模板与上一环混凝土表面的搭接长度

以10-15cm 为宜，搭接长度过小，易将上一环搭接部位的混凝土顶裂;过大则搭接处不易密贴，易造 成环形接缝处漏浆。

1.2 台车拼装后的调试

台车车体桁架、模板局部变形、加工尺寸偏差等是造成衬砌错台等衬砌外观质量问题 的主要原因。台车拼装后调试对二衬混凝土外观质量十分重要，调试过程中应注意以下几 个方面:

a(衬砌台车现场拼装完成后，必须在轨道上往返走行3-5次后，再次紧固螺栓，并

对部分连接部位加强焊接以提高其整体性。

b(检查台车模板尺寸是否准确，其两端的结构尺寸相对偏差宜不大于3mm，否则需进 行整修。

c.衬砌前对钢模板表面采用抛光机进行彻底打磨，清除锈斑，涂油防锈。

d.每施做衬砌500-800m，台车应全面校验一次，校验一般在隧道下锚洞进行。

1.3 台车就位

1.3.1 轨道布设

轨道宜采用P38以上钢轨，短枕采用木枕，钢轨和短枕间使用轨垫板，轨道置于已铺 底的混凝土地面上，以保证台车平稳。轨道中心线尽可能与隧道中心线重合，偏差应控制 在?1cm以内。

1.3.2 台车准确定位

台车定位采用五点定位法，即以衬砌圆心为原点建立平面坐标系，通过控制拱部模板 中心点、拱部模板同墙部模板的两个铰接点、两墙部模板的底脚点来精确控制台车就位。 台车走行至立模位置后，先利用竖向丝杠调整其标高，再利用横向和侧向丝杠调整其平面 4位置，使模板中心线与隧道中心线重合，并用五点定位法复测台车模板两端断面，拉线检 查中部模板是否翘曲或扭动，直至准确为止。

在曲线段施工时还应考虑内外弧长差引起的左右侧搭接长度的变化，调整过程中尽量 保证弧线圆顺。

为避免混凝土浇注过程中台车上浮(一般可达15mm左右)，采用三个30t的千斤顶在 台车前端端部拱顶增设支撑，以防台车上浮造成拱部错台。

2.2

2.22.2

2.2全断面液压衬砌台车的使用

全断面液压衬砌台车的使用全断面液压衬砌台车的使用

全断面液压衬砌台车的使用

全断面液压衬砌台车的工作过程按以下几步进行:

2.2.1

2.2.12.2.1

2.2.1机型匹配

机型匹配机型匹配

机型匹配

根据施工实际情况，我们选用以下机械设备:

(1) 12米边顶拱全液压衬砌台车;

(2) HBT60A液压砼输送泵2台(一台备用);

(3) JCGY—6型砼搅拌运输车2辆;

(4) JS1000砼搅拌机2台。

在选择以上机械设备时，充分考虑了机械的匹配问题，并留有一定的安全储备，确保 衬砌台车在灌注一组砼时能连续施工。

2.2.2

2.2.22.2.2

2.2.2立模

立模立模

立模

钢模板台车行走至衬砌位置后便可立模，立模前钢模板台车处于脱模状态。立模按以 下几步进行:调整台车对衬砌位置后，将所有卡轨器，基础千斤顶撑于钢轨上并旋紧。 (1) 调节水平千斤顶调整平移小车的位置，使钢模板台车模板中心线与衬砌中心线 对齐。

(2) 操纵手动换向阀手柄，使竖向油缸上升。调整钢模板台车的模板使其达到预定 高度后，旋紧竖向千斤顶。

(3) 操纵手动换向阀手柄，使侧向油缸撑出。粗调钢模板台车的侧模板至预定位置。 (4) 装好侧向千斤顶。

(5) 关闭电机，来回摇动手动换向阀手柄，使侧向油缸卸压。调节侧向千斤顶，使 钢板台车侧模板达到灌注状态。

(6) 启动电机，保持油缸压力。

(7) 装好撑地千顶、堵头板。

2.2.

2.2.2.2.

2.2.3

33

3灌注混凝土

灌注混凝土灌注混凝土

灌注混凝土

立模完成之后即可进行灌注混凝土。灌注混凝土之前，钢模板台车外表面需涂抹脱模 剂，以减少脱模时的表面粘力。灌注混凝土输送口包括工作窗口和冲天刹尖口。灌注混凝 土时，先从钢模板台车模板最下排工作窗口进行灌注混凝土，灌注混凝土至混凝土快要平

齐工作窗口时，关闭工作窗，然后从第二排工作窗口进行灌注混凝土，以此类推，最后通 过灌注混凝土冲天口封顶刹尖。

在灌注混凝土工作过程中要注意以下几点:

5(1)灌注混凝土时，混凝土最大下落度不能超过3000mm。

(2)灌注混凝土时，钢模板台车前后混凝土高差不超过600mm;左右混凝土高度差要 求不超过500mm。

(3)灌注混凝土到最后通过灌注混凝土口封顶的后期，必须使用低速档进行灌注混凝 土，并时刻注意灌注混凝土口压力的变化，避免因混凝土注满后仍强行注入而导致压力过 大使模板变形。

2.2.3

2.2.32.2.3

2.2.3脱模

脱模脱模

脱模

灌注混凝土完成之后，必须让混凝土达到一定强度后才能进行脱模。脱模按以下几步进 行:

(1)拆掉侧向千斤顶、撑地千斤顶和堵头板。

(2)操纵手动换向阀手柄，控制侧向油缸。使钢模板台车侧模板脱离衬砌面。油缸的 收缩行程为150mm,200mm。

(3)收起竖向千斤顶，检查平移小车是否固定好。

(4)操纵手动换向阀手柄，控制竖向油缸。使钢模板台车顶模板脱离衬砌面。油缸收 缩时，必须分次收缩，切忌一次性强制脱模。油缸收缩选为250mm,300mm。 (5)收起基础千斤顶。

2.2.4

2.2.42.2.4

2.2.4行走

行走行走

行走

钢模板台车脱模之后，松开卡轨器，启动行走电机，即可行走。钢模板台车行走时要 注意以下几点:

(1)电机的行走速度不能超过12m/min，并要保证两个电机的同步。 (2)钢模板台车必须完全静止后，才能让行走电机换向行驶。 反复循环立模、灌注混凝土、脱模、行走这四个工作过程，就形成了钢模板台车的整 个作业。其作业流程如下(图三):

3

33

3

模筑混凝土关键工艺控制

模筑混凝土关键工艺控制模筑混凝土关键工艺控制

模筑混凝土关键工艺控制

3.1

.1.1

.1

原材料及混凝土品质控制 原材料及混凝土品质控制原材料及混凝土品质控制

原材料及混凝土品质控制

3

33

3.1.1

.1.1.1.1

.1.1

原材料

原材料原材料

原材料

原材料经检验合格后使用，特别是地材和特种材料更要把好检验关。碎石宜采用反击

破碎石，碎石生产过程中应严格控制筛孔尺寸，保证碎石的形状和级配。

3

33

3.1.2

.1.2.1.2

.1.2

混凝土坍落度控制

混凝土坍落度控制混凝土坍落度控制

混凝土坍落度控制

安装行走钢轨

行走移位

对位

立模

灌注砼

砼养护 拆模 维护保养

6

混凝土坍落度一般选14-18cm，根据灌注部位的不同，墙部混凝土坍落度宜小，拱部

的宜偏大。在保证混凝土可泵性的情况下，宜尽量减小混凝土的坍落度，并提高混凝土的

和易性、保水性，避免混凝土泌水。

3

33

3.1.3

.1.3.1.3

.1.3

外掺剂

外掺剂外掺剂

外掺剂(

((

(料

料料

料)

))

)的选用

的选用的选用

的选用

适量掺加高效缓凝型减水剂，可以改善混凝土的和易性，增加其流动性;在衬砌混凝

土中可掺加粉煤灰有利于提高混凝土的和易性、保水性和密实度。

3

33

3.2

.2 .2

.2 混凝土灌注

混凝土灌注混凝土灌注

混凝土灌注

3

33

3.2.1

.2.1.2.1

.2.1

灌注顺序

灌注顺序灌注顺序

灌注顺序

混凝土采用分层、左右侧交替对称浇注，每层浇筑厚度不大于lm。两侧高差控制在5

0cm

以内。浇注过程要连续，避免停歇造成“冷缝”，间歇时间超过1.5h则按施工缝处理。

3

33

3.2.2

.2.2.2.2

.2.2

两侧对称灌注更替时间控制

两侧对称灌注更替时间控制两侧对称灌注更替时间控制 两侧对称灌注更替时间控制

采取混凝土灌注时间和灌注高度两个指标进行双控，即单侧混凝土灌注高度达1m时，必

须换管;单侧混凝土灌注间歇时间不超过混凝土的初凝时间，美菰林隧道施工中规定每侧

连续灌注时间达70min时，必须换管。

3

33

3.2.3

.2.3.2.3

.2.3

保证混凝土灌注连续性的措施

保证混凝土灌注连续性的措施保证混凝土灌注连续性的措施

保证混凝土灌注连续性的措施

a

aa

a(合理配置机械设备，储备充足的易损件，做到设备有用有备;加强机械设备操作 手现场培训和设备检修保养。

b(建立衬砌作业前的设备检查制度，设备有故障或能力不匹配不开盘。

c(对工程量较大的衬砌段落可采用两套设备分左右侧同时工作，但宜适当放慢混凝 土灌注速度，以避免台车上浮。

3

33

3.3

.3.3

.3混凝土捣固

混凝土捣固混凝土捣固

混凝土捣固

专职捣固手定人定位用插入式振动器捣固，以保证混凝土密实;起拱线以下辅以木锤 模外敲振和捣固铲抽插捣固，以抑制混凝土表面的气泡产生。灌注过程中严禁用振动棒拖 拉混凝土。

3

33

3.4

.4.4

.4衬砌混凝土封顶

衬砌混凝土封顶衬砌混凝土封顶

衬砌混凝土封顶

封顶采用顶模中心封顶铝接输送管，逐渐压注混凝土封顶。当挡头板上观察孔有浆溢

出，即标志封顶完成。

。。

。

3

33

3.5

.5.5

.5

拆模

拆模拆模

拆模

按施工规范采用最后一盘封顶混凝土试件现场试压达到的强度来控制，模筑衬砌混凝

土强度不小于2.5MPa时拆模。 。。

。

3

33

3.6

.6 .6

.6 混凝土表面缺陷整修

混凝土表面缺陷整修混凝土表面缺陷整修 混凝土表面缺陷整修

拆模后，若发现缺陷，经监理工程师批准后及时处理。

a(气泡:采用白水泥和普通水泥按衬砌表面颜色对比试验确定的比例掺拌后，局部 填补抹平。

b(环形接缝处理:采用弧度尺画线，切割机切缝，缝深约2cm，不整齐处进行局部修 凿或经砂轮机打磨后，用高标号水泥砂浆修饰，用钢镘刀抹平，使接缝圆顺整齐。 7

c(表面颜色不一致:采用砂纸反复擦拭数次。

d(预留洞室周边处理:预留洞室周边还应先行清理干净，然后喷水湿润，采用高标 号与模筑衬砌颜色相统一的砂浆，抹平压光。

3

33

3.7

.7.7

.7

衬砌混凝土灌注作业中的几个工艺细节

衬砌混凝土灌注作业中的几个工艺细节衬砌混凝土灌注作业中的几个工艺细节 衬砌混凝土灌注作业中的几个工艺细节

3

33

3.7.1

.7.1.7.1

.7.1

混凝土输送管路布置

混凝土输送管路布置混凝土输送管路布置

混凝土输送管路布置

3.3.2

3.3.23.3.2

3.3.2输送管路布置

输送管路布置输送管路布置

输送管路布置

输送管路布置的一般原则:

(1)管线尽可能短，弯头尽可能少。

(2)接头管箍应连接牢靠避免爆脱，管路用方木支垫高出地面，穿过台车时管箍不与台车

构件直接接触。混凝土输送管路端部设置一根软管，软管管口至浇筑面垂距控制在1.5m 以内，以避免混凝土产生离析。

(3)要便于管道的支承、固定、吹洗及拆装维修，便于浇注施工。

在隧道砼衬砌施工中，问题较多的是隧道拱顶衬砌。拱顶衬砌的最后阶段是封拱。因此， 在拱顶浇注的输送管道布置时，必须考虑封顶的方法。隧道断面衬砌厚度变化较大，且拱 部作业安全性差，应采用垂直封拱方式。在台车拱顶有冲天刹尖管，输送管末端接上冲天 刹尖管封拱。

3

33

3.7.2

.7.2.7.2

.7.2

钢筋保护层厚度保证措施

钢筋保护层厚度保证措施钢筋保护层厚度保证措施

钢筋保护层厚度保证措施

由于采用泵送混凝土，灌注速度较快，钢筋变形较显著，容易造成拱部钢筋保护层减 小，甚至造成露筋。因此要保证拱部混凝土垫块有足够的强度并在灌注过程中注意混凝土 灌注速度。

3

33

3.7.3

.7.3.7.3

.7.3

边墙反弧段混凝土表面气泡的控制

边墙反弧段混凝土表面气泡的控制边墙反弧段混凝土表面气泡的控制

边墙反弧段混凝土表面气泡的控制

在反弧段施工中为控制混凝土表面气泡，主要采取以下三种措施:a(掺加高效缓凝 型减水剂(一般为水泥重量的1,)和粉煤灰(一般为水泥重量的20,左右)，以改善混凝土 性能;b(控制混凝土坍落度(一般取14cm);c(捣固方法要得当，综合运用，可以减少反 弧段气泡，有效改善衬砌混凝土表面质量。

3

33

3.7.4

.7.4.7.4

.7.4

克服混凝土接缝错台的措施

克服混凝土接缝错台的措施克服混凝土接缝错台的措施

克服混凝土接缝错台的措施

混

混混

混凝土接缝错台是模筑衬砌外观质量的通病之一，但通过采取一些具体措施是可以克 服的，墙面平整度偏差值完全可以控制在3mm之内，远小于规范20mm的允许值。

a(克服环形接缝处错台措施

为克服环形接缝处错台应采取以下方面的措施:一是在台车就位前，将混凝土搭接部 位及台车搭接部分表面彻底清理干净，使台车与混凝土表面尽量紧贴;二是加强台车支撑， 应将所有的支撑全部支撑到位，保证台车整体受力，台车两端边墙部位宜增加丝杠支撑; 三是在台车前端端部拱顶增设竖向支撑(采用三个30t的千斤顶)，以防台车上浮造成拱部 错台;四是放慢边墙0-3m高部位混凝土的灌注速度(一般在约4小时)和严格控制混凝土坍 落度(一般在14cm);五是及时检查和消除台车两端断面尺寸误差;六是中线和标高要控制 准确;七是保证台车模板与上一环混凝土的搭接长度为10—15cm。

b(克服台车模板板块拼缝处错台措施

8

对模板板块拼缝进行焊联并将焊缝打磨平整，形成三块大模板(拱部一块，左右边墙 各一块)，以抑制使用过程中模板局部翘曲变形，避免了板块拼缝处错台。

c(控制台车作业窗处错台

作业窗关闭前，必须将窗口边框混凝土浆液残碴清理干净，并用湿抹布擦拭后锁紧压 紧卡，并将关闭支点用楔形木塞紧，防止由于作业窗口关闭不严，使窗口部位混凝土表面 凹凸不平。

3

33

3.7.5

.7.5.7.5

.7.5

克服漏浆措施

克服漏浆措施克服漏浆措施

克服漏浆措施

环

环环

环形接缝处漏浆处置措施:一是挡头板要厚实，可选用5cm厚木板制作，木模径向安 装以适应端部尺寸的不规则性，在台车端部模板板肋处钻眼用槽钢和螺栓固定;二是台车 钢模板与上一环混凝土表面的搭接长度以10-15cm为宜，不宜过大，否则搭接处不易密贴 造成漏浆;三是在搭接处混凝土表面粘贴海绵条止浆。

b(矮边墙顶面处混凝土接缝浆处置措施:一是矮边墙顶面与台车模板底边间的空隙 用

梯形木封堵密贴;二是混凝土开盘前先泵送同级砂浆，砂浆量以矮边墙上平铺2cm为宜， 既可保证矮边墙同拱墙混凝土的连接，又可防止模板缝隙漏浆造成混凝土泛砂或暴露骨料。

3

33

3.7.6

.7.6.7.6

.7.6

克服混凝土表面花纹

克服混凝土表面花纹克服混凝土表面花纹

克服混凝土表面花纹、

、、

、颜色不一致的措施

颜色不一致的措施颜色不一致的措施

颜色不一致的措施

a.消除冷缝和减少不必要的施工缝。如上所述，混凝土要分层、左右侧交替对称浇注， 浇注过程要连续，避免停歇造成“冷缝”，并控制好两侧对称灌注更替时间控制，避免形成不 必要的施工缝。

b(采用适宜的脱模剂。经反复进行对比实验，采用机油和柴油的混合物按4:6的比 例掺 兑，作脱模剂使用，效果较好。涂刷要薄而匀，一次涂刷后，二次刷子不蘸油再均 匀刷一遍。

3.

3.3.

3.8

88

8泵送砼施工工艺流程

泵送砼施工工艺流程泵送砼施工工艺流程 泵送砼施工工艺流程，如下(图四):

原材料的计算

外加剂配制

砼搅拌

砼运输

砼泵受料两次搅拌

坍落度测定试块制作

坍落度测定试块制作

配合比计算

9

(图四)泵送砼施工的工艺流程图 4.

4.4.

4.施工安排及注意事项

施工安排及注意事项施工安排及注意事项 施工安排及注意事项

4.1

4.14.1

4.1为最大限度发挥既有机械的效能，结合隧道为线条型结构施工的特点。隧道衬砌施工 时采用铺底和仰拱及仰拱填充先行的施工方案，一般先行于台车距离不小于50m-80m。这 样，施工干挠小，且能保证仰拱砼在台车及施工荷载作用下不被压坏。 4.2

4.2 4.2

4.2 12m边拱式液压台车行走于带垫板的钢轨上，带垫板钢轨直接置于枕木上。砼输送车 通过侧翼安置的砼输送泵受料，砼输送泵把砼依次压入台车各灌注窗口，完成衬砌。 4.3

4.34.3

4.3施工注意事项

(1) 砼泵使用注意事项，可参考砼泵的使用手册。

(2) 当台车前端挡头切割洞室时，使台车后移，确保挡头不切割洞室。 (3) 灌注洞室砼时，应保证洞室前后、左右砼面等高上升，严防台车模板在偏压下走动、 变形。

(4) 台车为整体钢模台车，灌注窗口为500mm×500mm，故对欠挖及超挖不易处理。结合 隧道施工实际情况，宜采用欠挖预处理及边墙超挖预回填措施。

6.

6.6.

6.经济效益分析

经济效益分析经济效益分析

经济效益分析

根据施工统计及比较，使用全断面液压衬砌台车施工与传统人工立模拆模作业比较减少劳 动力80,，每米立模和拆模工效提高了5倍，节约材料费85,，衬砌速度提高约3

倍，全 断面液压衬砌台车每月可完成150m以上，与传统人工立模的施工方法相比，改善了工人的 劳动条件，提高了衬砌工艺水平，质量好、施工安全，减少了干挠。另外施工中我们借鉴 类似工程的经验，并积极开展QC小组活动，对发现的问题及时进行科技攻关制定措施并逐 一解决，经过不断的研究、探索与改进，模筑衬砌外观质量得到质的提高，实现了高速铁 路隧道衬砌“内在质量优，外观质量美”的目标，同时也促进了工程进度，取得了良好的社 会效益和经济效益。

泵送

砼浇注振捣

泵和输送管清洗、拆除