隧道仰拱移动模架浇筑施工工艺

张峰辉

(中铁二十二局集团有限公司第一工程有限公司，北京 100040)

1 工程概况

沪昆客运专线贵州段六竹子隧道，全长2 090 m，为双线隧道，隧道净空641 cm，仰拱两边为弧长240 cm半径225 cm的圆弧，中部为弧长950 cm半径1 477 cm的圆弧。仰拱与拱墙分界高度为内轨顶面上10 cm，仰拱面最高与最低处高差为2.0 m。根据规范要求，仰拱混凝土要一次性整体浇筑，不留施工缝，仰拱与填充混凝土分开浇筑。

2 移动模架浇筑设备设计

1)模板钢梁

因仰拱中部弧形半径大，坡度比较平缓，可不设模板，通过混凝土自然摊铺的方法从中间向两边浇筑，浇至仰拱模板下沿时，改由仰拱两侧的顶部入模，使仰拱混凝土一次浇筑完成。现场试验证明:混凝土坍落度在120～140 mm的情况下，从仰拱与二衬边墙设计施工缝处向下设置3.0 m长的弧形模板，即可很好地满足仰拱混凝土的施工要求。仰拱模板构造见图1。

图1 仰拱模板构造

2)预留孔

根据横向排水管的设计图在模架面板选择固定位置开口，保证横向排水管的位置预留准确、美观。在模板下部预留4个作业窗口，方便混凝土振捣，避免漏振产生蜂窝麻面。

3)钢筋定位设计

增加衬砌钢筋定位装置，见图2。在模板外侧设置φ42(直径等于钢筋保护层厚度)无缝钢管一根，采用钢筋将其焊接牢固，在钢管上设置临时等分点(与衬砌钢筋等间距)，通过扎丝将衬砌钢筋均匀地绑扎在钢管上，使衬砌钢筋间距和弧度满足设计要求。

图2 衬砌钢筋定位装置

4)模板刚性骨架及面板

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)，主要作用是固定和存放模板，以及安设丝杆，传递动力。模板采用大块整体弧形钢模［1］，每幅1块，每块长12 m宽3 m，模板间与刚性骨架采用丝杆连接，以升降方式安装和拆除。用［10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和丝杆，以简化模板加固措施。

5)升降系统［2］

由支腿和葫芦组成，在模板拆除过程中设置手动葫芦，用手动葫芦吊起模板后，拆除丝杆，并将模板拉起，使其吊在钢梁下。

6)配重块

采用长、宽、高各1 m的混凝土模块共4块，模板定位后反压在钢梁的两侧。

3 移动模架施工工艺流程及操作要点

施工工艺流程见图3。

3.1 施工要点

图3 施工工艺流程

①隧底开挖、出渣、清底、钢筋绑扎，为第一工作区作业内容，可与第二工作区作业时同时进行;②测量放样，确定端头梁位置;③仰拱栈桥［3-4］就位，使栈桥与隧道中线平行;④装载机和挖机配合起吊模板至指定位置，人工安装丝杆并进行调整定位;⑤用挖机起吊配重块至钢梁两端;⑥钢筋固定装置固定衬砌钢筋，安装端模和止水带等防排水系统;⑦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;⑧仰拱模板拆除:利用挖机和装载机起吊模板;⑨安装仰拱填充端头模板和中心水沟模板;⑩浇筑填充混凝土。

中心沟和端头脱模后，进入下一个工作循环。

3.2 劳动力组织

仰拱快速施工技术施工劳动力组织见表1。

表1 人员配置及职责分工

4 材料与设备

1)材料:主要有［32钢130 m用以制作模架纵梁、［18槽钢24 m制作横向支撑、10 mm钢板30 m2制作模板环向骨架、［12槽钢120 m制作模板主骨架、5 mm厚钢板72 m2制作模板面板等。

2)主要机械设备配置:装载机、挖掘机各一台。

5 采用仰拱移动模架的优点和经济效益分析

5.1 仰拱整体式模板的优点

5.1.1 循环时间大幅缩短

1)采用仰拱模板施工在仰拱混凝土的强度达到脱模强度后，就可移动至下一个作业区，可节省循环时间 7 h，见表2。

表2 仰拱施工工序时间对照 h

2)仰拱混凝土浇筑采用了弧形模板，可一次快速完成浇筑，避免了混凝土快速浇筑时模板下缘大量冒浆的现象。

5.1.2 工程质量明显提高

仰拱混凝土施工时一般采用人工立模［5］，人工立模模板施工存在板缝多，错台易超限，线条不直等缺陷。大模板又存在移动加固困难、易整体跑模的问题。仰拱模板整体式采用端头梁定位固定，模架刚度好，有效避免了上述问题，使仰拱混凝土达到了内实外美的效果。

5.1.3 保证了隧道的快速掘进

采用小模板施工3 d一循环，每天进度约3 m;施工进度较慢，难以满足掌子面安全步距的要求，造成安全步距超标，使得施工进度与安全步距之间的矛盾难以调解。采用仰拱定型模板法施工，可满足每月120 m的施工进度要求，并可达到隧道施工各工序安全步距的要求。

5.1.4 工序更合理且利于标准化和安全文明施工

仰拱模板施工工艺只需一个仰拱作业面，减少了各工序之间的相互干扰，减小了掌子面与二衬之间的作业面数量和总长度，利于二衬及时跟进施工，降低了软弱围岩段仰拱开挖易发生失稳塌方的风险［6］，保障了隧道施工安全;仰拱模板采用整体式，减少了施工现场材料的堆积，文明施工和标准化作业水平显著提高。

5.2 经济效益分析

使用拼装小模板，每12延米需要480 kg以上的钢筋来加固和支撑，需要10个专业木工6 h以上的工作时间来完成安装工作，仰拱模板的安装费用约为225元/延米。整体式仰拱模板施工法只需2台装载机、5个人、2 h完成模板安装，费用不足70元/延米。采用仰拱整体式模板施工法，每延米节约成本约155元。

6 应用效果

通过在六竹子隧道采用仰拱快速施工技术及配套设备后，经检验，主要具有以下优点［7］:

1)容易控制且劳动强度低，施工进度快，解决了机械化配套快速施工中仰拱施工进度无法在安全步距内与掌子面进度保持一致的关键性问题。

2)施工简便，工艺流程简单易懂，便于管理和操作。

3)仰拱钢筋均匀、混凝土的外观质量美观圆顺。

4)经济效益明显。

［1］ 赵广平．新型组合弧形钢模板在高速铁路隧道仰拱整幅施工中的应用［J］．隧道建设，2010(6):706-711．

［2］ 戴尚昆．仰拱移动模架在隧道施工中的应用［J］．山西建筑，2011，37(7):164-165．

［3］ 张旭．宜万铁路堡镇隧道仰拱施工技术［J］．建筑，2007(12):34，62．

［4］ 杨忠，蒋宗全，朱秀军，等．仰拱栈桥在铁道隧道施工中的应用［J］．铁道建筑，2010(12):30-33．

［5］ 铁道部工程设计鉴定中心．高速铁路隧道［M］．北京:中国铁道出版社，2006．

［6］ 吴明友．铁路隧道仰拱设计施工关键技术分析［J］．铁道标准设计，2010(12):75-78．

［7］ 冯国春，邓志刚．铁路客专隧道简易仰拱移动模架施工技术［J］．隧道建设，2011(2):262-264．