交通工程简易台架衬砌施工工艺工法.doc

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1、交通工程简易台架衬砌施工工艺工法第五工程有限公司 李雪峰1 前言1.1工艺工法概况简易台架衬砌是随着交通工程对功能性需求不断增强，结合传统的人工立模衬砌施工及整体式液压钢台车衬砌施工而发展，居于上述两种衬砌方法之间并以其具备的方便、灵活、效率较高、适应性强等特点，而得到普遍应用的衬砌施工方法之一。在铁路隧道施工应用中体现在下锚段、各种附属洞室、需正式预留的设计施工斜井、通风斜井、桥台进洞扩大等结构段落；在公路隧道施工应用中体现在双洞之间的连接通道（人行及车行横通道）及此类通道与正洞的交叉口结构段、紧急停车带结构段、特殊灯光带结构段及通风竖井、竖井进出风风道及各风道与竖井的连接井底场洞、各风道与

2、正洞交叉口机构段；在水利水电工程施工应用中体现在小断面输水隧洞衬砌结构；在城市轨道施工应用中体现在地铁车站等复杂多变结构段。简易台架衬砌施工是指区别于全液压整体台车衬砌及全人工立模衬砌施工，利用简易钢台架优势和特点，配合小钢模板分组连续或整体完成二次衬砌或完成设计有特殊结构尺寸要求地段二次衬砌施工的方法，其与整体式液压台车衬砌施工方法相结合，共同完成工程设计中的二次衬砌拱墙结构，构成稳定、美观的二次支护，以满足整个工程设计意图和实现工程功能性要求。1.2工艺原理简易台架衬砌施工按照工程设计的衬砌结构参数或衬砌结构的特殊几何尺寸，进行受力分析，结合施工组织安排，并考虑工期、进度、成本等因素，采用

3、钢型材、钢管等材料加制出或搭设成主支撑结构，以钢板、小钢模板、木板为面板，辅以对位调节、端头加固、自行或非自行等构件，构成完整台架，完成结构设计中模筑衬砌部分的施工。2 工艺工法特点2.1对衬砌结构断面适应性强，正常及异型断面均可应用。2.2设计结构简单，加工与安装方便，加工周期短，对作业现场空间要求低，利于快速拼装，快速形成生产能力，推进施工进度。2.3利于施工组织安排，根据工期需求，展开多工作面同时施工，或短结构段落的一次成型施工。2.4移动方式灵活，可根据其承担的工程量及工程量分布特点，可采用轮轨电动自行式移动，亦可选择人工和施工现场配置的其他自行机械设备牵引移动。3 适用范围本工艺工法

4、适用于铁路、公路短隧道，铁路公路隧道中异型断面衬砌结构段落及附属洞室衬砌结构，衬砌结构断面几何尺寸渐变过渡段落，设计需进行二次衬砌永久预留的施工斜井、通风斜井、风道，及空间几何形状复杂、尺寸多变的隧道，受断面空间限制，无法使用液压整体台车的工程或地段。4主要引用标准4.1铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304)；铁路隧道工程施工质量验收标准(TB10417)；铁路隧道工程施工技术指南(TZ204)；铁路工程测量规范(TB10101)；铁路混凝土工程施工技术指南(TZ210)。4.2具体设计图纸、技术文件。5施工方法在施工现场简易台架作业位置利用小型吊机或挖掘机等可提吊设备按照台架设计进行

5、结构件的拼装并检查各构件连接点稳固性，根据台架行走方式，准确移动定位台架至作业位置，锁定行走机构，通过丝杠等伸缩机构精确缩伸台架中的每榀拱圈位置，满足设计断面几何尺寸要求，安装台架两侧脚底止浆模板（靠接已施工的矮边墙砼），形成基础模板，同时利用台架带设的端模固定构件关端模（一般采用木板），向墙拱方向两侧边关模板边分层对称浇筑混凝土人工同时分层捣固，直至在拱顶合拢模板，通过拱顶模板预留的砼灌注孔封顶。等强脱模，先拆除挡头模板，再利用丝杠等伸缩调整机构脱除边墙模板，最后落拱部千斤顶，脱除拱部模板，移动台阶准备下一组的二衬施工。6台架的设计及制作根据简易台架衬砌施工所应具备的特点，结合需采用此种方法

6、施工的项目具体设计及施工组织要求，在进行台架设计及验收时必须遵循相关原则、程序和注意事项。6.1台架设计原则 6.1.1台架及各构件的强度、刚度必须满足最不利荷载组合的反复作用，整体稳定性强，安全性高。 6.1.2台架需适应衬砌断面和施工要求具备可调性。 6.1.3台架结构需满足其他设备的工作要求。6.1.4台架结构和施工不会对其他作业工序产生较大干扰。6.2台架受力分析结合衬砌断面的设计参数和施工实际，分析台架受力状态，得出其最不利的荷载组合，进行台架结构设计，满足施工要求。6.2.1模板的受力分析1模板直接承受着灌注砼重力、砼入模时的冲击力和振捣砼所产生的振动力,这些力对直边墙部分的模板产

7、生侧压力,对曲边墙部分的模板和拱部模板则同时产生垂直压力和侧压力,对正拱顶模板只产生垂直压力。随着新灌注砼数量和高度的不断增加，模板所承受的这种压力由开始为零逐步加大到某一最大值(Pmax)。这一最大值 (Pmax)的大小与衬砌断面的超挖量、砼容重、砼的塌落度、砼灌注速度、入模方式、砼初凝时间、采用的振捣方式密切相关，而且不同位置的模板所受到的最大值也不一样，需对此进行详细的分析。2简易衬砌台架一般采用组合钢模板,组合钢模板一般定型的或特制的小钢模板，由薄钢板加背框、背肋制作而成，在设计过程中应考虑钢模板的刚度,所以钢拱架的榀间距不宜过大。6.2.2主承力门架受力分析主承力门架是简易衬砌台架的

8、最末端受力结构,通过门式框架将模板支架（钢拱架）传来的力传到被约束的下纵梁，衬砌台架的整体稳定性一方面取决于门式框架的刚度,另一方面取决于被约束的下纵梁是否产生位移。如果在进行衬砌施工时，在主框架下方的下纵梁之间沿台架长度方向增加一定数量的横向支撑（过河撑），则可有效改善主框架的受力条件，下纵梁的约束条件也得到改善。6.3台架设计和制作注意事项6.3.1台架设计中要根据实际情况，考虑台架的移动方式，要留有足够的安全系数，确保发挥台架施工的灵活、方便性特点。6.3.2设计中要用最不利荷载组合进行检算，要考虑台架中部的行车通道能否满足拟通行施工设备最大行车尺寸的要求。6.3.3台架的单组施工长度应

9、考虑设计最小曲线半径对二衬净空的影响，台架断面尺寸应可调并满足设计净空的要求；7工艺流程及操作要点7.1施工工艺流程施工工艺流程图见图1，典型简易台架（内撑主桁架为钢构件组拼）示意图见图2，典型简易台架（内撑主桁架为钢管组拼）示意图见图3。拼装台架移动台架就位锁定反复调节满足断面净空尺寸安装挡头模板及止浆模板边关模边分层对称浇筑砼并分层振捣直至拱顶合拢混凝土等强养生脱挡头模脱边墙模脱拱模准备工作断面检查及防水卷材施作完成运输台架构件进作业现场检查各连接点稳固情况检查是否漏浆采取措施规整模板检查台架图1 简易台架衬砌施工工艺流程图说明：在关模板过程中要特别注意模板接缝，安装好止浆条，以防漏浆，并

10、注意灌注过程中的巡视检查，确保脱模后的衬砌外观质量。图2 典型简易台架（内撑主桁架为钢构件组拼）示意图图3 典型简易台架（内撑主桁架为钢管组拼）示意图7.2操作要点7.2.1 施工准备1 检查好初支断面，如有欠挖提前处理，并做好防水卷材及盲沟管的铺设及有钢筋地段的钢筋绑扎。2 对组拼好的台架应进行调试检查，确保液压系统、千斤顶、螺旋丝杠动作正常，尤其是栓接和铰接部位，确保台架整体稳固牢靠。调试检查完毕后，对台架升降、伸缩等活动构件加注润滑油，确保工作过程正常。3准备好泵送设备、泵送管道及连接件，捣固棒等小型机械设备，并检查其完好性，配备一定富余量。4台架对位过程中，要注意测量准确，预留变形空间

11、，防止施工荷载引发台架微量变形和位移对净空造成的影响，确保满足衬砌断面净空要求，7.2.2 施工步骤简易台架衬砌施工，主要利用人工关模方式，分层对称边关边灌注边振捣，具体施工步骤如下：1按照线路设计参数及平面、高程控制网，要求以台架每榀拱圈纵向间距为计算步距，计算放样出作业位置第一组衬砌断面净空参数（为了防止灌注砼过程中台架微量位移和变形对净空的影响，可将净空放大35cm）以这些参数为依据，精确对位调整台架，使台架中线与线路中线重合（偏差应不大于1cm），升降拱部举升千斤顶，使拱部台架钢拱圈拱部部分表面高程与净空计算步距高程相符（偏差应不大于1cm），调节丝杠使台架钢拱圈边墙部分表面沿中线两侧

12、支距满足净空参数要求，依此反复检查调整，平面、高程符合误差要求后，锁定台架行走机构。2调整锁定台架后，再检查一遍台架轮廓净空参数，无误后安装挡头板模板（采用5cm厚木板），通过留设在台架端头的挡头板固定卡槽，垂直衬砌厚度方向安装，挡头板接触初支面一端应紧贴初支面，环向板与板的接缝应严密，可设止浆带，防止漏浆，爆模，在安装挡头模板时利用U型钢筋卡件，将施工缝处的环向止水带自由端折卡在挡头板内面上。在安装挡头板同时即可分开两侧从拱圈脚底与矮边墙接触范围内开始安装小钢模板，一直上向边墙方向逐层推进，要求小钢模板纵横接缝密贴平顺，防止漏浆，拼装缝1.0mm，相邻模板高低差2.0mm，模板面平整度2.0

13、mm。3当边墙模板关至约90120cm高时，可开始浇注砼，一般采用泵送入模，泵送砼应注意控制入模速度，稳定进行，左右砼高度差不超过40cm，前后砼高度不超过50cm，防止两侧因浇注的砼面高差太大，而造成台架受力不对称，失衡而产生变形、移位，浇筑务必要水平分层（层厚控制在30cm左右）对称浇筑。在分层砼灌注基本达到高度后，采用人工插入振捣棒方式进行振捣，振捣过程应快插慢提，确保振捣密实，保证浇筑质量。振动时间50s左右，振动间距15cm左右，振动棒距离钢模板510cm，严禁振动棒直接接触作用于模板上。分层振捣完成后，灌注上一层，分层振捣，同时继续向上关模板，依次连续进行，直至拱顶模板及砼灌注合拢

14、。4脱模时间应满足设计要求，防止因砼强度不足脱模拉伤砼表面。脱模顺顺为先脱挡头板模板，再脱边墙模板，最后脱拱顶模板。先拆除堵头板，扶正止水带，为下一组做好准备；自边墙底部向上两侧依次松开侧向丝杠，向中线方向收拢边墙拱圈，拆除边墙模板；降低拱部拱圈垂直升降千斤顶，使台架整体下降，拱部模板脱离，拆模。规整模板，清除模板表面的混凝土，均匀刷涂脱模剂，准备下一组施工。5移动台架至下一组作业位置，检查台架各点连接情况，准备施工，对已完成的衬砌砼进行洒水养护，养护时间不得少于7d。7.2.3 施工过程的注意事项1在浇筑混凝土前，再次检查台架构件各连接点是否牢靠，检查调节丝杠是否上紧，尤其是脚底丝杠支撑端是

15、否牢靠，检查临时加固支撑是否安装到位，检查挡头板是否牢固。在浇筑过程中，也要安排专人巡视各连接点情况，一旦发现松动要暂停灌注，立即紧固或加额外临时支撑。2由于模板采用小钢模板组拼，因此要特别注意模板拼装质量，否则将直接影响衬砌砼表面外观质量，而且会增加修饰难度。3 砼浇筑过程一定要严格执行水平分层对称浇筑的方法，并特别注意泵送速度，不应过快。4 拱部封顶砼要注意振捣密实，避免出现空洞。5 注意对台架日常的维护和保养，一般可在完成35组衬砌时，进行一次全面检查，检查栓接螺栓质量及销钉质量，如有磨损，滑丝等现象，应立即更滑，对丝杠，千斤顶应检查其动作状况，清理表面杂物，涂抹润滑脂油。8劳动力组织由

16、于简易台架施工具有灵活、方便、对衬砌结构断面型式适应性强等特点，可按照工期、进度、作业位置断面的复杂程度及一次作业长度来确定台架结构和施工能力，从而对劳动力组织也产生一些不确定性影响，在工期满足要求的前提下，从现场组织灵活性及项目成本控制着眼，台架结构一次作业长度不宜过长，一般要分组进行，以每次施工长度610m为宜，现以每次（组）施工长度为10m的简易台架为例，作业现场劳动力配置（设定台架已经拼装完成，具备施工条件）如表1。表1 单台架工作面作业劳动组织表（以单洞双车道高速公路隧道为例）序号工种作业内容人数备注1拌合站司机操控拌合机、操作装载机8拌合机司机4人、装载机司机2人、辅助人员2人2砼

17、罐车司机运输混凝土25罐车司机3关模工台架的移动锁定，精调、关模、检查、脱模及规整模板164混凝土工泵送管道的连接、灌注过程中的换位，浇筑砼及振捣，观察漏浆状况，养护105机械操作输送泵操作司机26电 工负责供配电17测量工施工放样，指挥精调台架3技术负责1名8试验员负责砼质量的检查和调整、制作同条件试件19其 他统一调度、组织施工安排、质量检查、安全检查3队长1名、专职安全员1名、质检员1名9 主要机具设备简易台架衬砌施工单台架工作面机械配置上较简单，由于该施工方法一般在整体式台车无法满足断面型式要求条件下或在低等级短隧道施工时才考虑使用，由于隧道施工机械化程度不断的提高，简易台架衬砌施工一

18、般采用泵送混凝土，因此，根据施工工程量大小及作业面个数，经济合理安排施工机械，不但可以加快施工进度，而且还可以降低施工成本。根据施工组织和施工工程量，单台架（每组施工长度为10m）衬砌工作面主要机械配备如表2。序号作业机具设备名称规格型号单位数量备注1砼拌合设备拌合机750L台2洞外拌合站2砼拌合站上料设备装载机ZL50台1拌合站短距离倒运、提上砂石料等3砼运输砼罐车9m3台25根据运输距离远近确定具体数量4砼浇筑设备输送泵HB400台1泵送浇筑砼5砼振捣设备捣固棒40台8灌注过程捣固6测量仪器全站仪莱卡TS02台1线路方向控制水准仪索佳C32台1线路标高控制塔 尺5m个2线路标高控制表2 单

19、台架衬砌作业面机械设备配备表（以单洞双车道高速公路隧道为例）1410质量控制10.1易出现的质量问题10.1.1砼塌落度及和易性不稳定，影响灌注速度及质量。10.1.2模板接缝不严密，灌注过程漏浆较严重。10.1.3捣固不充分，衬砌表面蜂窝麻面较多。10.1.4拱顶易出现空洞。10.2保证措施10.2.1混凝土严格按照配合比拌制，根据施工时砂石原材料含水率情况，及时调整施工配合比，确保砼的塌落度、和易性及流动性满足泵送施工要求。10.2.2运输砼罐车应以不小于16r/min的转速转动，运输途中应不小于24r/min的转速转动，到达目的地必须再次按16r/min的转速再次搅拌方可卸料。10.2.

20、3现场试验员全程必须对每车砼先进行塌落度监测，同时考虑运输过程中坍落度的损失，及时与洞外拌合站沟通调整水灰比。浇筑边墙砼时，坍落度可控制在1516cm，合拢封顶时可适当加大塌落度至1618cm，以提高砼的流动性指标，防止拱顶砼灌注不密实，出现大的空洞；为保证砼的整体性及输送泵不堵管，砼在输送过程中应保证其和易性，不能产生离析，实验人员必须于现场制作试块检测监控。10.2.4模板拼装过程中，一定要注重拼接质量，对拼缝不满足要求的，可加设止浆条，防止漏浆过多，造成衬砌表面砼出现翻砂等现象。10.2.5混凝土下料高度超过2m应设串筒或溜槽；浇灌混凝土应分层下料，掌握一次下料灌注厚度，分层捣固密实，防

21、止漏捣，至排出气泡为止。现场质检员及队长应注意监控和指导，确保衬砌质量内实外美。10.2.6灌注封顶混凝土时，从低位到高位分段进行，并在灌注过程中采用人工敲击模板听回声的简易方法判断封顶混凝土是否灌注饱满，防止出现较大的空洞，增加后期拱顶注浆量。10.2.7加强落实技术交底执行情况，技术员或技术主管应对浇筑过程进行全程监控，对发生的问题及时采取技术措施处理，确保灌注过程有序顺利进行。10.2.8脱模后应注意加强衬砌砼的洒水养生，保证砼后期强度的增长。10.2.9每个组段施工完成后，应立即对模板表面进行清理修整，同时对泵送管道进行冲洗疏通，提前做好下一组的施工准备工作。10.2.10对局部衬砌表

22、面质量有缺陷的应在脱模后立即进行修饰，小蜂窝处治：洗刷干净后，用1：2或1：2.5水泥砂浆抹平压实；较大蜂窝处治：凿去蜂窝薄弱松散颗粒，刷洗净后，支模用高一级细石混凝土仔细填塞捣实；较深蜂窝处治：如清除困难，可埋压浆管、排气管、表面抹砂浆或灌注混凝土封闭后，进行水泥压浆处理。麻面处治：应在麻面部位浇水充分湿润后，用原混凝土配合比去除石子的砂浆，将麻面抹平压光。11安全措施11.1主要安全风险分析11.1.1 简易台架衬砌施工要注重台架整体稳定性、灌注过程出现爆模安全风险的评估，提出相应的风险处理措施，编制施工应急预案；11.1.2 高空作业易出现危险；11.1.3 施工用电容易形成安全隐患。1

23、1.2保证措施11.2.1根据断面结构型式、设计二衬厚度、实际施工二衬厚度及施工所附加的荷载，设计合理的台架结构，并注意台架的强度与刚度。11.2.2模板的拼装，连接要可靠，尤其是挡头模板，可增设临时固定设施，在贴合初支面的一端外侧初支面上打设锚固钢筋头，加固端头模板，防止爆模。11.2.3台架脚底支撑丝杠基础要牢靠，支撑丝杠角度要利于受力，并可加临时支撑（方木）加固台架底脚拱圈和模板，保证拱脚受力关键部位的稳固。11.2.4坚持班前安全教育和安全交底制度，提高作业人员安全意识及风险应对技能。11.2.5现场施工作业人员安全防护用品要有效、齐全，并按有关规定佩戴、使用。11.2.6从事高空作业

24、的人员身体条件必须符合相关规定，现场必须佩戴并正确使用安全绳，穿防滑鞋。 11.2.7各种电气设备和输变电线路必须有专人检查维修、调整等，其作业要求应参照国家现行行业标准施工现场临时用电安全技术规程。11.2.8加强电力动力线路、照明线路的规整，并注意定期检查电力线缆的完好性，防止漏电、触电事故的发生。12环保措施12.1加强机械保养维修，降低机械噪声和废气排放。12.2冲洗输送泵管道及罐车的污水应入沉淀池，沉淀后在排放到指定位置或由洞内水沟排出。12.3做好施工现场通风管理，保证空气质量，保护作业人员身心健康。12.4控制断面开挖质量，从而节约混凝土的数量，节约建筑材料，起到了节约能源的目的

25、。13应用实例13.1工程简介由中铁一局集团第五工程有限公司承建的西康高速秦岭终南山特长公路隧道全长18.02km，设计为双洞四车道隧道，安全等级一级，线间距30m，设计时速80km，整个隧道按锚喷构筑法技术要求设计，采用曲墙复合式衬砌，类、类围岩地段采用曲墙带仰拱复合式衬砌，类、类围岩地段采用曲墙无仰拱复合式衬砌，二次衬砌采用模筑混凝土施工，混凝土采用高性能C30混凝土，初期支护采用锚喷支护。正常段断面净宽10.92m、净高7.6m、限高5.0m。非正常段断面为大跨度（渐变）断面主要是指沿隧道里程每隔500750m设置一处长度40m的紧急停车带，断面较正常段加宽3m；每隔750m设置一处长1

26、3m行车横通道交叉口，断面较正常断面加宽2m；及沿隧道里程约隔4.5km设置一处，每处长度150m的特殊灯光带，其最大断面较正常断面加宽10m。我单位承担了左线中间的5484m、右线进口端4510m的施工任务。13.2施工情况该隧道设计的非正常段大跨度（渐变）断面即紧急停车带、行车横通道及行车横通道与正洞交叉口，纺锤型结构特殊灯光带、风道与正洞交叉口处根据施组情况均采用了简易台架衬砌施工，2005年7月开工，2007年1月竣工。其中横通道交叉口采用2台7m简易台架同时展开两个作业面的衬砌施工，每个作业面分两组施工完成一处，再拆卸挪移至下一处，反复挪移使用；两处特殊灯光带（断面呈纺锤型）采用4台

27、10m的简易台架进行衬砌，每处配备两台，从设计开始里程点和结尾里程点同时相向施工，每个台架采用主桁架不变，通过不断加设副架，不断调宽调高，不断变换外弧拱圈轮廓尺寸的方式，分组推进，在最大断面处合拢。同时在工期紧张情势下，又利用满堂红支架配合外弧拱圈加长分组作业长度，开拓增加了新的作业面；紧急停车带采用2台7m简易台架同时展开两个作业面的衬砌施工，每个作业面分6组施工完成一处，再拆卸挪移至下一处，反复挪移使用；各风道与正洞交叉口段采用可拆卸组合的3台7+7m形式简易台架组织完成各段风道交叉口衬砌。13.3工程结果评价由于该工程大跨度（渐变）断面分布多，断面结构型式多变，净空不一，有多处施工长度也

28、不同，除特殊灯光带地段较长外，其余均短，全液压整体式台车施工无法实现各处净空要求，因此必须采用灵活、可反复拆装、对断面型式适应性强及利于成本控制的支撑体系来满足二衬施工需要，采用简易台架组织衬砌施工，满足了施工需要，灵活适应性强，外观质量有较好的保障，但由于需要人工将配套钢模板进行拼装，因此，人工工作量较大。施工中通过对大跨度（渐变）断面衬砌各施工工序和工艺的研究，创新了超大隧道断面渐变段（特殊灯光带）的二次衬砌施工技术，在隧道衬砌施工中引入满堂支架作为内部支撑体系和作业施工平台，既保证工期和质量，又节约了工程成本，技术和经济效果显著。13.4建设效果及施工图片 图4 简易台架衬砌特殊灯光带 图5 简易台架衬砌行车横通道图6 建成后的特殊灯光带效果