微改进隧道衬砌钢模台车在长大隧道中的应用

0 概述

随着我国高速公路建设的迅猛发展和隧道施工技术的日益提升，特长隧道的建设越来越多。隧道混凝土二次衬砌作为隧道洞内最后一道防水结构兼有防水、美观等作用，而隧道模板台车是隧道混凝土二次衬砌一次成型设备，根据设计的隧道断面设计制造，是隧道施工中必备的主要施工设备之一，因此在隧道施工中有着广泛的应用。近年来，随着隧道施工机械化、开挖爆破技术等隧道快速掘进施工技术的不断成熟和提高，隧道的开挖速度越来越快，如何实现隧道二次衬砌的施工速度与掌子面开挖掘进的施工速度相匹配，满足现行的《隧道施工技术规范》和《广东省高速公路工程施工安全标准化指南》关于二衬距掌子面的距离的要求，同时提高二次衬砌施工外观质量，减少洞内狭窄作业环境的安全隐患，改善施工作业环境，成为必须面对的技术难题之一。

实践经验表明，传统的二次衬砌台车容易出现以下问题：一是通常采用Q235的普通钢板作为钢模台车的面板，特别是在潮湿的环境下普通钢板表面容易产生浮锈，需要经常进行打磨除锈；二是砼送料系统较为落后，经常造成堵管，转管次数多，劳动强度大，且容易出现二衬外观质量问题；三是台车与通风管道立体交叉，容易和来往车辆相互干扰，造成通风管道损坏，影响行车安全；四是采用木板作为堵头模板，造成止水带安装不顺直，影响防水效果。以上种种问题，综合产生的结果是提高施工成本，施工效率下降，产生质量通病，影响施工进度，增大安全风险，不利于作业人员的职业健康和安全施工作业环境，特别是在长大隧道施工时，情况更为突出。随着“工匠精神”、“品质工程”等理念不断深入人心，对隧道衬砌钢模台车进行微改进是长大隧道模板台车设计与应用的趋势。

大丰华高速公路鸿图嶂隧道位于梅州市丰顺县与五华县交界地段，为双向四车道分离式隧道，隧道最大埋深739.9m，长6 337m，需单头掘进超3km，隧道地质条件复杂，主要受区域性断裂莲花山(五华-深圳)断裂带及其伴生构造的影响较大，穿越多处断层破碎带，同时可能存在地热、突泥涌水、岩爆、契型掉块等不良地质情况。本文结合大丰华高速公路鸿图嶂隧道施工实践，对衬砌台车进行微改进，总结了二次衬砌快速施工综合技术，在实践中取得了良好的施工效果。

1 二衬钢模台车面板的选择

鸿图嶂隧道长6 337m，采用双向掘进施工，每台衬砌钢模台车需施工超3km,台车有效长度为12m，面板厚度要求为≥12mm，设计二衬厚度为30～60cm，每台衬砌钢模台车需要衬砌250次以上。比选的台车面板方案有Q235普通钢板、不锈钢复合钢板(2mm不锈钢+10mm普通钢板)、不锈钢板(12mm)。

1.1 Q235普通钢板

Q235普通钢板由于表面硬度低于不锈钢，在同等的面板厚度条件下，作为二次衬砌台车面板在长大隧道施工中容易发生表面变形，如果要增大表面硬度和刚度就势必要增加面板厚度，从而增加二衬台车的重量和成本。另外Q235普通钢板容易在洞内潮湿的环境下产生浮锈，需经常打磨除锈，耗时耗力。

1.2 不锈钢复合钢板(2mm不锈钢+10mm普通钢板)

不锈钢复合钢板(2mm不锈钢+10mm普通钢板)的优点为有效地解决了普通钢模台车容易生锈、生产效率低下、外观质量差等问题，同时提高了面板的整体强度和耐腐蚀性。但在施工特殊断面如削竹式洞门和日常的打磨清理中，容易对台车表面造成损伤，造成2mm不锈钢磨损殆尽，同时受焊接工艺的影响，后期容易产生返修，尤其在长大隧道施工后期，不利于台车面板优势的保持和后期维修保养。

1.3 不锈钢板(12mm)

采用不锈钢板(12mm)作为钢模台车的面板可以很好地解决以上各种问题，并可以长期保持高质量、高效率的施工，减少清理打磨的时间。价格虽稍高于不锈钢复合钢板(2mm不锈钢+10mm普通钢板)，但可以通过增加钢模台车周转次数和使用寿命以及减少脱模机的用量来摊销成本。

通过查阅相关规范可知，304不锈钢板(硬度HB为187)力学性能明显优于Q235的普通钢板(硬度HB为76.0～80.7)，作为二次衬砌模板台车的模板面板，耐磨性和耐腐蚀性更好，可有效增加钢模台车的周转次数，延长台车使用寿命。综合上述3种台车面板，经对比分析采用不锈钢板(12mm)作为二衬台车的面板。

2 台车砼分料系统对比

2.1 传统方法

传统的二衬模板台车混凝土送料系统比较落后，经常造成堵管，转管次数多，拆、接管时间长，下料高度大，容易造成混凝土离析，且需要靠振捣将中部的混凝土引致两侧，浇筑时间长，劳动强度大，衬砌施工进度慢且外观存在局部蜂窝麻面、气泡、冷缝等。

2.2 改进方法

为了实现混凝土逐窗入模分层浇筑，通过对传统的衬砌台车进行改进，加装料斗与滑槽，将砼通过主料斗、主溜槽，“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽结合的方式，通过各级插板阀门，使砼流向各工作窗口，实现二衬拱墙砼的逐窗进料，做到均匀布料，并缩短了整体浇筑时间。

2.3 施工工艺流程

模板定位、输送泵接管→关闭第二、三层分流槽插板阀门→泵送混凝土→第一层混凝土浇筑振捣→关闭第一层分流槽插板阀门、窗口→开启第二层分流槽插板阀门→泵送混凝土→第二层混凝土浇筑振捣→关闭第二层分流槽插板阀门、窗口→开启第三层分流槽插板阀门→泵送混凝土→第三层混凝土浇筑振捣→关闭第三层分流槽插板阀门进行拱顶浇筑封顶。

图1 衬砌台车溜槽(一侧)

3 预留通风管道孔

传统的衬砌钢模台车没有预留通风管道的位置，通风管需从二衬台车轨道旁穿过。通常两车道二衬台车轨距为6.3～6.5m，通风管道直径按1.5m计算，再扣除门架支撑杆的距离和考虑作业人员、辅助材料等因素的影响，二衬台车下的通行宽度不足3m，这将较大地影响洞内运输车辆的通行效率和周边环境的安全，且容易对通风管道造成损害，影响隧道内通风效果，延长通风时间，增加用电成本。

其次，受到长时间传统农业生产模式的影响，绝大多数农户在农业生产过程中都认为农作物收获之后应该及时进行翻耕施肥，否则不利于下一季作物的生长。加之推广免耕播种技术当年并不会看到多大的经济效益，尽管应用该项技术具有省肥、省力、省时的优势，但很多农民群众看不到切实效益，很不愿意采用，不愿意参与。

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通过对台车门架进行微改进，在隧道衬砌钢模台车门架上预留孔道，可固定通风管道，避免通风管道受通行车辆的剐蹭导致破损，解决以上各种问题，改善洞内作业环境(图3)。

图2 传统的模板台车门架结构

图3 增加通风管道后的门架结构

4 定型钢端模对比

4.1 传统的木板端头模

隧道二衬端头模板一般采用木板，由于木板不易加固定位，不仅浪费木材，堵塞效果较差，容易破坏防水板，出现端头跑模、漏浆，导致端头混凝土不密实、防水效果差，止水带、预埋件跑位等通病，也严重影响二衬施工的质量和进度。

4.2 新型的定型钢端模

通过二衬模板定型钢端模技术，可快速安装和精确定位止水带，既降低了工人的劳动强度，提高了工作效率，又保证了止水带安装质量和端头混凝土的施工质量，从而提高了施工缝的防水效果。

新型二衬台车定型钢端模主要由内侧钢板(L型)、外侧钢板(L型)、支撑丝杆组成。内侧钢板通过可活动螺栓与台车模板主体连接，宽度25cm，可横向移动0～20cm，适用于不同厚度的二衬施工。外侧钢板采用可以翻动的活页钢板，宽度15cm，与内侧通过螺栓连接，环形止水带安装在内、外侧环形钢板之间，通过活动螺栓精确定位和螺栓夹紧固定，再用侧向丝杆进行支撑(图4～图5)。内侧钢板与防水板之间的空隙可用短木板堵塞，固定在定型钢模预留的卡套中。

图4 新型的二衬台车钢端模

图5 端头模施工效果

5 微改进二衬台车工程应用及效果

在鸿图嶂隧道进口段左、右洞施工过程中，2台微改进隧道钢模台车各完成了1.8km和1.6km的衬砌任务，总共衬砌284次，台车无变形，二衬外观质量良好，通风管道穿越二衬台车段完好无损，止水带安装顺直，在使用过程中得到了有效验证。

5.1 施工质量对比分析

根据《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2017中10.14.2条墙面平整度和10.16.2条止水带实测项目允许偏差要求，通过对4台台车(2台传统台车，2台微改进隧道钢模台车)的数据分析比较，微改进隧道钢模台车较传统的台车质量大幅度提高。实测项目允许偏差如表1所示。

表1 二衬验收允许偏差

项目验收标准传统模板台车微改进隧道钢模台车施工缝、变形缝处墙面平整度/mm≤20167其他处墙面平整度/mm≤542纵向偏离/mm±50±40±25偏离衬砌中线/mm≤302510

5.2 二衬施工进度对比分析

以Ⅱ级围岩为例，二衬厚度为30cm，无预埋钢筋，每次浇筑方量为86.4m3，对比结果如表2所示。

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表2 二衬施工进度对比

项目传统模板台车(平均值)微改进隧道钢模台车(平均值)节约时间(平均值)打磨/除锈重复使用3～5次后重复使用5～7次后可换算成每使用12次(约24d)后可节约24h,平均每次节约2h。端头模安装1.2h1.0h0.2h砼浇筑时间7.9h7.1h0.8h

由表2可知，微改进隧道钢模台车较传统的模板台车每次施工可节约3h，按平均2d施工一次计算，在具备工作面的条件下，每个月微改进隧道钢模台车较传统的模板台车可多施工2次二衬。尤其是在隧道进入Ⅱ、Ⅲ级围岩后，由于机械化施工和爆破效率的提升，隧道开挖掘进速度较快，而二衬台车受到预埋件安装繁琐、机械维修、变断面加固端头模、打磨除锈、低温拆模时间延长等情况影响，经常出现二衬施工速度赶不上开挖掘进速度，导致二衬距掌子面的距离越来越大，超过规范和安全标准化的要求。因此，通过对传统的模板台车进行微改进，可达到提高二衬施工效率，缩短二衬距掌子面的距离，减少工人劳动强度的目的，提高了社会效益及经济效益。

我国原《企业会计准则第22号——金融工具确认和计量》将金融资产分为以公允价值计量且其变动计入当期损益的金融资产、持有至到期投资、贷款和应收款项、可供出售金融资产四类，这是按照企业持有金融资产的意图和目的进行的分类，由于分类标准不够明确且复杂，因此存在一定的主观性。原准则还规定，企业取得金融资产进行初始确认以后，除了持有至到期投资和可供出售金融资产之外，其他各类金融资产之间不得重分类，从而也影响了会计信息的真实性、相关性等质量要求。

5.3 其他效益分析

在隧道工程尤其是长大隧道施工中，持续不断地反复清理和打磨二衬钢模台车，不但过程繁琐、费工费时、增加管理难度，而且需要消耗大量的脱模剂，造成了较大的施工成本，严重时将影响二衬外观质量。从全寿命周期的角度考虑，采用不锈钢作为隧道钢模台车的面板可以提高钢模台车的耐磨性、耐腐蚀性，有效延长钢模台车的使用寿命。通过对在台车门架预留通风管道，减少了对运渣车辆的干扰，加快了出渣效率，降低了安全风险，提高了掌子面掘进的速度，同时减少了通风管道的破损，减少了爆破后的通风时间和用电量，改善了工人的作业环境，由此也提高了社会效益及经济效益。

我穿着羽绒服，戴着帽子和手套，像个棉花包似的走在上学的路上。一阵冷风吹来，我觉得太冷了，禁不住打了个哆嗦，不由得加快了步伐。走进教室，一股热气冲来，真是舒服极了。

6 结语

(1)微改进隧道衬砌钢模台车较传统的二衬钢模台车，在施工效率、作业环境、施工成本、二衬外观质量以及耐久性等方面都有着突出的优势。但它仍存在以下问题：①不锈钢面板在新建高速公路上较少使用，其真正的寿命周期有多长还需待时间的检验；②受不锈钢材料价格影响，不锈钢钢模台车一次性投入较大，不太适用于较短隧道的施工；③定型钢端模安装止水带时受二衬厚度的调整与初期支护表面平整度的影响，对堵头模板的长度有一定的影响，导致不能完全避免漏浆。

此次外出学习结束后，学科组进行了后期“研学”整合课程开发：冯清颖老师的“最________”天坛研学活动写作指导；安博老师的研学演讲指导；丁爽老师的文化研学作文指导将整合课活动推向了深入。学区专家认为，“敢于选取新型整合课尝试很有勇气，对于活动展示课的把控到位，小组内分工明确，学生对天坛了解比较详尽，而且对其中的文化元素进行挖掘，体现了探究的过程和价值。”

针对以上问题，一是在长隧道，尤其是特长隧道中推广使用，积累实践数据；二是在中短隧道中可采用不锈钢复合钢板技术，降低台车造价；三是积极与台车生产厂家联系，加工可替换的外侧钢板配件，根据不同的二衬厚度更换配件。另外随着二衬台车改造技术的推广应用，设备摊销成本也会随之降低。相信只要持续改进台车的各个环节，成本逐步降低，新型改造升级的台车应用市场将更加广阔。

采用统计学软件SPSS15.0进行数据分析处理,其中,计数资料采用X2检验,以百分比表示,计量资料采用t检验,以均数±标准差表示,P<0.05表示差异突出,具有统计学意义。

(2)在长大隧道施工过程中，随着开挖凿岩台车和湿喷机等设备的出现，机械化施工是发展趋势，微改进隧道衬砌钢模台车在传统的模板台车的基础上进行改造升级：一是采用不锈钢面板，增大模板刚度、耐腐蚀性和耐磨性，同时减少施工工序和脱模剂的消耗，减少变形，提高二衬施工质量，降低施工成本；二是通过砼分料系统和端头模的改进，提高施工效率，减少质量通病；三是在台车门架上预留通风管道口，改善洞内施工环境，降低用电施工成本，具有较好的社会经济效益，为今后台车的不断改进和完善提供了参考。

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