隧道用仰拱預制塊制作及安裝工法部級

1、隧道用仰拱預制塊制作及安裝工法工法編號：TLEJGF-99 00-33、GZSJGF07-99-03一處、科研所：孫謀 陳智盧智強劉啟棟焦增現(xiàn)一、前言隧道仰拱預制塊制作及安裝技術(shù)是鐵道部隧道工程局在西安一一安康鐵路控制工程秦嶺I線隧道進口端（北端）創(chuàng)造性應用的、與 TBM880E型全斷面開敞式掘進機配套的一種新穎的技術(shù)型施 工方法，是對國外先進經(jīng)驗的消化和吸收。它一改傳統(tǒng)仰拱混凝土現(xiàn)澆施工的方法，采取工廠化預 制、現(xiàn)場安裝的方式，使隧道仰拱施工走預制、安裝之路，把因現(xiàn)場澆注混凝土造成的施工干擾同 工期、質(zhì)量的矛盾降至最低。同時，配合 TBM （隧道掘進機）一系列新技術(shù)，使隧道仰拱施工具 有優(yōu)質(zhì)

2、、高效、經(jīng)濟、文明、標準等特點。該項技術(shù)在秦嶺隧道工程施工中，取得了令人滿意的效果，其施工組織便利，產(chǎn)品質(zhì)量可靠， 滿足了 TBM的快速施工要求。通過對工廠設(shè)置、設(shè)備配套、材料選擇、配比優(yōu)化、蒸養(yǎng)溫控、工 藝配套、機械化安裝等技術(shù)的不斷完善、發(fā)展，經(jīng)總結(jié)形成本工法。以本工法為主的科研項目“秦嶺隧道仰拱預制管片配合比選擇與加熱養(yǎng)護工藝的研究”課題， 獲1999年局科技進步獎。二、工法特點1、速度快。由于 TBM施工速度快，在生產(chǎn)高峰時，預計要求每日生產(chǎn)17塊仰拱塊。即17套進口鋼模每天周轉(zhuǎn)一次。2、質(zhì)量好。仰拱塊預制生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、外光內(nèi)實、幾乎無有害裂紋和蜂窩麻面、缺角、掉塊 現(xiàn)象，其尺寸精度符

3、合要求。3、工藝簡單。本工法應用高精度鋼模、氣動附著式振搗器振搗，分階段供熱供濕養(yǎng)護新方法， 工序緊湊，易操作。三、適用范圍本工法適用采用 TBM或盾構(gòu)施工的鐵路、公路、水工及各種地下人防工程全圓型隧道仰拱襯 砌塊的制作和安裝。四、施工工藝（一）工藝原理目前，加速混凝土預制構(gòu)件硬化的措施主要有：蒸汽養(yǎng)護（包括養(yǎng)護池、養(yǎng)護蓬、養(yǎng)護室、立 式窖、隧道窖、折線窖等）、太陽能養(yǎng)護、紅外線養(yǎng)護、電熱養(yǎng)護、壓蒸養(yǎng)護等，各種方法各有優(yōu) 缺點?？疾靽釺BM配套管片生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)合秦嶺工程實際，因地制宜地采取了 “干式排管（暖氣 管片）分階段供熱供濕養(yǎng)護”的方式，與傳統(tǒng)的蒸養(yǎng)工藝相比，有短預養(yǎng)、緩升溫、低恒溫、

4、慢冷 卻、節(jié)能節(jié)材的特點。預制仰拱塊要點：用 2X0.9力常壓蒸汽鍋爐供汽，可單獨開關(guān)的汽管多排并列通過鋼模下部； 鋼摸固定，灌注工序流動；灌注混凝土的鋼模外罩以密封的養(yǎng)護罩，養(yǎng)護時根據(jù)測溫反饋，調(diào)節(jié)汽 管閥門，保持足夠的養(yǎng)護溫度；通過溢汽閥調(diào)節(jié)罩內(nèi)濕度；按靜停、升溫、恒溫、降溫四個步驟進 行加熱養(yǎng)護；降溫結(jié)束前，檢驗同條件養(yǎng)護的試件，確定是否可以起吊脫模。安裝仰拱塊要點：通過安裝在仰拱塊中心水溝的激光指向儀發(fā)射的激光束確定其中線、標高位置，曲線地段通過支距法保證仰拱塊鋪設(shè)方向；用水平道尺調(diào)整相對水平；仰拱塊對正后，利用 TBM1已套注漿系統(tǒng)，通過注漿孔進行細石混凝土注漿，填充仰拱塊與圍巖之間

5、的空隙。（二）工藝流程（見圖 1）（三）施工方法1、模具及養(yǎng)護罩該兩項屬進口 TBM附帶品，由法國一廠家制造。模具制作按仰拱倒置形式布設(shè)，頂蓋可以自由 開啟，兩側(cè)模可在一定尺寸范圍內(nèi)收放。模具制作精密，其相對誤差都在5mmA內(nèi)，變形小，密封4臺氣動式振動器可使嚴，無漏漿。一些預埋件的安裝、固定方式簡單，定位準確。模具底部裝有 混凝土灌注密實、成型良好。養(yǎng)護罩配合養(yǎng)護。圖1 工藝流程2、鋼骨架制作根據(jù)鋼骨架間距小、預埋件預留孔多(達 22處)的結(jié)構(gòu)特點，將其分為易加工的多單元，再 在組裝平臺將上組合，保證了加工精度。模板安裝后，噴涂脫模劑。3、安裝骨架，設(shè)置預埋件設(shè)置起吊吊桿及螺旋道釘預留用橡皮

6、管。采用120kN橋吊將鋼筋骨架吊裝入模，骨架采用特制塑料定位塊定位。定位塊在骨架入模前安放，均安在2#、4#鋼筋上，不讓靠近預制塊邊緣，并互相錯開，分散布置。每個骨架安放定位塊8個。在混凝土灌注過程中，墊塊不得松動。骨架安裝后，進行泄水孔PVC硬管及注漿孔預埋件安裝。在骨架人模后應檢查保護層情況及預埋件埋設(shè)情況，并做好檢查記錄，填寫檢查證。4、混凝土生產(chǎn)、運吊、灌注及成型(1)混凝土嚴格按試驗室簽發(fā)的施工配合比進行生產(chǎn)。所有原材料須有產(chǎn)品合格證，經(jīng)檢驗 合格方可使用。配合比：水泥：砂：碎石：水：外加劑；1 ： 1.40 : 2.71 ： 0.40 : 0.01。每m3混凝土材料用量：水泥 4

7、25kg ,砂 593kg,碎石 1152kg,水 170kg,外加劑 4.25kg 。坍落度 6.5 cm。20h 強度 24.2MPa, 7d 強度 38.9MPa, 28d 強度 45.6MPa。(2)投料順序：石子一砂一水泥一水及外加劑。各原材料計量允許誤差：水泥土1%,砂、石2%,水、外加劑土 1%。攪拌時間1.5min。(3)砂、石含水率每天檢測4次，據(jù)檢測結(jié)果，及時調(diào)整施工配合比，進行含水率補償。(4)混凝土用軌道平板車載料斗運送，在運輸過程中，應保證勻質(zhì)性，做到不分層、不離析、 不漏漿。混凝土停放間歇時間不大于60min 。混凝土入模時坍落度保持在68 cm。(5)混凝土運至人

8、模地點后，使用160kN橋吊吊起料斗自流人模，必要時開啟料斗上的附著式震動器下料。卸料高度應小于2s(6)采用集中入模方式，連續(xù)灌注，附著式震動器振23min,局部用插入式震動器輔助，觀察入料口表面有一層漿且延時 30s無明顯下沉為密實。約20min后，將頂蓋開啟到豎直位置并鎖緊， 參照兩側(cè)模板弧形，進行預制塊最后的抹光整形。5、蒸汽養(yǎng)護由專人負責，配置多個探溫頭采用數(shù)顯式溫控儀，確保熱工制度的及時反饋和調(diào)整。靜停時間為35h,加蓋養(yǎng)護罩，蒸汽鍋爐供熱給模具下暖氣片加熱升溫，17套模具供汽為并聯(lián)形式，各套模具養(yǎng)生溫度、濕度實行集中監(jiān)測，使環(huán)境溫度保持在40c左右，罩內(nèi)濕度應保持在90%以上，隨

9、時通過開關(guān)逸汽閥補充罩內(nèi)蒸汽來調(diào)控濕度。經(jīng)恒溫養(yǎng)生1012h,逐漸降至室溫,拆除養(yǎng)護罩。升降溫時間均為24h,溫度曲線見圖2,升降溫梯度不大于 15C/h。圖2溫度曲線脫模時，混凝土內(nèi)部溫度與室內(nèi)溫度之差不應大于20Co養(yǎng)生后，脫模強度應達到預制塊設(shè)計強度的50%以上，即不低于 20MPa6、脫模及存放(1)預制塊經(jīng)2024h加熱養(yǎng)護，經(jīng)試驗室檢查同齡期試件強度達到20MPa即可拆模、起吊。(2)預制塊出模時應試吊，確認安全后，吊至室內(nèi)存放線上存放，同班生產(chǎn)的可2層重疊，并用木楔墊穩(wěn)，標上生產(chǎn)日期、時間。在室內(nèi)存放3d,存放期間灑水保持仰拱塊足夠的濕度，以利強度增長。(3)室內(nèi)存放3d后，用軌

10、行仰拱運輸平板車運至仰拱塊翻轉(zhuǎn)臺翻身，由原來的倒扣狀變成正 常狀，再用160kN門吊吊至存放地點。(4)仰拱塊28d強度經(jīng)試驗室檢驗合格，明確標識后方可進入洞內(nèi)鋪設(shè)。7、仰拱塊安裝及精確定位在TBM步進期間，前4塊仰拱塊通過經(jīng)緯儀和水準儀測量定位，鋪設(shè)時，欲鋪設(shè)的仰拱塊后部 依靠已設(shè)置好的仰拱塊來定位，通過激光指向儀和水平尺在設(shè)置的檢查點上進行檢查。在TBM掘進期間，激光指向儀安置于 TBM后仰拱塊形成的中心水溝中，第一檢查點位于附近，第二檢查點位于 TBMi機下，在TBM41位于仰拱塊理論軸線上的標志，激光束應通過2個檢查點，確保仰拱塊的高精度安裝。仰拱塊從洞外用專用運輸車運進洞內(nèi)鋪設(shè)點，然

11、后利用TBM配置的專為鋪設(shè)仰拱塊用的吊機起吊、就位、檢查、固定。用ZED260導向系統(tǒng)首頁“present position ”(顯示設(shè)備相對于隧道軸線位置)的顯示值，檢 查激光精度。8、仰拱塊下回填回填混凝土粗骨料最大粒徑10mm坍落度1518cm。每57塊進行一次注漿。注漿通過仰拱塊預留注漿孔進行，注漿壓力 0.30.4Ma,注漿量以 自由面漿液全面外溢為原則。秦嶺隧道線路設(shè)計為全新式彈性整體道床，其目的之一即免維護或少維護。因此，注漿質(zhì)量非 常關(guān)鍵。在施工期間，中鐵物探中心利用物探技術(shù)進行底部注漿質(zhì)量的逐塊檢查，絕大多數(shù)質(zhì)量優(yōu) 良，個別不足之處進行補注漿。五、機具設(shè)備(見表1)序號設(shè)備名

12、稱型號數(shù)量用途1鋼筋調(diào)直機2臺鋼筋骨架制作安裝2鋼筋切斷機2臺（同上）3鋼筋彎曲機4臺（同上）4電弧焊機6臺（同上）5鋼筋模具6套（同上）6電葫蘆10kN1臺（同上）7噴槍（含打氣泉）1套清模8動力車1輛混凝土運輸灌注9混凝土運輸平板車2臺（同上）10混凝土運料斗3 31 m2個（同上）11橋吊160kN1臺（同上）12混凝土攪拌站HZS50型1套攪拌生產(chǎn)13進口鋼模板（含附著震搗器）17套成型、養(yǎng)護14空壓機1臺震搗成型15常壓鍋爐2臺蒸汽供應16測溫裝置2套溫度控制17管道系統(tǒng)1套養(yǎng)護18試驗室檢驗設(shè)備全套生廠控制、質(zhì)里檢3巫119單軌仰拱吊機130kN1臺人工配合安裝仰拱塊20注漿系統(tǒng)1

13、套塊卜回填及注漿主要機械設(shè)備配備表表1六、勞動組織預制廠設(shè)計生產(chǎn)能力每天 17塊，卞據(jù)TBM施工計劃平均每月掘進 500m以及仰拱預制存放場 地存放能力為510塊的實際情況，確定預制塊生產(chǎn)按兩班制作業(yè)，每班 51人，勞動組織見圖 3,圖3 勞動組織機構(gòu)七、質(zhì)量控制1、秦嶺隧道要求創(chuàng)立國家優(yōu)質(zhì)工程。因此仰拱塊制作及安裝質(zhì)量必須合格為100%合格。2、仰拱塊冬季施工質(zhì)量保證措施（1）當室外日平均氣溫連續(xù) 3天穩(wěn)定低于5c時，應采取冬季施工措施，秦嶺地區(qū)冬季最低-11 C,按11月2月為冬期考慮。（2）做好廠房外墻的防寒措施，門窗、進出口采取保溫措施。拌合樓應密封保溫，用木板、 棉被、草袋等圍護。（

14、3）水管包草墊，不將水龍頭關(guān)死，用石棉瓦將水箱頂部蓋住。拌合用水的溫度不應低于5C,加熱至45 c最佳。攪拌前，應用熱水或蒸汽水沖洗攪拌機，攪拌時間應延長2倍。(4)砂石骨料進入冬季以前開采，并保持干燥狀態(tài)。砂石骨料溫度應保持在 0 c以上，骨料在存放中不得夾有冰膜雪團。(5)混凝土出機溫度不宜低于15 C,出機后應盡快用完。預制塊拆模后，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差應小于 15C,否則用保溫材料覆蓋。3、仰拱塊鋪設(shè)前必須清理干凈底部。加強注漿過程控制。4、仰拱塊安裝高程、中線偏差控制在50cm以內(nèi)。八、安全措施1、參加仰拱塊制作和安裝施工的人員必須經(jīng)過系統(tǒng)培訓，持證上崗。2、建立完善的交接班制

15、度，經(jīng)常進行安全技術(shù)教育。3、在危險的部位設(shè)置安全警示牌，人員進入現(xiàn)場須戴安全帽，配齊各種安全防護設(shè)施。4、吊裝仰拱塊時，吊機下嚴禁站人。吊車鋼絲要經(jīng)常檢查，嚴禁歪吊斜拉，并注意保護蒸汽 管線。下放鋼筋料時，必須有專人指揮。5、電纜、電線應絕緣良好、無破損，閘箱要有防雨措施，確保用電安全。九、效益分析本工法組織合理，工序銜接緊湊，保證了隧道仰拱預制塊的生產(chǎn)和使用。本工法平均每循環(huán)節(jié)省熱養(yǎng)時間5h,每m3混凝土節(jié)約用煤 2030Kg,節(jié)約水泥30Kg。預制仰拱塊3268塊，以混凝土總量約 1.5萬m3計，可節(jié)約資金24.94萬元。本工法將仰拱塊安裝測量與ZED導向系統(tǒng)統(tǒng)一起來，節(jié)省了安裝時間，保證了鋪設(shè)精度，確保了 TBM的順利掘進。十、工程實例西康線秦嶺隧道I線全長18460m,開挖斷面。8.8m,初期噴錨支護，跟進鋪設(shè)混凝土仰拱塊，二次襯砌后成洞斷面。7.7m,中鐵隧道工程局施工進口端(北端)5884m。鋪設(shè)仰拱塊 3268塊，混凝土總量約為1.5萬m3。仰拱塊鋼模板(含附著式振動器)為進口設(shè)備，共17套，在生產(chǎn)高峰時，全部鋼模每天必須周轉(zhuǎn)1次，采用加熱養(yǎng)護工藝。為此，在洞口外組建仰拱塊預制廠，按三班制作業(yè)。預制廠有2條生產(chǎn)線和1條室內(nèi)存放線，1個鋼結(jié)構(gòu)加工車間。混凝土生產(chǎn)用華建機械廠