隧道用仰拱預(yù)制塊制作及安裝工法

隧道用仰拱預(yù)制塊制作及安裝工法一、前言隧道仰拱預(yù)制塊制作及安裝技術(shù)是鐵道部隧道工程局在西安——安康鐵路控制工程秦嶺I線隧道進(jìn)口端（北端）創(chuàng)造性應(yīng)用的、與TBM880E型全斷面開敞式掘進(jìn)機(jī)配套的一種新穎的技術(shù)型施工方法，是對國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)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(yù)制、現(xiàn)場安裝的方式，使隧道仰拱施工走預(yù)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(shí)，配合TBM（隧道掘進(jìn)機(jī)）一系列新技術(shù)，使隧道仰拱施工具有優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)、文明、標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。該項(xiàng)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(jī)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(xiàng)目“秦嶺隧道仰拱預(yù)制管片配合比選擇與加熱養(yǎng)護(hù)工藝的研究”課題，獲1999年局科技進(jìn)步獎(jiǎng)。二、工法特點(diǎn)1、速度快。由于TBM施工速度快，在生產(chǎn)高峰時(shí)，預(yù)計(jì)要求每日生產(chǎn)17塊仰拱塊。即17套進(jìn)口鋼模每天周轉(zhuǎn)一次。2、質(zhì)量好。仰拱塊預(yù)制生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、外光內(nèi)實(shí)、幾乎無有害裂紋和蜂窩麻面、缺角、掉塊現(xiàn)象，其尺寸精度符合要求。3、工藝簡單。本工法應(yīng)用高精度鋼模、氣動(dòng)附著式振搗器振搗，分階段供熱供濕養(yǎng)護(hù)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(yù)制構(gòu)件硬化的措施主要有：蒸汽養(yǎng)護(hù)（包括養(yǎng)護(hù)池、養(yǎng)護(hù)蓬、養(yǎng)護(hù)室、立式窖、隧道窖、折線窖等）、太陽能養(yǎng)護(hù)、紅外線養(yǎng)護(hù)、電熱養(yǎng)護(hù)、壓蒸養(yǎng)護(hù)等，各種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)?？疾靽釺BM配套管片生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)合秦嶺工程實(shí)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(hù)”的方式，與傳統(tǒng)的蒸養(yǎng)工藝相比，有短預(yù)養(yǎng)、緩升溫、低恒溫、慢冷卻、節(jié)能節(jié)材的特點(diǎn)。預(yù)制仰拱塊要點(diǎn)：用2×0.9m3常壓蒸汽鍋爐供汽，可單獨(dú)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(dòng)；灌注混凝土的鋼模外罩以密封的養(yǎng)護(hù)罩，養(yǎng)護(hù)時(shí)根據(jù)測溫反饋，調(diào)節(jié)汽管閥門，保持足夠的養(yǎng)護(hù)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(gè)步驟進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)；降溫結(jié)束前，檢驗(yàn)同條件養(yǎng)護(hù)的試件，確定是否可以起吊脫模。安裝仰拱塊要點(diǎn)：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(biāo)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TBM配套注漿系統(tǒng)，通過注漿孔進(jìn)行細(xì)石混凝土注漿，填充仰拱塊與圍巖之間的空隙。（二）工藝流程（見圖1）（三）施工方法1、模具及養(yǎng)護(hù)罩該兩項(xiàng)屬進(jìn)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)?？稍谝欢ǔ叽绶秶鷥?nèi)收放。模具制作精密，其相對誤差都在5mm以內(nèi)，變形小，密封嚴(yán)，無漏漿。一些預(yù)埋件的安裝、固定方式簡單，定位準(zhǔn)確。模具底部裝有4臺(tái)氣動(dòng)式振動(dòng)器可使混凝土灌注密實(shí)、成型良好。養(yǎng)護(hù)罩配合養(yǎng)護(hù)。起起吊檢驗(yàn)，翻轉(zhuǎn)，存放成品出廠運(yùn)輸安裝預(yù)埋件安裝鋼筋骨架運(yùn)送混凝土脫模關(guān)罩，加溫、恒溫、降溫，開罩制作試件振搗成型清模、裝模，刷脫模劑加止水條和錨固螺栓混凝土生產(chǎn)安裝，加“U”止水條，注漿鋪軌，TBM前移激光導(dǎo)向灌注混凝土試件檢驗(yàn)圖1工藝流程2、鋼骨架制作根據(jù)鋼骨架間距小、預(yù)埋件預(yù)留孔多（達(dá)22處）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其分為易加工的多單元，再在組裝平臺(tái)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(yù)埋件設(shè)置起吊吊桿及螺旋道釘預(yù)留用橡皮管。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(yù)制塊邊緣，并互相錯(cuò)開，分散布置。每個(gè)骨架安放定位塊8個(gè)。在混凝土灌注過程中，墊塊不得松動(dòng)。骨架安裝后，進(jìn)行泄水孔PVC硬管及注漿孔預(yù)埋件安裝。在骨架人模后應(yīng)檢查保護(hù)層情況及預(yù)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(yùn)吊、灌注及成型（1）混凝土嚴(yán)格按試驗(yàn)室簽發(fā)的施工配合比進(jìn)行生產(chǎn)。所有原材料須有產(chǎn)品合格證，經(jīng)檢驗(yàn)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425kg，砂593kg，碎石1152kg，水170kg，外加劑4.25kg。坍落度6.5㎝。20h強(qiáng)度24.2MPa，7d強(qiáng)度38.9MPa，28d強(qiáng)度45.6MPa。（2）投料順序：石子→砂→水泥→水及外加劑。各原材料計(jì)量允許誤差：水泥±1%，砂、石±2%，水、外加劑±1%。攪拌時(shí)間1.5min。（3）砂、石含水率每天檢測4次，據(jù)檢測結(jié)果，及時(shí)調(diào)整施工配合比，進(jìn)行含水率補(bǔ)償。（4）混凝土用軌道平板車載料斗運(yùn)送，在運(yùn)輸過程中，應(yīng)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(shí)間不大于60min。混凝土入模時(shí)坍落度保持在6～8㎝。（5）混凝土運(yùn)至人模地點(diǎn)后，使用160kN橋吊吊起料斗自流人模，必要時(shí)開啟料斗上的附著式震動(dòng)器下料。卸料高度應(yīng)小于2m。（6）采用集中入模方式，連續(xù)灌注，附著式震動(dòng)器振2～3min，局部用插入式震動(dòng)器輔助，觀察入料口表面有一層漿且延時(shí)30s無明顯下沉為密實(shí)。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(jìn)行預(yù)制塊最后的抹光整形。5、蒸汽養(yǎng)護(hù)由專人負(fù)責(zé)，配置多個(gè)探溫頭采用數(shù)顯式溫控儀，確保熱工制度的及時(shí)反饋和調(diào)整。靜停時(shí)間為3～5h，加蓋養(yǎng)護(hù)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(shí)行集中監(jiān)測，使環(huán)境溫度保持在40℃左右，罩內(nèi)濕度應(yīng)保持在90％以上，隨時(shí)通過開關(guān)逸汽閥補(bǔ)充罩內(nèi)蒸汽來調(diào)控濕度。經(jīng)恒溫養(yǎng)生10～12h，逐漸降至室溫，拆除養(yǎng)護(hù)罩。升降溫時(shí)間均為2～4h，溫度曲線見圖2，升降溫梯度不大于15℃／h。T（T（℃）605011.5h402.5h302h204h1004617.520t（h）圖2溫度曲線脫模時(shí)，混凝土內(nèi)部溫度與室內(nèi)溫度之差不應(yīng)大于20℃。養(yǎng)生后，脫模強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到預(yù)制塊設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50％以上，即不低于20MPa。6、脫模及存放（1）預(yù)制塊經(jīng)20～24h加熱養(yǎng)護(hù)，經(jīng)試驗(yàn)室檢查同齡期試件強(qiáng)度達(dá)到20MPa，即可拆模、起吊。（2）預(yù)制塊出模時(shí)應(yīng)試吊，確認(rèn)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(biāo)上生產(chǎn)日期、時(shí)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(qiáng)度增長。（3）室內(nèi)存放3d后，用軌行仰拱運(yùn)輸平板車運(yùn)至仰拱塊翻轉(zhuǎn)臺(tái)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(diǎn)。（4）仰拱塊28d強(qiáng)度經(jīng)試驗(yàn)室檢驗(yàn)合格，明確標(biāo)識(shí)后方可進(jìn)入洞內(nèi)鋪設(shè)。7、仰拱塊安裝及精確定位在TBM步進(jìn)期間，前4塊仰拱塊通過經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀測量定位，鋪設(shè)時(shí)，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(diǎn)上進(jìn)行檢查。在TBM掘進(jìn)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(diǎn)位于附近，第二檢查點(diǎn)位于TBM主機(jī)下，在TBM上作1位于仰拱塊理論軸線上的標(biāo)志，激光束應(yīng)通過2個(gè)檢查點(diǎn)，確保仰拱塊的高精度安裝。仰拱塊從洞外用專用運(yùn)輸車運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)鋪設(shè)點(diǎn)，然后利用TBM配置的專為鋪設(shè)仰拱塊用的吊機(jī)起吊、就位、檢查、固定。用ZED260導(dǎo)向系統(tǒng)首頁“presentposition”(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15～18cm。每5～7塊進(jìn)行一次注漿。注漿通過仰拱塊預(yù)留注漿孔進(jìn)行，注漿壓力0.3～0.4Ma，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(jì)為全新式彈性整體道床，其目的之一即免維護(hù)或少維護(hù)。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(jìn)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(gè)別不足之處進(jìn)行補(bǔ)注漿。五、機(jī)具設(shè)備（見表1）主要機(jī)械設(shè)備配備表表1序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)數(shù)量用途1鋼筋調(diào)直機(jī)2臺(tái)鋼筋骨架制作安安裝2鋼筋切斷機(jī)2臺(tái)（同上）3鋼筋彎曲機(jī)4臺(tái)（同上）4電弧焊機(jī)6臺(tái)（同上）5鋼筋模具6套（同上）6電葫蘆10kN1臺(tái)（同上）7噴槍（含打氣泵泵）1套清模8動(dòng)力車1輛混凝土運(yùn)輸灌注注9混凝土運(yùn)輸平板板車2臺(tái)（同上）10混凝土運(yùn)料斗1m32個(gè)（同上）11橋吊160kN1臺(tái)（同上）12混凝土攪拌站HZS50型1套攪拌生產(chǎn)13進(jìn)口鋼模板（含含附著震搗搗器）17套成型、養(yǎng)護(hù)14空壓機(jī)1臺(tái)震搗成型15常壓鍋爐2臺(tái)蒸汽供應(yīng)16測溫裝置2套溫度控制17管道系統(tǒng)1套養(yǎng)護(hù)18試驗(yàn)室檢驗(yàn)設(shè)備備全套生產(chǎn)控制、質(zhì)量量檢驗(yàn)19單軌仰拱吊機(jī)130kN1臺(tái)人工配合安裝仰仰拱塊20注漿系統(tǒng)1套塊下回填及注漿漿六、勞動(dòng)組織預(yù)制廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力每天17塊，根據(jù)TBM施工計(jì)劃平均每月掘進(jìn)500m，以及仰拱預(yù)制存放場地存放能力為510塊的實(shí)際情況，確定預(yù)制塊生產(chǎn)按兩班制作業(yè)，每班51人，勞動(dòng)組織見圖3，每班生產(chǎn)預(yù)制塊6～7塊。此外，安裝仰拱塊需3人。預(yù)制廠廠長1名預(yù)制廠廠長1名技術(shù)廠長1名生產(chǎn)廠長1名質(zhì)檢組質(zhì)檢員1名試驗(yàn)室鋼筋加工24人預(yù)制塊生產(chǎn)12人綜合班13人車間主任1名圖3勞動(dòng)組織機(jī)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(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)3天穩(wěn)定低于5℃時(shí)，應(yīng)采取冬季施工措施，秦嶺地區(qū)冬季最低－11℃，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(jìn)出口采取保溫措施。拌合樓應(yīng)密封保溫，用木板、棉被、草袋等圍護(hù)。（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(yīng)低于5℃，加熱至45℃最佳。攪拌前，應(yīng)用熱水或蒸汽水沖洗攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間應(yīng)延長2倍。（4）砂石骨料進(jìn)入冬季以前開采，并保持干燥狀態(tài)。砂石骨料溫度應(yīng)保持在0℃以上，骨料在存放中不得夾有冰膜雪團(tuán)。（5）混凝土出機(jī)溫度不宜低于15℃，出機(jī)后應(yīng)盡快用完。預(yù)制塊拆模后，混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差應(yīng)小于15℃，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(qiáng)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(xùn)，持證上崗。2、建立完善的交接班制度，經(jīng)常進(jìn)行安全技術(shù)教育。3、在危險(xiǎn)的部位位設(shè)置安全全警示牌，人人員進(jìn)入現(xiàn)現(xiàn)場須戴安安全帽，配配齊各種安安全防護(hù)設(shè)設(shè)施。4、吊裝仰拱塊時(shí)時(shí)，吊機(jī)下下嚴(yán)禁站人人。吊車鋼鋼絲要經(jīng)常常檢查，嚴(yán)嚴(yán)禁歪吊斜斜拉，并注注意保護(hù)蒸蒸汽管線。下下放鋼筋料料時(shí)，必須須有專人指指揮。5、電纜、電線應(yīng)應(yīng)絕緣良好好、無破損損，閘箱要要有防雨措措施，確保保用電安全全。九、效益分析本工法組織合理理，工序銜銜接緊湊，保保證了隧道道仰拱預(yù)制制塊的生產(chǎn)產(chǎn)和使用。本工法平均每循循環(huán)節(jié)省熱熱養(yǎng)時(shí)間55h，每m3混凝土節(jié)節(jié)約用煤220～30Kgg，節(jié)約水水泥30KKg。預(yù)制制仰拱塊33268塊塊，以混凝凝土總量約約1.5萬m3計(jì)，可節(jié)節(jié)約資金224.944萬元。本工法將仰拱塊塊安裝測量量與ZED導(dǎo)向系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)一起來來，節(jié)省了了安裝時(shí)間間，保證了了鋪設(shè)精度度，確保了了TBM的順利掘掘進(jìn)。十、工程實(shí)例西康線秦嶺隧道道Ⅰ線全長188460mm，開挖斷斷面φ8.8mm，初期噴噴錨支護(hù)，跟跟進(jìn)鋪設(shè)混混凝土仰拱拱塊，二次次襯砌后成成洞斷面φ7.7mm，中鐵隧隧道工程局局施工進(jìn)口口端（北端）58844m。鋪設(shè)設(shè)仰拱塊33268塊塊，混凝土土總量約為為1.5萬m3。仰拱塊鋼模板（含附著式式振動(dòng)器）為進(jìn)口設(shè)設(shè)備，共117套，在在生產(chǎn)高峰峰時(shí)，全部部鋼模每天天必須周轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1次，采用用加熱養(yǎng)護(hù)護(hù)工藝。為為此，在洞洞口外組建建仰拱塊預(yù)預(yù)制廠，按按三班制作作業(yè)。預(yù)制廠有2條生生產(chǎn)線和1條室內(nèi)存存放線，1個(gè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)加工車間間。混凝土土生產(chǎn)用華華建機(jī)械廠廠生產(chǎn)的HHZS500型混凝土土攪拌站，主主機(jī)為雙臥臥