大反坡小断面隧道双台车直联衬砌施工方法

摘要

本发明涉及一种隧道施工方法，具体为一种大反坡小断面隧道双台车直联衬砌施工方法，为了降低大反坡小断面隧道双台车施工泵送混凝土损耗率、加快衬砌施工进度、降低衬砌施工难度，将两台衬砌台车进行改装，分别在两台衬砌台车的前端和后端增接衬砌台车加长面板，两台衬砌台车通过加长面板及防漏自粘橡胶带进行无缝搭接，直联衬砌施工时，混凝土浇筑采用斜层浇筑法，从2号衬砌台车后端最外排浇筑窗口Ⅰ向1号衬砌台车前端最内排浇筑窗口Ⅱ推进，同时沿两台衬砌台车面板纵向中心线左右侧对称交替施工，最后脱模，一个衬砌循环完成，降低了大反坡小断面隧道双台车施工泵送混凝土损耗率，加快衬砌施工进度，降低了衬砌施工难度，保证了施工质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道施工方法，具体为一种大反坡小断面隧道双台车直联衬砌施 工方法。

背景技术

目前大断面双线铁路隧道或多车道公路隧道施工衬砌台车长度多为12m、10.5m 或9m，且一般衬砌台车下空间可供施工机械车辆通过。小断面单线铁路隧道或辅助坑道衬 砌台车长度多为9m或7.5m，且一般台车下空间不足，施工车辆不能通过。

衬砌台车过短有以下缺点：

1、相同长度的隧道衬砌板数将增加，相应挡头模板架立次数、衬砌搭接次数、混凝土浇 筑次数、凝凝土浇筑间隔次数也将增加，降低了施工进度；

2、增加了挡头模板与混凝土的损耗率；

衬砌台车过长有以下缺点：

1、不利衬砌台车拼装、行走、台车面板定位，倒管难度加大；

2、不利于混凝土浇筑；

3、施工缝间距加大，混凝土发热问题也更严重，造成衬砌混凝土裂缝出现的风险加大；

4、若在缓和曲线或者圆曲线隧道当中，衬砌更不利于线型控制，在竖曲线当中，不利于 高程控制。

因此，目前在长距离隧道衬砌施工中，为加快施工进度，多使用两台衬砌台车施工 （为区别，将前端台车命名为1号衬砌台车，后端台车为2号衬砌台车），混凝土泵紧跟台车， 一前一后相距若干个衬砌长度，而不会使用一台超长衬砌台车。大断面隧道衬砌台车下可 过车，1号衬砌台车与2号衬砌台车之间距离可以尽可能加大，加大台车之间距离有以下优 点：

1、以减少施工干扰；

2、减少新开衬砌两边均需架立挡头模板的次数，2号衬砌台车一端与已浇好的衬砌混 凝土搭接，另一端架立挡头模板，1号衬砌台车新开衬砌两边需架立挡头模板（如图1、2所 示）；

3、减少衬砌背后空洞注浆次数，因后一板衬砌观察孔所留空洞会被前一板衬砌填满， 而2号衬砌台车最后一板衬砌与1号衬砌台车第一板衬砌接头位置的空洞则需要注浆（如图 3所示）；

但是对于小断面隧道因衬砌台车下不可过车，混凝土泵只能紧跟2号衬砌台车，而1号 衬砌台车浇筑混凝土时需连接很长的泵管，泵送难度加大，混凝土损耗加大（如图4所示）， 因此，两台衬砌台车之间距离不能太大，双台车衬砌施工的上述加大台车之间距离的优点 不能得到充分发挥。尤其在大反坡隧道，混凝土泵送难度进一步加大，各种施工难题将更加 突出。

因此，研究一种降低双台车施工泵送混凝土损耗率、加快衬砌施工进度、降低衬砌 施工难度，并且适合大反破小断面隧道双台车衬砌的施工方法显得十分必要。

发明内容

本发明是为了降低大反坡小断面隧道双台车施工泵送混凝土损耗率、加快衬砌施 工进度、降低衬砌施工难度而提供一种大反坡小断面隧道双台车直联衬砌施工方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种大反坡小断面隧道双台车直联衬砌施工 方法，包括以下步骤：

步骤一、衬砌台车改装

（1）2号衬砌台车改装

1.1将2号衬砌台车前端工作平台拆除，使2号衬砌台车前端骨架与2号衬砌台车面板 处于同一竖直平面；

1.2将2号衬砌台车前端走行电机与走行轮后移于衬砌台车骨架之内，使2号衬砌台车 前端平整；

1.3将2号衬砌台车衬砌面板前端增接2号衬砌台车加长面板,沿环向方向每隔1米用 角铁加固，2号衬砌台车衬砌面板两侧沿其纵向中心线对称开设若干排平行设置的浇筑窗 口Ⅰ，纵向中心线上间隔布设三个顶管泵口Ⅰ；

（2）1号衬砌台车改装

2.1将1号衬砌台车后端工作平台拆除，使1号衬砌台车后端骨架与1号衬砌台车面板 处于同一竖直平面；

2.2将1号衬砌台车后端走行电机与走行轮前移于衬砌台车骨架之内，使1号衬砌台车 后端平整；

2.3将1号衬砌台车衬砌面板后端增接1号衬砌台车加长面板,沿环向方向每隔1米用 角铁加固，1号衬砌台车加长面板半径小于原衬砌面板半径，1号衬砌台车加长面板长度小 于2号衬砌台车加长面板长度，1号衬砌台车衬砌面板两侧沿其纵向中心线对称开设若干排 平行设置的浇筑窗口Ⅱ，纵向中心线上间隔布设三个顶管泵口Ⅱ，每排浇筑窗口Ⅱ与2号衬 砌台车衬砌面板上相应位置的浇筑窗口Ⅰ连为一排；

（3）防漏自粘橡胶带加工

3.1防漏自粘橡胶带展开为长条形长方体结构，胶带厚度等于1号衬砌台车加长面板半 径与原衬砌面板半径的差值，宽度等于1号衬砌台车加长面板的长度，长度大于衬砌台车面 板环向长度，以预留出搭接段长度，防漏自粘橡胶带下表面有粘贴层，上表面开设纵横交错 设置的切缝，切缝深度以大于2号衬砌台车加长面板厚度1cm；

3.2将防漏自粘橡胶带环贴于1号衬砌台车加长面板上；

步骤二、直联衬砌施工

（1）准备工作

在隧道内开挖与支护工作完成之后，铺设土工布与防水板、再安装钢筋网与排水管，各 种预埋件或者固定于衬砌台车上或者固定于钢筋网片上，之后再放样出隧道中线，若为曲 线隧道，则隧道中线按衬砌台车长度放样成折线，之后再铺设走行钢轨，准备衬砌台车定 位；

（2）衬砌台车定位

2.1首先将1号衬砌台车前行，前行距离以大于1号衬砌台车长度0.5m；

2.2将2号衬砌台车走行到位，对中后升起衬砌面板千斤顶，使衬砌面板标高到位，再展 开侧模，到位后用丝杆固定，完成2号衬砌台车定位；

2.3将1号衬砌台车倒退，使1号衬砌台车加长面板与2号衬砌台车加长面板搭接，之后 将1号衬砌台车对中，升起衬砌面板千斤顶，使防漏自粘橡胶带的切缝顶紧2号衬砌台车加 长面板下方，并沿缝呈锯齿状压缩状态，未被压缩部分与2号衬砌台车加长面板、1号衬砌台 车面板平齐，展开1号衬砌台车侧模板，到位后用丝杆固定，最后再安装止水带与挡头模板， 完成1号衬砌台车与2号衬砌台车的搭接；

（3）混凝土浇筑

混凝土浇筑采用斜层浇筑法，具体浇筑方法为：从2号衬砌台车后端最外排浇筑窗口Ⅰ 向1号衬砌台车前端最内排浇筑窗口Ⅱ推进，同时沿两台衬砌台车面板纵向中心线左右侧 对称交替施工，对于纵向中心线每一侧多排浇筑窗口进行浇筑时，由最内排浇筑窗口向最 外排浇筑窗口浇筑、并且浇筑轨迹呈向前延伸的多层斜向坡度线，每层斜向坡度线的坡度 不能超过10^O，最外排浇筑窗口后端和最内排浇筑窗口前端的浇筑轨迹为直线段；

（4）脱模

混凝土浇筑完毕后，待混凝土初凝后，开始从下往上拆除挡头模，待混凝土终凝且达到 可拆除承重模板强度后，拧松丝杆，首先收起1号衬砌台车侧模，降下1号衬砌台车面板千斤 顶，然后1号衬砌台车前行，然后按照上述顺序使2号衬砌台车脱模；

一个衬砌循环完成，便可依次定位、铺走行轨，进行下一循环施工。

优选地，上述步骤（3）中，沿两台衬砌台车面板纵向中心线左右侧对称交替浇筑 时，当左侧第一排浇筑窗口的浇筑最大高度达到1.5m时，更换至右侧第一排浇筑窗口，当右 侧第一排浇筑窗口的浇筑高度达到3m时，再从该侧第二排浇筑窗口开始浇筑，如此循环往 复，完成对所有浇筑窗口的混凝土浇筑施工。此浇筑方式用以保持衬砌台车不受太大偏压 力，保证台车两侧所受挤压力平衡。

优选地，2号衬砌台车加长面板的长度为20cm,1号衬砌台车加长面板的长度为 10cm,1号衬砌台车加长面板半径小于原衬砌面板半径5cm。

优选地，防漏自粘橡胶带的厚度为5cm，宽度为10cm。

优选地，在混凝土浇筑至顶管时，按照从衬砌台车后端向前端推进的方向浇筑，先 逐一由2号衬砌台车顶部的三个顶管泵口Ⅰ进行顶管浇筑，再逐一由1号衬砌台车顶部的三 个顶管泵口Ⅱ进行顶管浇筑，目的是为了先填补上一模留下的观察空洞，最后在本次衬砌 挡头模处观察孔位置留下空洞。

优选地，脱模后，检查防漏自粘橡胶带，因切缝深度大于2号衬砌台车加长面板厚 度1cm，如果脱模后能恢复原状，将切缝间沙浆清理干净之后即可用于下一循环施工；据现 场观察，如果脱模后无法恢复原状而出现漏浆现象，则需更换橡胶带，更换时，只需撕下旧 的防漏自粘橡胶带，贴上新的防漏自粘橡胶带。

与现有技术相比，本发明避免了台车过短与台车过长的缺点，具有以下优点：

1、将两台衬砌台车进行改装，分别在两台衬砌台车的前端和后端增接衬砌台车加长面 板，两台衬砌台车通过加长面板及防漏自粘橡胶带进行无缝搭接，避免混凝土从面板接缝 处渗漏，亦保证在衬砌台车定位存在施工误差的情况下正常搭接，不出现错台，保证了衬砌 施工质量；

2、将两台衬砌台车有机连在一起进行衬砌施工，拼装、定位方便、准确，易操作，减少了 施工干扰，减少新开衬砌两边均需架立挡头模板的次数以及减少衬砌背后空洞注浆次数， 加快了衬砌施工进度；

3、混凝土浇筑时采用斜层浇筑法，从2号衬砌台车后端最外排浇筑窗口Ⅰ向1号衬砌台 车前端最内排浇筑窗口Ⅱ推进，保持一定的坡度，以适应隧道反坡，同时沿两台衬砌台车面 板纵向中心线左右侧对称交替施工，保持衬砌台车不受太大偏压力，而且减少了换管次数， 尤其适用于大反坡隧道，使得混凝土泵送难度大大降低；

4、因每循环衬砌浇筑长度增加了1倍，故相同长度的隧道衬砌板数将减少，相应挡头模 板架立次数、衬砌搭接次数、混凝土浇筑次数、凝凝土浇筑间隔次数也将减少，加快了施工 进度；

5、因挡头模加立次数减少，因此减少了挡头模板的损耗率，浇筑数数减少，降低了泵管 清洗次数与混凝土开盘次数，因此降低了混凝土的损耗率；

6、相比于一部过长台车，双台车直联有利衬砌台车拼装、行走，有利于台车面板定位， 有利于降低倒管次数；

7、若在缓和曲线或者圆曲线隧道当中，相比于一部过长台车，两部台车在平面上定位 可以更接近于曲线，有利于线型控制，在竖曲线当中，则有利于高程控制；

总之，本发明所述衬砌施工方法大大降低大反坡小断面隧道双台车施工泵送混凝土损 耗率，加快了衬砌施工进度，降低了衬砌施工难度，保证了施工质量，具有很好的推广应用 价值。

附图说明

图1为背景技术中原有两台衬砌台车施工结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为背景技术中原有衬砌台车观察孔与泵管示意图；

图4为背景技术中小断面隧道混凝土泵送示意图；

图5为2号衬砌台车工作平台改装前示意图；

图6为2号衬砌台车工作平台改装后示意图；

图7为走行轮改装示意图；

图8为2号衬砌台车加长面板截面图；

图9为1号衬砌台车加长面板截面图；

图10为防漏自粘橡胶带示意图；

图11为隧道曲线段中线放样示意图；

图12为平面曲线段双台车直联平面图；

图13为1号衬砌台车与2号衬砌台车直联顶部纵面图；

图14为1号衬砌台车与2号衬砌台车直联搭接细部图；

图15为衬砌台车面板展开窗口编号图；

图16为双衬砌台车面板展开浇筑窗口轨迹图；

图17为双台车直联衬砌施工示意图；

图中：1-2号衬砌台车；2-2号衬砌台车前端工作平台；3-2号衬砌台车面板；4-走行电 机；5-走行轮；6-2号衬砌台车加长面板；7-角铁；8-浇筑窗口Ⅰ；9-顶管泵口Ⅰ；10-1号衬砌台 车；11-1号衬砌台车后端工作平台；12-1号衬砌台车面板；13-1号衬砌台车加长面板；14-浇 筑窗口Ⅱ；15-顶管泵口Ⅱ；16-防漏自粘橡胶带；17-切缝；18-多层斜向坡度线；19-直线段； 20-开挖轮廓线；21-衬砌台车面板；22-挡头模板；23-已浇筑段混凝土；24-已浇筑段观察孔 位置空洞；25-新浇筑段观察孔拟留空洞；26-泵管；27-混凝土泵；28-隧道中线；29-曲线隧 道轮廓；30-1号衬砌台车展开面板；31-2号衬砌台车展开面板；32-2号衬砌台车面板加长 区；34-衬砌施工方向；35-2号衬砌台车后端工作平台。

具体实施方式

大反坡小断面隧道双台车直联衬砌施工方法，包括以下步骤：

步骤一、衬砌台车改装

（1）2号衬砌台车1改装

1.1将2号衬砌台车前端工作平台2拆除，使2号衬砌台车前端骨架与2号衬砌台车面板 3处于同一竖直平面，图5为衬砌台车工作平台改装前示意图、图6为2号衬砌台车前端工作 平台改装后示意图；

1.2将2号衬砌台车前端走行电机4与走行轮5后移于衬砌台车骨架之内，使2号衬砌台 车前端平整，如图7所示为步行电机及走行轮改装示意图；

1.3将2号衬砌台车衬砌面板前端增接2号衬砌台车加长面板6,长度为20cm，沿环向方 向每隔1米用角铁7加固，如图8所示，2号衬砌台车衬砌面板两侧沿其纵向中心线对称开设3 排平行设置的浇筑窗口Ⅰ8，纵向中心线上间隔布设三个顶管泵口Ⅰ9，如图15所示，衬砌台车 面板展开浇筑窗口编号图；

（2）1号衬砌台车10改装

2.1将1号衬砌台车后端工作平台11拆除，使1号衬砌台车后端骨架与1号衬砌台车面 板12处于同一竖直平面；

2.2将1号衬砌台车后端走行电机与走行轮前移于衬砌台车骨架之内，使1号衬砌台车 后端平整；

2.3将1号衬砌台车衬砌面板后端增接1号衬砌台车加长面板13,长度为10cm，沿环向 方向每隔1米用角铁加固，1号衬砌台车加长面板半径小于原衬砌面板半径5cm，如图9所示， 1号衬砌台车加长面板长度小于2号衬砌台车加长面板长度，1号衬砌台车衬砌面板两侧沿 其纵向中心线对称开设三排平行设置的浇筑窗口Ⅱ14，纵向中心线上间隔布设三个顶管泵 口Ⅱ15，每排浇筑窗口Ⅱ与2号衬砌台车衬砌面板上相应位置的浇筑窗口Ⅰ连为一排，如图 15所示，衬砌台车面板展开浇筑窗口编号图；

（3）防漏自粘橡胶带16加工

3.1防漏自粘橡胶带展开为长条形长方体结构，如图10所示，胶带厚度等于1号衬砌台 车加长面板半径与原衬砌面板半径的差值，为5cm，宽度等于1号衬砌台车加长面板的长度， 为10cm，长度大于衬砌台车面板环向长度，以预留出搭接段长度，防漏自粘橡胶带下表面有 粘贴层，上表面开设纵横交错设置的切缝17，切缝深度以大于2号衬砌台车加长面板厚度 1cm；

3.2将防漏自粘橡胶带环贴于1号衬砌台车加长面板上；

步骤二、直联衬砌施工

（1）准备工作

在隧道内开挖与支护工作完成之后，铺设土工布与防水板、再安装钢筋网与排水管，各 种预埋件或者固定于衬砌台车上或者固定于钢筋网片上，之后再放样出隧道中线，若为曲 线隧道，则隧道中线按衬砌台车长度放样成折线（如图11所示），之后再铺设走行钢轨，准备 衬砌台车定位；

（2）衬砌台车定位

2.1首先将1号衬砌台车前行，前行距离以大于1号衬砌台车长度0.5m，方便观察人员在 1号衬砌台车内观察2号衬砌台车定位情况；

2.2将2号衬砌台车走行到位，对中后升起衬砌面板千斤顶，使衬砌面板标高到位，再展 开侧模，到位后用丝杆固定，完成2号衬砌台车定位，2号衬砌台车定位与正常单台车定位 一样；

2.3将1号衬砌台车倒退，使1号衬砌台车加长面板与2号衬砌台车加长面板搭接，之后 将1号衬砌台车对中，升起衬砌面板千斤顶，使防漏自粘橡胶带的切缝顶紧2号衬砌台车加 长面板下方，并沿缝呈锯齿状压缩状态，未被压缩部分与2号衬砌台车加长面板、1号衬砌台 车面板平齐，保证混凝土不从面板接缝处渗漏，亦保证在衬砌台车定位存在误差的情况下 正常搭接，不出现错台（见图12、图13、图14）；展开1号衬砌台车侧模板，到位后用丝杆固定， 最后再安装止水带与挡头模板，完成1号衬砌台车与2号衬砌台车的搭接，按照如图17所示， 进行双台车直联衬砌施工。

（3）混凝土浇筑

混凝土浇筑准备:按抗裂混凝土配合搅拌混凝土，抗裂配合比设计目前已是成熟技术， 在此不再赘述，安装好混凝土泵，接好泵管，首先泵入水，湿润管道，再泵入沙浆，润滑管道， 之后便可以正式浇筑混凝土了。

混凝土浇筑采用斜层浇筑法，以增加散热面积，具体浇筑方法为：从2号衬砌台车 后端最外排浇筑窗口Ⅰ向1号衬砌台车前端最内排浇筑窗口Ⅱ推进，推进中要及时覆盖，同 时沿两台衬砌台车面板纵向中心线左右侧对称交替施工，对于纵向中心线每一侧多排浇筑 窗口进行浇筑时，由最内排浇筑窗口向最外排浇筑窗口浇筑、并且浇筑轨迹呈向前延伸的 多层斜向坡度线18，每层斜向坡度线的坡度不能超过10^O，否则在振捣时易使混凝土过度流 动而发生骨料分离，最外排浇筑窗口后端和最内排浇筑窗口前端的浇筑轨迹为直线段19； 上述步骤（3）中，沿两台衬砌台车面板纵向中心线左右侧对称交替浇筑时，当左侧第一排浇 筑窗口的浇筑最大高度达到1.5m时，更换至右侧第一排浇筑窗口，当右侧第一排浇筑窗口 的浇筑高度达到3m时，再从该侧第二排浇筑窗口开始浇筑，当右侧第二排浇筑窗口的浇筑 最大高度达到1.5m时，更换至左侧第三排浇筑窗口，如此循环往复，完成对所有浇筑窗口的 混凝土浇筑施工。在混凝土浇筑至顶管时，按照从衬砌台车后端向前端推进的方向浇筑，先 逐一由2号衬砌台车顶部的三个顶管泵口Ⅰ（图15中序号为50、70、90）进行顶管浇筑，再逐一 由1号衬砌台车顶部的三个顶管泵口Ⅱ（图15中序号为120、140、160）进行顶管浇筑。具体浇 筑窗口的浇筑顺序结合图15说明，顺序如下：

浇筑顺序所形成的轨迹见图16；

（4）脱模

混凝土浇筑完毕后，待混凝土初凝后，开始从下往上拆除挡头模，此时混凝土还未达到 终凝强度，此时拆除挡头模可以方便凿毛，待混凝土终凝且达到可拆除承重模板强度后，拧 松丝杆，首先收起1号衬砌台车侧模，降下1号衬砌台车面板千斤顶，然后1号衬砌台车前行， 然后按照上述顺序使2号衬砌台车脱模；

（5）更换防漏自粘橡胶带

脱模后，检查脱模后，检查防漏自粘橡胶带，因切缝深度大于2号衬砌台车加长面板厚 度1cm，如果脱模后能恢复原状，将切缝间沙浆清理干净之后即可用于下一循环施工；据现 场观察，如果脱模后无法恢复原状而出现漏浆现象，则需更换橡胶带，更换时，只需撕下旧 的防漏自粘橡胶带，贴上新的防漏自粘橡胶带。

至此，一个衬砌循环完成，便可依次定位、铺走行轨，进行下一循环施工。

为了进一步证明本发明所述施工方法的先进性、实用性，申请人列举以下工程实 例进行说明：

工程概况：

山西省小浪底引黄工程是山西省“两纵十横”大水网重点骨干工程，位于山西省运城 市，北依吕梁山，与临汾市接壤，东峙中条山和晋城市毗邻，西、南与陕西省渭南市、河南省 三门峡市隔黄河相望。工程总体走势为东南－西北向，是自黄河干流上的小浪底水利枢纽 工程向山西省涑水河流域调水的大型引调水工程，引水干线起始于垣曲县境内板涧河河口 右岸的小浪底水库库区，终止于闻喜县境内的吕庄水库，线路总的走向为东南－西北向，总 长度59.6km。由申请人承建的小浪底引黄工程施工Ⅲ标位于山西省运城市垣曲县，本标段 隧洞总长11.908km，为新开挖隧洞，设计纵坡1/3000，其中2#隧洞桩号为8+113～11+210段 设计流量20.0m³/s、13+957～20+250段设计流量16.25m³/s，长9.39km，垣曲支线桩号Y0+ 000～2+518段设计流量3.94m³/s，长2.518km，管段内有3#、4#、5#三条施工支洞。

此大反坡小断面隧道相对于大断面隧道而言，采用原有衬砌方法施工存在诸如机 械因无法通过衬砌台车而不能快速施工、光面爆破掏槽不易创造有效临空面等问题。采用 本发明所述的双台车直联衬砌施工方法，大大降低大反坡小断面隧道双台车施工泵送混凝 土损耗率，加快了衬砌施工进度，降低了衬砌施工难度，保证了施工质量，双台车直联衬砌 施工在小浪底引黄工程隧道得到成功应用，具有很好的推广应用价值。