隧道用仰拱预制块制作及安装工法部级

1、隧道用仰拱预制块制作及安装工法工法编号：TLEJGF-99 00-33、GZSJGF07-99-03一处、科研所：孙谋 陈智卢智强刘启栋焦增现一、前言隧道仰拱预制块制作及安装技术是铁道部隧道工程局在西安一一安康铁路控制工程秦岭I线隧道进口端（北端）创造性应用的、与 TBM880E型全断面开敞式掘进机配套的一种新颖的技术型施 工方法，是对国外先进经验的消化和吸收。它一改传统仰拱混凝土现浇施工的方法，采取工厂化预 制、现场安装的方式，使隧道仰拱施工走预制、安装之路，把因现场浇注混凝土造成的施工干扰同 工期、质量的矛盾降至最低。同时，配合 TBM （隧道掘进机）一系列新技术，使隧道仰拱施工具 有优质

2、、高效、经济、文明、标准等特点。该项技术在秦岭隧道工程施工中，取得了令人满意的效果，其施工组织便利，产品质量可靠， 满足了 TBM的快速施工要求。通过对工厂设置、设备配套、材料选择、配比优化、蒸养温控、工 艺配套、机械化安装等技术的不断完善、发展，经总结形成本工法。以本工法为主的科研项目“秦岭隧道仰拱预制管片配合比选择与加热养护工艺的研究”课题， 获1999年局科技进步奖。二、工法特点1、速度快。由于 TBM施工速度快，在生产高峰时，预计要求每日生产17块仰拱块。即17套进口钢模每天周转一次。2、质量好。仰拱块预制生产质量稳定、外光内实、几乎无有害裂纹和蜂窝麻面、缺角、掉块 现象，其尺寸精度符

3、合要求。3、工艺简单。本工法应用高精度钢模、气动附着式振捣器振捣，分阶段供热供湿养护新方法， 工序紧凑，易操作。三、适用范围本工法适用采用 TBM或盾构施工的铁路、公路、水工及各种地下人防工程全圆型隧道仰拱衬 砌块的制作和安装。四、施工工艺（一）工艺原理目前，加速混凝土预制构件硬化的措施主要有：蒸汽养护（包括养护池、养护蓬、养护室、立 式窖、隧道窖、折线窖等）、太阳能养护、红外线养护、电热养护、压蒸养护等，各种方法各有优 缺点。考察国外TBM配套管片生产技术，结合秦岭工程实际，因地制宜地采取了 “干式排管（暖气 管片）分阶段供热供湿养护”的方式，与传统的蒸养工艺相比，有短预养、缓升温、低恒温、

4、慢冷 却、节能节材的特点。预制仰拱块要点：用 2X0.9力常压蒸汽锅炉供汽，可单独开关的汽管多排并列通过钢模下部； 钢摸固定，灌注工序流动；灌注混凝土的钢模外罩以密封的养护罩，养护时根据测温反馈，调节汽 管阀门，保持足够的养护温度；通过溢汽阀调节罩内湿度；按静停、升温、恒温、降温四个步骤进 行加热养护；降温结束前，检验同条件养护的试件，确定是否可以起吊脱模。安装仰拱块要点：通过安装在仰拱块中心水沟的激光指向仪发射的激光束确定其中线、标高位置，曲线地段通过支距法保证仰拱块铺设方向；用水平道尺调整相对水平；仰拱块对正后，利用 TBM1已套注浆系统，通过注浆孔进行细石混凝土注浆，填充仰拱块与围岩之间

5、的空隙。（二）工艺流程（见图 1）（三）施工方法1、模具及养护罩该两项属进口 TBM附带品，由法国一厂家制造。模具制作按仰拱倒置形式布设，顶盖可以自由 开启，两侧模可在一定尺寸范围内收放。模具制作精密，其相对误差都在5mmA内，变形小，密封4台气动式振动器可使严，无漏浆。一些预埋件的安装、固定方式简单，定位准确。模具底部装有 混凝土灌注密实、成型良好。养护罩配合养护。图1 工艺流程2、钢骨架制作根据钢骨架间距小、预埋件预留孔多(达 22处)的结构特点，将其分为易加工的多单元，再 在组装平台将上组合，保证了加工精度。模板安装后，喷涂脱模剂。3、安装骨架，设置预埋件设置起吊吊杆及螺旋道钉预留用橡皮

6、管。采用120kN桥吊将钢筋骨架吊装入模，骨架采用特制塑料定位块定位。定位块在骨架入模前安放，均安在2#、4#钢筋上，不让靠近预制块边缘，并互相错开，分散布置。每个骨架安放定位块8个。在混凝土灌注过程中，垫块不得松动。骨架安装后，进行泄水孔PVC硬管及注浆孔预埋件安装。在骨架人模后应检查保护层情况及预埋件埋设情况，并做好检查记录，填写检查证。4、混凝土生产、运吊、灌注及成型(1)混凝土严格按试验室签发的施工配合比进行生产。所有原材料须有产品合格证，经检验 合格方可使用。配合比：水泥：砂：碎石：水：外加剂；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,外加剂 4.25kg 。坍落度 6.5 cm。20h 强度 24.2MPa, 7d 强度 38.9MPa, 28d 强度 45.6MPa。(2)投料顺序：石子一砂一水泥一水及外加剂。各原材料计量允许误差：水泥土1%,砂、石2%,水、外加剂土 1%。搅拌时间1.5min。(3)砂、石含水率每天检测4次，据检测结果，及时调整施工配合比，进行含水率补偿。(4)混凝土用轨道平板车载料斗运送，在运输过程中，应保证匀质性，做到不分层、不离析、 不漏浆。混凝土停放间歇时间不大于60min 。混凝土入模时坍落度保持在68 cm。(5)混凝土运至人

8、模地点后，使用160kN桥吊吊起料斗自流人模，必要时开启料斗上的附着式震动器下料。卸料高度应小于2s(6)采用集中入模方式，连续灌注，附着式震动器振23min,局部用插入式震动器辅助，观察入料口表面有一层浆且延时 30s无明显下沉为密实。约20min后，将顶盖开启到竖直位置并锁紧， 参照两侧模板弧形，进行预制块最后的抹光整形。5、蒸汽养护由专人负责，配置多个探温头采用数显式温控仪，确保热工制度的及时反馈和调整。静停时间为35h,加盖养护罩，蒸汽锅炉供热给模具下暖气片加热升温，17套模具供汽为并联形式，各套模具养生温度、湿度实行集中监测，使环境温度保持在40c左右，罩内湿度应保持在90%以上，随

9、时通过开关逸汽阀补充罩内蒸汽来调控湿度。经恒温养生1012h,逐渐降至室温,拆除养护罩。升降温时间均为24h,温度曲线见图2,升降温梯度不大于 15C/h。图2温度曲线脱模时，混凝土内部温度与室内温度之差不应大于20Co养生后，脱模强度应达到预制块设计强度的50%以上，即不低于 20MPa6、脱模及存放(1)预制块经2024h加热养护，经试验室检查同龄期试件强度达到20MPa即可拆模、起吊。(2)预制块出模时应试吊，确认安全后，吊至室内存放线上存放，同班生产的可2层重叠，并用木楔垫稳，标上生产日期、时间。在室内存放3d,存放期间洒水保持仰拱块足够的湿度，以利强度增长。(3)室内存放3d后，用轨

10、行仰拱运输平板车运至仰拱块翻转台翻身，由原来的倒扣状变成正 常状，再用160kN门吊吊至存放地点。(4)仰拱块28d强度经试验室检验合格，明确标识后方可进入洞内铺设。7、仰拱块安装及精确定位在TBM步进期间，前4块仰拱块通过经纬仪和水准仪测量定位，铺设时，欲铺设的仰拱块后部 依靠已设置好的仰拱块来定位，通过激光指向仪和水平尺在设置的检查点上进行检查。在TBM掘进期间，激光指向仪安置于 TBM后仰拱块形成的中心水沟中，第一检查点位于附近，第二检查点位于 TBMi机下，在TBM41位于仰拱块理论轴线上的标志，激光束应通过2个检查点，确保仰拱块的高精度安装。仰拱块从洞外用专用运输车运进洞内铺设点，然

11、后利用TBM配置的专为铺设仰拱块用的吊机起吊、就位、检查、固定。用ZED260导向系统首页“present position ”(显示设备相对于隧道轴线位置)的显示值，检 查激光精度。8、仰拱块下回填回填混凝土粗骨料最大粒径10mm坍落度1518cm。每57块进行一次注浆。注浆通过仰拱块预留注浆孔进行，注浆压力 0.30.4Ma,注浆量以 自由面浆液全面外溢为原则。秦岭隧道线路设计为全新式弹性整体道床，其目的之一即免维护或少维护。因此，注浆质量非 常关键。在施工期间，中铁物探中心利用物探技术进行底部注浆质量的逐块检查，绝大多数质量优 良，个别不足之处进行补注浆。五、机具设备(见表1)序号设备名

12、称型号数量用途1钢筋调直机2台钢筋骨架制作安装2钢筋切断机2台（同上）3钢筋弯曲机4台（同上）4电弧焊机6台（同上）5钢筋模具6套（同上）6电葫芦10kN1台（同上）7喷枪（含打气泉）1套清模8动力车1辆混凝土运输灌注9混凝土运输平板车2台（同上）10混凝土运料斗3 31 m2个（同上）11桥吊160kN1台（同上）12混凝土搅拌站HZS50型1套搅拌生产13进口钢模板（含附着震捣器）17套成型、养护14空压机1台震捣成型15常压锅炉2台蒸汽供应16测温装置2套温度控制17管道系统1套养护18试验室检验设备全套生厂控制、质里检3巫119单轨仰拱吊机130kN1台人工配合安装仰拱块20注浆系统1

13、套块卜回填及注浆主要机械设备配备表表1六、劳动组织预制厂设计生产能力每天 17块，卞据TBM施工计划平均每月掘进 500m以及仰拱预制存放场 地存放能力为510块的实际情况，确定预制块生产按两班制作业，每班 51人，劳动组织见图 3,图3 劳动组织机构七、质量控制1、秦岭隧道要求创立国家优质工程。因此仰拱块制作及安装质量必须合格为100%合格。2、仰拱块冬季施工质量保证措施（1）当室外日平均气温连续 3天稳定低于5c时，应采取冬季施工措施，秦岭地区冬季最低-11 C,按11月2月为冬期考虑。（2）做好厂房外墙的防寒措施，门窗、进出口采取保温措施。拌合楼应密封保温，用木板、 棉被、草袋等围护。（

14、3）水管包草垫，不将水龙头关死，用石棉瓦将水箱顶部盖住。拌合用水的温度不应低于5C,加热至45 c最佳。搅拌前，应用热水或蒸汽水冲洗搅拌机，搅拌时间应延长2倍。(4)砂石骨料进入冬季以前开采，并保持干燥状态。砂石骨料温度应保持在 0 c以上，骨料在存放中不得夹有冰膜雪团。(5)混凝土出机温度不宜低于15 C,出机后应尽快用完。预制块拆模后，混凝土表面温度与环境温度差应小于 15C,否则用保温材料覆盖。3、仰拱块铺设前必须清理干净底部。加强注浆过程控制。4、仰拱块安装高程、中线偏差控制在50cm以内。八、安全措施1、参加仰拱块制作和安装施工的人员必须经过系统培训，持证上岗。2、建立完善的交接班制

15、度，经常进行安全技术教育。3、在危险的部位设置安全警示牌，人员进入现场须戴安全帽，配齐各种安全防护设施。4、吊装仰拱块时，吊机下严禁站人。吊车钢丝要经常检查，严禁歪吊斜拉，并注意保护蒸汽 管线。下放钢筋料时，必须有专人指挥。5、电缆、电线应绝缘良好、无破损，闸箱要有防雨措施，确保用电安全。九、效益分析本工法组织合理，工序衔接紧凑，保证了隧道仰拱预制块的生产和使用。本工法平均每循环节省热养时间5h,每m3混凝土节约用煤 2030Kg,节约水泥30Kg。预制仰拱块3268块，以混凝土总量约 1.5万m3计，可节约资金24.94万元。本工法将仰拱块安装测量与ZED导向系统统一起来，节省了安装时间，保证了铺设精度，确保了 TBM的顺利掘进。十、工程实例西康线秦岭隧道I线全长18460m,开挖断面。8.8m,初期喷锚支护，跟进铺设混凝土仰拱块，二次衬砌后成洞断面。7.7m,中铁隧道工程局施工进口端(北端)5884m。铺设仰拱块 3268块，混凝土总量约为1.5万m3。仰拱块钢模板(含附着式振动器)为进口设备，共17套，在生产高峰时，全部钢模每天必须周转1次，采用加热养护工艺。为此，在洞口外组建仰拱块预制厂，按三班制作业。预制厂有2条生产线和1条室内存放线，1个钢结构加工车间。混凝土生产用华建机械厂