隧道衬砌施工八项工装创新及应用

隧道衬砌质量控制八项工装关键词：隧道衬砌 工装 一、创新背景1.1 基本情况隧道工程共计8座，全长18.382km，占全线长49.2%。衬砌是隧道施工中关键环节，衬砌施工质量直接关系到工程竣工交验和运营期间行车安全，对工程成本管理和企业信誉影响巨大。1.2 创新目的目前传统衬砌施工工装已不能满足高铁隧道高标准建设需要，为加强衬砌施工质量控制，通过专业化、机械化、信息化管理手段，达到“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安全”目的，创新应用隧道衬砌施工八项工装，有效地预防和控制以往衬砌施工质量通病，提高隧道衬砌施工质量，降低劳动强度，提高作业工效。二、核心技术2.1 自行式防水板挂布台车按压装置2.1.1 创新点研发自行式防水板挂布台车按压装置，确保防水板安装质量。2.1.2 工装组成按压装置由伸缩液压按压杆连接16槽钢和挂布台车滑槽车而成，按压杆与滑槽车利用法兰盘连接，可以调节方向；按压杆与16槽钢进行栓接，16槽钢上设4个硬质塑料滚轮。滚轮按压杆槽钢图1 自行式防水板挂布台车按压装置2.1.3 工装应用自行式防水板挂布台车定位后，通过台车上的吊装托架系统托移防水板，采用伸缩液压工作杆和按压装置将防水板压紧，利用走行滑槽轨道实现全环转动，将防水板与热熔垫圈进行电磁焊接固定。图2 自行式防水板挂布台车按压装置2.2 二衬拱顶防脱空预警装置2.2.1 创新点采用了微动开关传感器、网线、三级配电箱等组成预警系统，实现对拱顶混凝土浇筑实时动态监测，在浇筑过程中对存在的空洞及时处理，有效提高了施工质量。2.2.2 工装组成微动传感器制作微动传感器传动杆上加装一块3cm3cm防水板，以增大传感器感应范围，增加灵敏度；底部加装一块3cm10cm防水板以便于传感器与拱顶防水板焊接固定。 图3 微动传感器制作33cm防水板310cm防水板 图4 微动传感器安装信号箱制作采用三级配电箱加装信号灯、网线接口、电源开关集成制作信号箱。信号箱4组信号线图5 信号箱制作2.2.3 工装应用采用制作好的微动传感器开关安装在拱顶防水板内侧，每板二衬长度12m，沿拱顶纵向等间距依次铺设4组传感监测点（与泵送孔位置错开1.0m），通过网线将4组传感监测点相连接，网线引至信号箱内与报警装置相连接，形成预警系统。装置安装完成后，进行钢筋绑扎、台车就位和衬砌混凝土浇筑，拱顶浇筑过程中随着二衬混凝土浇筑面上升，混凝土面顶升触发微动压力开关，传感监测点信号灯依次亮灯报警，即可判定监测点附近混凝土浇筑是否饱满。网线传感器图6 现场安装感应元器件2.3 防水板电磁焊装置2.3.1 创新点应用防水板电磁焊技术，电磁焊不伤害防水板本身，实现防水板的无损挂设。2.3.2 工装组成防水板电磁焊装置由电磁焊枪和专用热熔垫圈组成。图7 防水板电磁焊装置2.3.3 工装应用采用“十字”定位工装固定土工布加热垫圈，防水板利用挂布台车环向铺设时，依次采用电磁热熔焊枪将防水板对准加热垫圈，按下焊枪开关，通过电磁焊枪与加热垫圈面接触均匀加热，34秒后电磁焊枪自动停止工作，即可实现防水板与加热垫圈一次性焊接牢固。图8 利用“十”字架定位垫圈位置图9 利用电磁焊枪对防水板进行固定2.4 接触网槽道定位装置2.4.1 创新点研发了接触网槽道定位胎具，使槽道组精确定位，并对接触网槽道定位装置增设滚轮，实现可移动化。2.4.2 工装组成根据图纸中接触网槽道规格和间距要求，制作槽道组定位模具，要求模具加工误差为5mm。图10 接触网槽道定位模具2.4.3 工装应用 将2根槽道放置在模具面板卡槽上，检查好槽道间距、平行度，合格后采用16mm钢筋对2根槽道进行焊接定位，固定成为槽道组之后整体安装，保证预埋安装精度和质量。 为加强槽道组的抗拉能力，在槽道组顶部增加4根20mm钢筋。16mm钢筋固定4根20mm钢筋图11 成型后的槽道组2.5 二衬混凝土逐窗分层浇筑装置2.5.1 创新点应用二衬混凝土逐窗分层浇筑装置，实现逐窗分层浇筑。2.5.2 工装组成二衬混凝土采用逐窗分层浇筑系统，系统共设置主料斗2个、主溜槽4个、“三通”分流槽8个、分流串筒8个、溜槽24个，主料斗设置在衬砌台车顶部平台中线位置，料斗上口尺寸6550cm，下口尺寸为4525cm，高度50cm，距离台车端头3m。图12 二衬滑槽逐窗入模浇筑技术图13 入模系统安装透视图2.5.3 工装应用二衬混凝土采用地泵泵送入主料斗，通过调节“三通”分流槽挡板，控制混凝土流向分流串筒，经分滑槽导流至一级工作窗口。当混凝土浇筑至一级窗口时，关闭一级分滑槽方向挡板，将混凝土导流至二级工作窗口；依次调节“三通”分流槽挡板，将混凝土导流至三级工作窗口；拱顶混凝土浇筑时，更换泵管，进行冲顶施工。 混凝土连续对称浇筑，自由落差不超过2.0m，左右侧混凝土面高差不超过0.5m，前后高差不超过0.6m，并及时振捣密实。2个主料斗图14 拱顶平台主料斗分流串筒三级窗口二级窗口一级窗口图15 分流串筒2.6 二衬自动喷淋养护台车2.6.1 创新点研发二衬自动喷淋养护台车，实现水循环自动化养护，并采用门架结构，不影响隧道内车辆行驶。2.6.2 工装组成控制箱自动喷淋养护台车分为行走系统（走行轮、电机、电箱、钢轨）、供水系统（水泵、蓄水箱）、喷水系统（环向水管）和废水收集系统（接水板、PVC管）。行走钢轨蓄水箱限位报警灯图16 蓄水箱及行走钢轨竖向PVC管图17 竖向PVC管（回收养护水）2.6.3 工装应用 利用增压水泵将台车两侧蓄水箱中养护用水压入台车前后2道环向钢管中，钢管内设15mm洒水孔，孔间距50cm，钢管与二衬内轮廓面距离50cm，通过洒水孔位置安装的雾化喷头进行二衬表面喷淋养生。 养护台车由电路控制箱自动控制在行走钢轨上进退，实现定期自动行走养护。 在平台顶板设置V型接水板，将喷洒回落的养护水通过接水板集中收集，沿台车两侧设置的竖向80mmPVC管，将养护回收水汇入蓄水箱中再次循环使用。环向出水管接水板图18 隧道二衬自动喷淋养护台车2.7 明洞外模台车2.7.1 创新点外模台车施工整体性好, 快速就位、拆模迅速。 2.7.2 工装组成台车由行走机构、台车门架、钢模板、液压系统、电气控制系统、钢模板垂直升降和侧向伸缩辅助机构六部分组成。图19 明洞外模台车2.7.3 工装应用待明洞二衬钢筋验收合格后，配套使用明洞外模台车和衬砌台车一次性移位、精调和固定；混凝土浇筑完成后，将外模台车整体脱模和行走移位。图20 明洞外模台车2.8 自行式仰拱栈桥2.8.1 创新点在自行式液压仰拱栈桥基础上增加了仰拱曲模，纵向止水带定位工装，做到了仰拱曲模、止水带准确定位。2.8.2 工装组成自行式仰拱栈桥由栈桥本体、液压系统、电气控制系统、走形系统等各部分组成。图21 自行式仰拱栈桥2.8.3 工装应用仰拱开挖完成后，利用自行式仰拱栈桥作为行车和作业通道。待仰拱钢筋绑扎完成后，通过测量控制和液压调节自行式仰拱栈桥配套仰拱曲模快速收放定位，进行仰拱和填充混凝土分层浇筑，实现开挖与仰拱施工无缝衔接。 图22 自行式仰拱栈桥三、应用效果3.1 自行式防水板挂布台车按压装置使用自行式防水板挂布台车按压装置后，防水板平整度好，防水板焊接质量大幅度提升；每循环（12m）防水板挂设可节约4个小时。图23 增加按压装置后防水板铺设图3.2 二衬拱顶防脱空预警装置对未使用和已使用二衬拱顶防脱空预警装置段二衬进行雷达扫描检测，结果如下：表1 隧道衬砌质量问题统计表序号检查项目缺陷长度（m）检测总长度（m）不合格率1使用防脱空装置前拱顶脱空5.943961.5%2使用防脱空装置后拱顶脱空1.412880.49%安装拱顶防脱空预警装置后衬砌质量得到提高，有效减小了隧道拱顶混凝土脱空出现率，保证了隧道衬砌安全性。解决了传统人工对隧道拱顶混凝土浇筑饱满度不易监测的难题。3.3 防水板电磁焊装置采用隧道防水板电磁焊装置，防水板挂设外观质量、焊接质量均得到了提高，一个热熔垫圈3秒4秒即可焊好，焊接时间为超声波焊接的1/3，每12m衬砌可节约1.5个小时。图24 电磁焊枪与超声波焊接效果对比图3.4 接触网槽道定位装置采用接触网槽道定位装置，二衬混凝土浇筑拆模后，槽道组没有出现“八”字形现象，该装置提高了槽道定位精度，新增的固定筋提高了槽道抗拉能力，有效避免槽道出现松动、掉落的安全质量隐患。图26 二衬混凝土拆模后槽道图3.5 二衬混凝土逐窗分层浇筑装置采用二衬混凝土逐窗分层浇筑装置后，成型的混凝土内实外美，没有水印形成，提高了隧道二衬施工质量。图27 使用分层浇筑装置后二衬外观图3.6 二衬自动喷淋养护台车解决了传统二衬养护难度大的问题，仅需1个人操作控制箱即可完成养护工作，且可有效地保证衬砌混凝土养护时