无门架新型隧道模板台车衬砌施工工法

1.前言

近几十年来，门架式台车一直担负着我国隧道衬砌施工任务，在施工实践中经过不断改进，克服了诸多难题, 但门架式衬砌台车因设计制造的局限性，一些问题一直延续至今，如结构复杂性、变断面衬砌工艺复杂、隧道通风阻力大等问题。

无门架新型隧道模板台车较好地解决了上 述问题，还增加了许多新的主要功能和辅助功能。如自动控制模板在衬砌过程中的位移变形和 自动清理、配管等。

无门架新型隧道模板台车不仅能够实现全液压立模、脱模、自动行走，而 且具有衬砌表面光洁度高，衬砌工艺简单，操作方便，定位速度快，改善了隧道通风等特点。

2. 工法特点

2.1 本工法所采用的无门架新型隧道模板台车，其设计结构新颖，现代化程度高，增大了有 效净空面积，减小了隧道排风阻力。

2.2 本工法采用的新型台车结构稳定，操作方便，整体刚度大，结构变形小，稳定性可靠。

2.3 衬砌施工过程中台车定位速度快，接管、浇筑、振捣容易，不易跑模，能提高衬砌混凝 土的内在和外观质量。

2.4 本工法循环作业时间短，能较大提升衬砌施工能力，文明环保，施工安全性提高。

3. 适用范围

本工法适用于铁路、公路、水利、市政等领域中，先施作仰拱、填充，后进行拱墙整体衬 砌的隧道工程。

4. 工艺原理

无门架新型隧道模板台车，整套模板系统通过八个小臂与底部平台的滑动机构连接，滑动 机构通过底部平台侧面的四个油缸实现边模的开合，从而实现立模与收模。

该模板台车微调性能好，下部安装有模板台车自动报警装置，通过一套位移传感器控制模板衬砌过程中的位移，可使错台减小，衬砌表面平整度提高。

增加了伸缩底模，可使底模与仰拱紧密接触，实现了衬砌不跑模。

台车内净空增加，减少了风阻，改善了大直径通风管的穿越条件。

底部平台上方为车辆行走平台，台车作业时，支撑在地面，供车辆行走；台车移动时，四个举升油缸将底部平台升起，一并行走。

5. 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

无门架新型隧道模板台车衬砌施工工艺流程图见图5.1  所示。

图 5.1 无门架新型隧道模板台车衬砌施工工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1 模板台车设计、加工、组装无门架新型隧道模板台车，由台车模板总成、底部平台、液压系统、电机控制系统组成，其主要结构见图  5.2.1。

图 5.2.1 为无门架新型隧道模板台车结构示意图。

图  5.2.1 A-A 截面示意图

注：图中  1-20  分别表示： 

1、顶模板总成；2 、边模板总成；3 、基础底架；4、支撑底架；  5、车辆行走支架；  6 、风筒安装架；7 、排气管；8、行走装置；9、升降油缸；10 、平移油缸；11、展开油缸（下）；  12、展开油缸（上）；13、固定连接杆；14、底模展开油缸；15、连接丝杠（一）； 16 、连接丝杠（二）；7、连接丝杠（三）；  18、工作窗； 19 、注浆口 、20、行走梯。

台车组装时，以前进方向模板为首榀模板，先安装第三榀模板。整体往洞内运输顺序为：基础底架→横移架→第三榀下模板及花架支撑→第四榀下模板及花架支撑→第五榀下模板，待上述安装 完毕后再运输第四榀上模板进行安装，然后依次对第六、七、八榀下模板及其上模板进行运输安装。

待此侧安装完毕后，将其余模板运至另一侧进行反向安装。

5.2.2 变断面操作

（1）变断面方式——弧长变换方式

当断面改变时，设计衬砌面的弧长也会改变。

模板总成制造好后弧长是不变的，在以往的常规隧道变断面衬砌采用梅花瓣模板方式时，通过加减 底模或改变门架的方式来解决模板弧长与断面加大或缩小后的弧长不相等问题。

无门架新型隧道模 板台车采用加减底模方式，将边模与底模的接缝布置在水沟盖板底部标高线以下，底模通过改变伸缩底模与边墙基础搭接来解决周长改变问题（如图5.2.2-1所示）。通过这种设计解决了不拆装结构 而又能进行断面变换问题。

图 5.2.2-1  变断面原理示意图

（2）断面变换操作

当需要适应加宽断面时，去除固定连接杆三角座上螺栓，伸出上展开油缸，待油缸支撑到位， 旋转三角座，使之另一面螺栓孔与下模板上螺栓栓孔对齐，栓接完毕，则上下模板发生适当旋转位 移，即可适应加宽断面状态。调整完毕后，上、下模板仍为一整刚体，此时立、收模操作方式与标准断面时相同。

采用上述方式进行断面变换所需要的操作工序比较简单，快速方便，节省时间，降低施工成本（如图  5.2.2-2 所示）。

图 5.2.2-2  变断面操作过程示意图

5.2.3 台车行走前准备

（1）台车行走前要检查地螺杆是否旋起，防止损坏螺杆及台车。

（2）台车行走底模和边模应处于收回状态，防止台车行走时与其他物体发生干涉；横移油缸应 处于中间状态，使横移架处于中间可调整位置。

（3）台车行走前要清理仰拱地面，防止台车到位后出现栈桥无法与地面有效接触、损坏栈桥的 现象发生。

（4）台车行走应清除台车周围的物品，防止行走时刮伤模板表面和碰撞台车。

（5）台车行走前检查台车的电缆线应整理好。

（6）台车行走前要铺放好导轨，枕木铺设完成后，导轨的铺设要严格关于隧道中线对称，防止 中线偏移过大，而使横移架难以满足台车中线的调整需要。

5.2.4 台车行走 

在台车行走的过程中要密切观察台车是否与其他物体发生碰撞，电缆线拖动是否顺利，导轨是否发生倾斜，以防止事故发生。

一旦有问题出现，要立即停车，将问题排除后再进行行走。如果导轨倾斜严重，要将台车退回，将导轨摆正后再进行移动台车，以防止导轨翻转的情况发生。

5.2.5 台车就位前的准备 

在台车就位前要清除台车表面粘附的混凝土块，并均匀涂上脱模剂，以防止影响脱模及衬砌的表面质量。

5.2.6 台车就位 

就位时先就位台车的后端面，再就位台车的前端面，两个端面的就位方法相同，所以这里就介绍后端面的就位过程。

首先要将模板的中线与隧道的中线对齐，均匀升起四个升降油缸，将台车升起使模板的最高点与上环衬砌的最高点相距大约5cm左右，然后通过横移油缸调整模板台车，使模板台车的中线与隧道中线对齐。

其次将边模展开，将中心线对齐后，伸出边模油缸，将两侧边模推到距上次衬砌面约7cm的地方，根据观察搭接模与衬砌间的缝隙，对模板进行进一步的调整，消除模板与衬砌间的缝隙。最后展开底模，将伸缩底模拉出即完成就位。

测量组配合衬砌班组进行模板台车就位，其中线、标高、断面尺寸和净空大小必须符合设计图纸要求。

5.2.7 加固台车 

为保证台车在浇筑混凝土时油缸基本不受力，就位完成后要对台车进行加固。将底部螺杆向下旋紧，保证底部螺杆与地面有效接触。

安装边模丝杆，将边模固定，然后安装底模丝杆。安装完成后，要多次反复旋紧各丝杆，以保证每个丝杆都要旋紧。

5.2.8 浇筑混凝土 

拱墙二次衬砌采用无门架新型隧道模板台车、混凝土搅拌运输车运输、泵送混凝土灌注，振捣器捣固，堵头模板采用木模。灌注混凝土时两侧要尽量均匀灌注，振动棒振捣。

当混凝土高度达到第一个作业窗的位置时，开启辅助振动器，振动器要间断开启，且每次开启时间不宜过长，应控制在30s以内。当混凝土注入高度达到边模与顶模铰接位置时，振动器开启时间可根据需要适当延长。

5.2.9 脱模 

脱模时要先拆除边模丝杆及底模丝杆，然后将升降油缸的螺杆旋下，将顶部的抗浮螺杆旋下。

之后收起底模，将边模收回，缓慢降下升降油缸进行脱模，当脱模完成后，将底部螺杆旋起，并将 横移架移动到中间位置，为下次就位做准备。

5.2.10 注意事项

（1）在就位过程中，操作油缸时一定要使同类油缸均匀伸缩，如果油缸伸缩差别太大，则可能 导致油缸产生严重的径向变形，而使油缸无法正常伸出。

（2）在加固台车过程中，要保证每个丝杆都是向外顶紧，而不是向内拉紧，否则可能出现模板 变形的现象。旋紧顶部的抗浮螺杆，将螺杆顶到洞顶，以防止在灌注时台车产生上浮。

5.3 劳动力组织

根据施工现场工程量和施工环境情况，劳动力组织见表5.3。

表 5.3  劳动力组织情况表

6. 材料与设备

本工法所用材料已在施工工艺流程及操作要点中说明，无需特别说明的材料，采用的机具设备见表 6.1 。

表6.1 机具设备表

7. 质量控制

   

7.1 工程质量控制标准

无门架新型隧道模板台车施工质量执行《客运专线铁路隧道工程施工指南》（TZ214-2005 ）以及《客运专线铁路隧道工程施工质量验收标准》铁建设[2005]160 号的标准。

7.2 质量保证措施

7.2.1 堵头模板安装必须稳固牢靠，接缝严密，不得漏浆。

7.2.2 操作油缸时一定要使同类油缸均匀伸缩，防止油缸产生较严重的径向变形。

7.2.3 堵头模板安装时，先用钢钎将伸缩底模固定好，各伸缩底模间的缝隙要用适当的木块填 堵，确保不出现较大的错台而影响衬砌外观质量。

7.2.4 混凝土浇筑时，泵送混凝土入仓自下而上，分层对称浇筑，防止偏压使模板变形。当混 凝土浇注达到第一个作业窗口位置时，间断开启辅助振动器， 每次开启的时间不宜过长，控制在30s 以内。

7.2.5 在混凝土浇筑时，若出现台车位移控制传感器自动报警，应立即停止浇筑混凝土，检查 台车中的丝杆是否拧紧，加固措施是否到位。

8. 安全措施

8.1 必须遵守《建筑安装工人安全技术操作规程》及《建筑机械使用安全技术规程》外。

8.2 无门架新型隧道模板台车动力电源电压为380V，电工必须经过培训方可上岗 操作时需穿绝 缘鞋。

8.3 台车行走前必须认真检查车辆行走平台离地面的高度，防止平台与地面剐擦，拉坏台车。而且在行走前必须检查各操作平台上物品是否摆放稳妥，确保人、物安全。

8.4 车辆行走平台下方支撑必须垫稳，不得临空，防止车辆行走导致平台架变形，牵连台车变形。

8.5 由于台车受力部位为模板总成，应注意经常对模板台车模板进行清理，以便观察各个部位的变形状态。

8.6 在车辆行走平台前方应做好警示标识。过往车辆通过车辆行走平台时，要减缓行车速度， 谨慎操作，安全通过。

8.7 不得从台车操作平台上向下抛投物品，防止砸坏车辆行走平台，影响行车。

9. 环保措施

9.1 无门架新型隧道模板台车在安装、拆卸过程中应注意润滑油、机油等对环境的污染。

9.2 由于无门架新型隧道模板台车采用的都是重型钢材，材质较好，在使用过程中应注意保护， 不要被碰撞损坏，以便重复利用。

9.3 应随时保持台车的清洁，以便观察台车的运行状态。防止达到极限破坏，导致浪费。

9.4 车辆行走平台下方必须支撑、垫设稳固，减少车辆通行产生噪音。

10. 效益分析

10.1 本工法能快速的进行施工，减小了循环作业时间，保证了施工步距，避免了因施工步距不 达标而引起的掌子面停工，在保证安全的前提下加快进度节省人工、机械费，从而节约了成本。

10.2  无门架新型隧道模板台车与旧式门架台车相比，净空面积增加了47%，减小了阻风率，通风更加顺畅，改善了洞内作业环境。

10.3 无门架新型隧道模板台车移位、定位时间快，循环作业时间减小，缩短了工期，同时在施 工安全、质量、进度、形象等方面取得了良好的效果，赢得了业主和社会各界的广泛好评。

11. 应用实例

11.1  工程实例一

11.1.1  工程概况

新建云桂铁路云南段站前工程Ⅰ标富宁隧道位于云南省文山州富宁县境内，全长13625m，富宁 隧道 2 号横洞及富宁隧道出口位于富宁县新华镇。由中铁隧道集团有限公司富宁隧道出口项目部承 担施工任务。

富宁隧道出口施工里程为D4K349+014～D4K352+651，长3637m，其中Ⅲ级围岩1475m，Ⅳ级围岩1785m，Ⅴ级围岩368m，明洞9m。

11.1.2  工程施工情况

无门架新型隧道模板台车主要在出口段正洞采用。其施作里程为：D4K352+169.7～D4K352+491；开始时间为：2010年12月20日，共施工了27组（共321.3m），每组循环时间平均为：16h，作业人员减少为：4人。

经检测，衬砌平整度均控制在2mm以内，相邻两组错台均控制在5mm以内，衬砌断面净空符合设计要求。

其通风效果为：粉尘浓度10%以上游离二氧化硅小于2mg/m，较原门架式台车时减少6mg/m。

通过无门架新型隧道模板台车的应用充分证明：台车就位速度快，相邻两组衬砌间的错台大大 减小，衬砌表面光洁度高，循环作业时间缩短，提高了衬砌的施工能力，保证了隧道的施工步距，大大降低了安全隐患，提高了工程质量。

11.1.3  应用效果

1) 针对新建云桂铁路富宁隧道出口，采用无门架新型隧道模板台车施作二次衬砌施工，面对衬 砌断面大，衬砌困难，无门架新型隧道模板台车经受住了严酷的考验。未出现过二次衬砌施工质量 问题及模板台车安全事故。

2) 采用无门架新型隧道模板台车施工衬砌，比普通模板台车施工人员、机具设备投入相对较少， 提高了经济效益。

3) 采用无门架新型隧道模板台车施工，通风断面大，节约了掌子面通风、排烟时间，提高施工 效率。

11.2  工程实例二

11.2.1  工程概况

新建云桂铁路云南段站前工程Ⅰ标富宁隧道位于云南省文山州富宁县境内，全长13625m。富宁隧道进口施工里程为D4K339+026～D4K341+364，长2388m。

11.2.2  工程施工情况 

无门架新型隧道衬砌模板台车在富宁隧道进口段正洞采用。其施作里程为：D4K339+026～D4K339+391.8；开始时间为：2010年11月26日，共施工了衬砌 31 组（共365.8m），施工作业人员减少4人。

经检测，衬砌平整度均控制在2mm以内，相邻两组错台均控制在5mm以内，衬砌断面净 空符合设计要求。

其通风效果为：粉尘浓度10%以上游离二氧化硅小于2mg/m3，较原门架式台车时减少6mg/m3。

11.2.3  应用效果

1）针对新建云桂铁路富宁隧道进口，采用无门架新型隧道模板台车施作二次衬砌施工，面对衬 砌断面大，衬砌困难，无门架新型隧道模板台车经受住了严酷的考验。未出现过二次衬砌施工质量 问题及模板台车安全事故。

2）采用无门架新型隧道模板台车施工衬砌，    比普通模板台车施工人员、机具设备投入相对较少，提高了经济效益。

3）采用无门架新型隧道模板台车施工，通风断面大，节约了掌子面通风、排烟时间，提高施工效率。

11.3  工程实例三

11.3.1  工程概况

新建贵广铁路同马山隧道起止里程DK172+100～DK186+029，全长  13929m，隧道内纵坡为人字坡。出口工区施工里程段DK180+668～ DK186+029，共5361m。

11.3.2  工程施工情况

2010 年 12 月 16 日～ 2011 年 11 月 30 日，同马山隧道出口采用无门架新型隧道衬砌模板台车施 工，其施作里程为：DK184+814～DK186+029，共施工了103 组隧道衬砌 ,共1215m。每组作业循环时间平均为：17h，作业人员减少4 人。

经检测，衬砌平整度均控制在2mm以内，相邻两组错台均控制在5mm以内，衬砌断面净空符合设计要求。

其通风效果检测：粉尘浓度10%以上游离二氧化硅小于2mg/m3，较原门架式台车时减少 6mg/m3。

11.3.3  应用效果 

通过无门架新型隧道模板台车的应用充分证明：无门架新型隧道模板台车施工工艺简单，操作方便，定位速度快，改善了隧道通风等特点。同时也实现了快速施工，减小了循环作业时间，文明环保，施工安全性提高，降低施工成本。

11.4  工程实例四

11.4.1  工程概况 

新建南广铁路五指山隧道起于广东省云浮市都杨镇，经过思劳镇降坑村，止于肇庆市大湾镇禄岸村。起止里程IDK352+048～ IDK364+256, 隧道全长12208m。

11.4.2 工程施工情况

2009年9月27日～2011年11月30日，五指山隧道出口采用无门架新型隧道衬砌模板台车施工，其施工里程为：DK362+848～DK364+256，共施工了隧道衬砌120组 , 共1408m。每组作业人员相对减少4人。

经检测，衬砌平整度均控制在2mm以内，相邻两组错台均控制在4mm以内，衬砌断面净空符合设计要求。

其通风效果检测：粉尘浓度10%以上游离二氧化硅小于2mg/m3，较原门架式 台车时减少6mg/m3。

11.4.3  应用效果

1）无门架新型隧道模板台车施工工艺简单，操作方便，定位速度快。

2）采用无门架新型隧道模板台车施工衬砌，比普通模板台车施工人员、机具设备投入相对较少， 提高了经济效益。

3）采用无门架新型隧道模板台车施工，通风断面大，大大改善隧道施工环境；隧道爆破后排烟 时间减少、减少了隧道施工循环时间，提高了经济效益。

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知识点：无门架新型隧道模板台车衬砌施工工法