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摘要：本文针对地铁区间施工存在的工艺落后、工装简陋、质量差、工效低、成本高等实际问题，介绍了地铁区间施工工艺改进和成套工装研发的思路、采取的技术措施和取得的成果，谨供同领域技术同行参考。

Abstract： This paper introduces the practical problems of subway section construction process improvement and complete craft equipment research and design idea， technical measures and achievements obtained in view of the problems in construction， such as， backward technology， poor craft equipment， poor quality， low work efficiency， high cost， and so on， to provide reference for technical peers.

关键词：地铁区间;防水板;混凝土;工装设备;研究

Key words： subway section;waterproof board;concrete;craft equipment;research

中图分类号：U231+.3                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）09-0121-03

1  概述

石家庄市是河北省会城市，市域机动车保有量剧增，交通压力日甚，为缓解日益增长的交通压力，石家庄地铁1号线一期及3号线一期首开线路（长30.3km，车站25座）于2013年3月首先开工建设，并于2017年6月开通运营。石家庄市成为河北省第一座、华北地区第三座拥有地铁的城市，也是全国第一座初始开通两条线路的城市。按照国家批准的建设规划，将陆续完成地铁1-6号线建设，以缓解日益增长的市区交通压力。

2  地铁区间施工存在的问题

①拱顶及边墙防水板挂设施工，采用站在作业台车上，自拱顶向两侧人工托举挂设方式，存在用工量大、工效低、劳动强度大等问题。

②由于隧道内场地狭窄，只能安排单机单窗作业，台车两侧混凝土入仓高度不一致，台车横向偏移，导致出现衬砌厚度和中线误差;为预防混凝土堵塞泵管，采用混凝土泵送工艺时，混凝土的水灰比大、流动性好，混凝土单窗入模后流动距离较远，易出现混凝土浆料分离，混凝土的均匀性较差。

③在拱顶掘进超挖、端模泵送混凝土入料口位置偏低、拱顶密闭空间内空气压缩后造成灌注阻力大及混凝土经振捣下坠等因素的综合作用下，二衬混凝土拱顶部位易出现脱空。虽然设计考虑在二衬混凝土达到一定强度后采用压浆工艺对拱顶脱空进行填充处理，但水泥浆凝固后远远低于混凝土设计强度。

④由于隧道二衬施工技术的快速发展，衬砌台车+泵送混凝土工艺的应用，机械化程度的大幅提升，衬砌施工循环周期缩短，导致二衬混凝土带模养护效应大幅削弱。同时随着高速铁路的发展，高性能混凝土的应用对混凝土的质量提出了更高的要求。加之施工人員的惯性思维，忽视了二衬混凝土养护的重要性，导致现有的混凝土养护措施不力，衬砌混凝土逊强、表面开裂、脱皮掉块等质量问题频发。

3  拱顶及边墙防水板挂设改进

自20世纪80年代开始，随着防水卷材技术的发展，隧道设计逐步采用了全包式防水技术，即沿着隧道断面轮廓，在初期支护与二次衬砌之间设置一层塑料防水层，达到防止地层内地下水向隧道内渗漏的目的。

目前，拱顶及边墙防水板挂设施工，采用站在作业台车上，自拱顶向两侧人工托举挂设方式，存在用工量大、工效低、劳动强度大等问题。

本文从防水板挂设台车研究入手，对挂设防水板工艺及工装台车进行改进。

3.1 装置组成

台车装置主要由移动支架、电动葫芦、电动葫芦走行梁、限位槽形轨道、限位轮、作业台、作业台液压升降板、作业台折叠踏板、卷材储放托辊、防水板挂设抚平托辊等组成。见图1。

3.2 工艺步骤

①将作业台6降至一侧底梁5上，适当抬升作业踏板9后，将整卷的卷材（无纺布或防水板）14-1置于卷材托辊15上，并将卷材14牵出，作业踏板9回位，将卷材14跨过抚平托辊11后固定在隧道边墙21底部;

②将翻转作业踏板9-1翻转至隧道边墙21侧增加有效宽度;适当抬高作业台6至下一作业高度;利用后方抚平托辊11支撑卷材14形成人工作业空间;利用前方抚平托辊11将卷材14抚平后，将抚平托辊11的伸缩顶杆12的根部插入凹形齿盘13的齿槽内将卷材14顶紧在隧道侧壁21上，人工将卷材14固定牢固;

③反复实施步骤②。自下而上逐渐向隧道拱顶20挂设卷材14，直至电动葫芦8达到提升极限;

④将作业台6的走行轮7落在限位槽道5内，适当抬升剪式液压升降机10至合适高度;调节后方抚平托辊11的角度和长度，继续挂设卷材14至隧道拱顶20中心位置;

⑤操作人员180°转身后，自上而下按之前步骤逆向操作，直至完成拱顶20及另一侧隧道侧墙21卷材14的挂设;

⑥借助作业台6的高度，适时完成防水板幅与幅之间的焊接;检查破损并进行必要的修补。

3.3 应用效果

采用本技术进行隧道拱顶和侧墙部位防水板或无纺布的挂设作业，替代了原始的人工作业模式。具有作业高度无盲区、省工省力、工效高等特点，有利于隧道防水板挂设的标准化作业，提高施工质量。该技术已向国家知识产权局申请发明专利（2018 1 0812676.9）。

4  多点平衡布料分流技术改进

近年来，公开了混凝土浇注分流技术，也逐渐在工程中得到应用。但现有的隧道二衬混凝土分流技术，大多采用1分2、2分4、4分8的方式，或纵横向分流混为一体，层次不清，隧道台车内有限高度利用不合理，往往造成较高位置混凝土入仓前坡度较小，甚至需人工辅助入仓，费工费时，劳动强度大。

本文从混凝土分流装置研究入手，对其进行改进。

4.1 平衡布料分流装置的组成

该装置改进后由横向分流器和纵向分流器组成，具体为料仓、横向分流管、纵向分流集料槽、引流槽等组成，见图2、图3、图4。

4.2 基本原理

直接采用1分4，4分8的方法，降低混凝土分流的高度损失，为混凝土自流入模提供条件。

①利用横向分流器料仓单点承接泵送混凝土，并向纵向分流器均匀多点分配混凝土，一次性完成混凝土的横向分流，节省高度损失，为混凝土纵向分配创造条件;

②利用纵向分流器接料槽承接混凝土，并分次向不同高度的各个浇注窗口分配混凝土，实现自流平衡浇注入仓;

③利用横向分流阀控制混凝土横向分流的均衡性;

④利用纵向分流阀控制各浇注窗口混凝土入模速度的均匀性;

⑤利用法兰将纵向分流器竖向连接，实现多层浇注;

⑥利用截止阀控制混凝土浇注的层位。

4.3 应用效果

隧道二衬混凝土分流技术实现了隧道二衬混凝土浇注多点平衡布料，克服了单点布料导致的台车偏移和混凝土均匀性差的难题。但受隧道二衬台车内有限高度的限制，混凝土入模前分流管路坡度小、阻力大，浇筑至高位窗口时，入模困难，需人工辅助。改进后的“二衬混凝土浇筑多点平衡布料装置”将横向分流与纵向分流功能单独设置，减少了分流步骤，从而在隧道二衬台车有限高度内加大了高位窗口分流管道坡度，利用混凝土自重实现了自流入模，简化了人工辅助入模工序。

5  地铁暗挖区间二衬混凝土养护技术改进

养护是混凝土施工的重要工序之一，目前，常用的有洒水覆盖、养护剂喷涂和蒸汽养生等方法。蒸汽养生是同时为混凝土构件提供高湿度和较高温度的环境，在保证了混凝土充分水化，保证了混凝土最终强度的同时，还加快了水化反应的速度，可在短时间内快速提高混凝土的强度。在隧道二衬混凝土施工中，蒸汽养生效果优于洒水养护、喷涂养护剂，受断面形状、施工环境的制约，在实际施工过程中更难实现。

本文针对地铁区间隧道二衬混凝土蒸汽养护工艺及装置进行改进。

5.1 隧道二衬混凝土蒸汽养护台车的组成

多功能隧道二衬混凝土蒸汽养护台车由台车骨架、走行系统、密闭壳体、配电系統、液压升降系统、蒸汽发生及管道系统、监测系统、操作系统等组成，见图5示意图。

5.2 基本技术原理

在研发“隧道二衬混凝土蒸汽养护台车”的基础上，利用密封技术在养护台车防水隔热密闭壳体与二衬结构之间形成密闭空腔，向密闭空腔内送入水蒸气，对二衬混凝土进行养护，达到快速提高混凝土强度的目的。

①利用型钢纵梁、横梁及立柱组合成台车骨架，提供足够的整体刚度;

②利用向底层纵梁内灌注混凝土，提高车架下部刚度，降低整体重心;

③利用隔热板+扁钢带组成具有一定柔性的与隧道断面相似的密闭壳体;

④分别利用两套并联液压管络对竖向千斤顶和横向千斤顶加压，实现各千斤顶行程不同条件下的推力均衡;

⑤利用竖向或水平千斤顶座，调整千斤顶的行程，实现千斤顶型号的统一;利用各千斤顶两端设置的单向铰，实现各千斤顶受力方向的微调;

⑥利用密闭壳体背后各千斤顶对应位置的限位支撑座，控制密闭壳体与隧道断面之间的间距;

⑦利用充气式气囊，封闭密闭壳体与隧道断面之间的空隙，形成完整的密闭空间;

⑧利用电热蒸汽发生器（蒸汽锅炉）、管道及蒸汽喷嘴，向封闭空间内送入蒸汽，对距地面1m以上的二衬混凝土实施蒸汽养护;

⑨利用悬挂式密封帘对地面以上1m范围内二衬侧墙混凝土实施封闭及蒸汽养护;

⑩利用轮轨系统控制台车的走行方向，利用螺旋式千斤顶调整台车高度。

5.3 应用效果

隧道二衬混凝土密闭养护技术，利用密封+蒸汽（或喷雾）养生手段，实现了隧道二衬拱顶和侧墙混凝土拆模后的及时养护，在短时间内迅速提高混凝土早期强度，在一定程度上对于软弱围岩地段二衬结构参与抑制围岩变形起到了积极作用，提高了二衬混凝土的施工质量。该技术已向国家知识产权局申请发明专利（发明专利申请号：2018 1 0385854.4）。

6  结语

通过反复试制、试验、改进研究成功的用于地铁区间施工的拱顶及边墙防水板挂设装置、隧道二衬多点平衡布料分流装置、移动式隧道二衬混凝土蒸汽养护方法及装置等工装设备，首次正式用于石家庄地铁3号线首开段施工，施工质量全部达标，工效提高2～3倍，节约搬运费、人工费等成本120余万元。该系列工装设备的研发成功，提高了我国地铁区间隧道施工综合水平。全面推广应用后，将创造更加良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]张凯.新型隧道智能化防水板与钢筋铺挂台车结构设计分析[J].工程建设与设计，2018（19）：118-119，124.

[2]李颖，李社斌，陈奇.防水板铺设台车在隧道施工中的应用[J].价值工程，2018，37（11）：131-132.

[3]唐建宏，康海波.自行式自动卷铺防水板挂布台车在隧道施工中的运用[J].建筑技术开发，2018，45（02）：55-57.

[4]蔺鑫磊，陈勇.高速公路隧道二次衬砌混凝土逐窗入模技术研究[J].施工技术，2018，47（17）：79-82.

[5]杜强.蒸汽养护台车在隧道二衬施工中的应用[J].建筑机械，2018（05）：78-80.

[6]徐国生.应用移动台架进行隧道二衬混凝土养护技术[J].国防交通工程与技术，2013，11（01）：54-55.