铁路隧道仰拱背模施工工法

中铁十七局集团四公司云桂铁路项目

潘建刚

1.前言

在当前隧道施工中，常因没有理想的配套设备和施工工艺，仰拱施工的质量和进度难以保障，成本也较高。进而影响了防水系统、二衬等后继工序的结构衔接质量和进度，隧道仰拱施工成为制约隧道快速施工的控制性工序。为了加快隧道仰拱及填充混凝土施工进度，保证安全、提高质量，降低工程成本，改善文明施工形象，中铁十七局云桂铁路云南段项目经理部进行研究，设计开发出隧道仰拱配套设备，通过现场实践、总结形成本工法。

2.工法特点

2.1．施工工艺完善、简便，可操作性强。

2.2．每板仰拱采用定型钢模板能保证中埋式止水带位置准确、线形顺畅，仰拱顶部采用自制顶模板能保证线形顺畅，施工质量能够得到很好的控制，满足设计及验收标准的要求。

2.3．加快了施工进度，提高了结构的整体性，使仰拱混凝土分段连续浇筑，一次成型不留纵向施工缝。

2.4．仰拱的混凝土振捣密室及仰拱线形符合设计要求，能够满足隧道的整体结构功能要求。

3.适用范围

本工法适用于隧道仰拱衬砌整幅施工作业。

4.工艺原理

利用纵向工字钢作为固定模板的支架，组合弧形钢模板之间通过螺栓连接拼装成一个整体结构。在浇筑混凝土前，由挖掘机吊装弧形钢模板，人工进行调整模板至设计位置。仰拱底部中线两侧部位仰拱弧度平缓，施工中通过减小混凝土的坍落度，并适当降低仰拱底部混凝土的浇筑速度来控制仰拱的成型。仰拱与边墙侧的混凝土采用仰拱背模来形成模板的线性，并且能够保证仰拱混凝土的振捣质量。仰供混凝土浇筑完毕强度达到要求后，再浇筑仰拱填充混凝土。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1.仰拱背模施工工艺流程 见图1 5.2.操作要点 5.2.1.施工准备

仰拱二次衬砌施工之需做好充分的施工准备工作，主要有以下几点：

5.2.1.1.设备物资方面。仰拱弧形钢模加工并验收合格，仰拱简易栈桥已到位，钢筋加工设备能满足施工要求，拌和站、混凝土运输设备完好，能满足混凝土供应，隧道结构所用止水带等材料充足并已检验合格。

5.2.1.2.现场准备。满足仰拱二次衬砌施工的作业面，现场风、水、电设施已配置完善，满足施工需求。施工仰拱二次衬砌地段的隧底开挖初期支护按照设计已施工完毕。

5.2.1.3.技术准备。仰拱二次衬砌施工技术交底已审批签字，并对施工作业人员进行技术交底和施工安全培训。 5.2.2.架设仰拱栈桥

考虑洞内施工中设备配套情况，每幅栈桥采用两片分离式，每片重约10t，使一台挖机可完成栈桥的移动。

5.2.3.清理仰拱底部杂物

在仰拱栈桥架设就位后，对仰拱底部的浮渣进行清理并检查是否存在超欠，对少量欠挖部分采用人工凿除，超挖部分采用同标号混凝土进行找平，并保证符合设计要求。

5.2.4.测量放线

采用全站仪和水准仪利用洞内布置的导线网定出仰拱边线和中心线，利用水准仪定出中线及标高，已中线和设计边线定出仰拱轮廓线，这样有利于下步仰拱钢筋的定位。

5.2.5.绑扎仰拱钢筋（有筋段）

仰拱钢筋采用简易钢筋弯曲胎具先对主筋进行预弯，再运进仰拱内进行绑扎。仰拱钢筋按照仰拱底层钢筋位置进行划线绑扎，如绑扎过程中钢筋冲突宜采用分布筋让主筋、细筋让粗筋的方式进

行调置。

5.2.6.拼装仰拱端头模板及弧形钢模

仰拱专门加工了端模，仰拱顶面上弧部分加工了背模及支架。端头模板使用组合弧形钢模板，采用纵向工字钢作为固定模板的支架，组合弧形钢模板之间通过螺栓连接拼装成一个整体结构。在浇筑混凝土前，由挖掘机吊装弧形钢模板，人工进行调整模板至设计位置。

5.2.7.浇筑浇注仰拱混凝土

本隧道仰拱为C35，浇筑砼前必须检查是否按设计要求预留管道或施工缝处预埋接茬筋等。砼的质量由实验室和拌合站共同负责，保证砼浇筑的连续性并保证砼的质量符合设计规范要求，浇筑砼前必须检查是否按设计要求预留管道或施工缝处预埋接茬筋等。

5.2.7.进入下道工序

在仰拱混凝土终凝后，由挖掘机将弧形钢模板调离，进入下道工序。

施工准备架设仰拱栈桥清理仰拱底部杂物合格测量放线不合格初期支护施做合格隐蔽工程检查不合格绑扎仰拱钢筋（有筋段）合格隐蔽工程检查不合格拼装仰拱端头模板及弧形钢模合格隐蔽工程检查不合格浇筑仰拱混凝土养护浇筑仰拱填充混凝土达到2.5MPa后拆模并养护下道工序图2 施工工艺流程

6.材料与设备

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6.1．材料：主要有I14工字钢11.6m，5*5角铁16.2m、模板采用3cm钢板8.66m（上述材料6米整幅仰拱所需材料）。

6.2．主要机械设备配置见表1

表1 主要机械设备配备表 序号 1 2 3 4 5 机械名称 12m仰拱栈桥 挖掘机 砼搅拌运输车 自卸汽车 插入式振捣器 型 号 自制 PC240 斯太尔王8m 东风12 m NH50 33单位 套 台 台 台 台 数量 1 1 3 3 3 备 注 出渣、移动栈桥等 7.质量控制 7.1. 工程质量控制标准

《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设【2010】241号 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753-2010

《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设【2010】241号 7.2.质量控制措施

7.2.1.模板安装由拉线控制。模板结构尺寸应控制准确，施工中应注意检查加固模板，防止跑模、漏浆，确保误差控制在允许范围内。

7.2.2.必须对模板进行清洁并均匀涂抹专用脱模剂。

7.2.3.浇筑结构前，严格落实“自检、互检、交检”三检制度，确保结构尺寸、预埋件设置等准确无误。

7.2.4.混凝土采用混凝土罐车运输。行走时混凝土罐车以2～4 r/min的转速搅动，要在入模前现场进行混凝土坍落度测定，坍落度宜控制在100～140mm。

7.2.5.浇筑仰拱混凝土时，罐车内混凝土通过溜槽下料。

7.2.6.保证混凝土原材料质量，同时严格按照施工配合比拌制混凝土，加强施工过程中混凝土的捣固和分层浇筑的厚度控制。

7.2.7.仰拱、仰拱填充均属非承重模板，混凝土强度达到2.5 MPa后即可进行脱模，脱模时应注意不要损伤混凝土棱角。仰拱弧形钢模板采用挖掘机拆除，拆除时注意不要损伤模板，模板拆除后要堆码整齐，做好防护，防止车辆碾压。

7.2.8.浇筑混凝土先中间逐步向两侧延伸。采用插入式振捣棒振捣，灌注速度不宜太快，要防止混凝土爆模，同时振捣时防止模板上浮，支架要牢固。

7.2.9.仰拱混凝土施工完毕后，应注意混凝土棱角的保护，严禁破坏成品混凝土。

8.安全措施

施工中，严格遵照隧道或地下工程相关规范、规程关于安全方面的规定，确保施工安全。同时，重点注意以下几点：

8.1.所有人员必须经过培训，考核合格后才准上岗。 8.2.定人定岗，严格按照设备操作规程实施。 8.3.定期对设备保养、维护。

8.4.由于隧道内空间狭窄、作业面小、运输量大、车辆频繁通过栈桥，为保证安全，施工过程要有专人来指挥，并设置安全警示标志。

9.环保措施

施工中严格遵守国家和地方有关环境保护的法律、法规和规章制度，加强对材料、设备、废水、弃渣的管理和处置，发现问题及时整改。

10.效益分析

采用仰拱背模整体模板，模架刚度好。与传统工艺相比较，解决了小块模板施工存在着板缝多，

错台易超限，线条不直等缺陷，使仰拱混凝土达到了内实外美的效果。在隧道混凝土实体检测中多次发现与采用传统工艺施工的仰拱混凝体质量密实度、强度度高。

本功法自2011年7月起在新建云桂铁路云南段5标隧道仰拱施工中采用，累计完成仰拱施工2236.3m，缩短工期83.2d，节约成本约41.63万，经济效益良好。

11.应用实例

新建云桂铁路云南段5标地跨云南省丘北、砚山两县，全长59.219km。仰拱背模施工工法首次在新建云桂铁路云南段5标六郎隧道进行实施，六郎隧道全长14090m，起讫里程为：DK573+809～DK587+897。围岩以Ⅲ级为主，少量Ⅳ级、Ⅴ级。隧道净空R=641cm，仰拱两边为弧长l=240cm，半径R=225cm的圆弧，中部为弧长l=950cm，半径R=1477cm的圆弧。本隧道设计为双线隧道，开挖宽

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度14.8m，开挖高度12.2 m，开挖面积143.57vm。隧道施工断面大，结构受力较为复杂，尤以隧道底部最为复杂，边墙底与仰拱连接处应力较集中，对隧道衬砌的安全性、耐久性和防水性要求更高。

应用本工法后，经现场检验，施工快捷，作业面整洁、结构美观，从质量、工期、成本、文明施工等方面均取得了良好效果。

本工法在云桂铁路六郎隧道的使用，得到了云桂公司和集团公司相关领导的充分肯定。2011年7月16日云桂公司组织全线施工单位在六郎隧道进口进行现场观摩学习及总结推广。