长大纵坡二衬砼施工设备及施工方法与流程

本发明涉及二衬砼施工设备及施工方法，具体涉及长大纵坡二衬砼施工设备及施工方法。

背景技术：

隧道的二衬一般指在隧道的初期支护里在做一环混凝土衬砌，“二衬”是坑道施工中的一个术语。在坑道开挖时沿着掌子面向前开进，而其后已挖成的坑道四面则需要加固。“二衬”即是指经加固后的坑道四周仍需继续二次加固来做的工作。

目前，一般隧道二衬采用由洞外向掌子面方向推进的方式施工，二衬施工方向与掌子面开挖方向相同，即顺作法施工，而大纵坡下坡斜井，采用顺坡混凝土浇筑时容易出现新老二衬接头顶部混凝土浇筑不密实等情况。

在使用顺作法施工二衬时，由于斜井坡度较大，二衬混凝土受自重作用易向下坡方向流动，出现与上版二衬接头顶部混凝土浇筑不密实情况，形成施工裂缝，对二衬混凝土强度及隧道整体稳定性造成影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种长大纵坡二衬砼施工设备及施工方法，解决大纵坡斜井二次衬砌施工时，由于受到较大纵坡坡度影响，二衬台车受自身重力等作用易出现台车下溜的问题，同时也解决了传统使用顺作法施工二衬时，由于斜井坡度较大，二衬混凝土受自重作用易向下坡方向流动，出现与上版二衬接头顶部混凝土浇筑不密实情况，形成施工裂缝，对二衬混凝土强度及隧道整体稳定性造成影响的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种长大纵坡二衬砼施工设备，包括钢轨、轨轮、钢模台车、牵引绳和卷扬机，钢模台车通过轨轮在钢轨上移动，卷扬机通过牵引绳拉动钢模台车，轨轮的两侧分别设置有外轮体和内轮体，其中外轮体位于钢轨的外侧，内轮体位于钢轨的内侧；

外轮体上开有第一螺钉孔，内轮体上开有第二螺钉孔，且第一螺钉孔与第二螺钉孔相互对齐设置，在钢轨的本体上以相同的长度间隔均匀开设有能分别与第一螺钉孔和第二螺钉孔对齐连通的连接通孔，其中有固定螺栓依次穿过第一螺钉孔、连接通孔和第二螺钉孔将钢模台车固定在钢轨上。

长大纵坡二衬砼施工方法，施工方法包括施工准备、施工测量、钢模台车就位、混凝土浇筑、拆模、隧道衬砌养护和衬砌背后压浆；

其中所述施工设备包括准备施工设备，所述施工设备包括钢轨、轨轮、钢模台车、牵引绳和卷扬机，钢模台车通过轨轮在钢轨上移动，卷扬机通过牵引绳拉动钢模台车，轨轮的两侧分别设置有外轮体和内轮体，其中外轮体位于钢轨的外侧，内轮体位于钢轨的内侧；

外轮体上开有第一螺钉孔，内轮体上开有第二螺钉孔，且第一螺钉孔与第二螺钉孔相互对齐设置，在钢轨的本体上以相同的长度间隔均匀开设有能分别与第一螺钉孔和第二螺钉孔对齐连通的连接通孔，其中有固定螺栓依次穿过第一螺钉孔、连接通孔和第二螺钉孔（9）将钢模台车固定在钢轨上；

混凝土浇筑的方法是：由隧道内掌子面方向的仰拱处开始，电机驱动轨轮带动钢模台车在钢轨上沿上坡方向移动，从而反向浇筑二衬混凝土，在浇注时卷扬机通过牵引绳控制钢模台车，防止钢模台车下溜，当二衬混凝土反向浇筑到与前段浇注完毕的二衬混凝土相接时，再顺推钢模台车到掌子面方向的仰拱处倒打二衬，进行下一循环段二衬施工。

更进一步的技术方案是，上述的施工准备包括铺设防水板、铺设环纵向盲沟、中线水平放样和铺设钢轨。

更进一步的技术方案是，上述的施工测量是指钢模台车就位前，放样隧道中心线和衬砌台车钢轨线，使钢模台车就位误差小于10mm，并在小边墙上定出钢模台车就位标高及就位边线，用红油漆标识，以便钢模台车按照标高和边线就位。

更进一步的技术方案是，上述的混凝土浇筑包括混凝土的灌注和混凝土的振捣，其中混凝土通过混凝土输送泵进行灌注，而在进行拱顶部分的混凝土灌注时，使用高流动性混凝土，并以向上灌注的方式进行灌注；

混凝土的振捣采用附着式振捣器和人工插入式振捣棒相配合，钢模台车加工时在起拱线以下、起拱线、起拱线以上留出捣固窗口，混凝土施工时捣固人员在窗口用插入式振捣器捣固，将混凝土捣固密实。

更进一步的技术方案是，上述的在所述混凝土灌注前，要清除钢模台车上的模板内有损混凝土品质的杂物体。

更进一步的技术方案是，上述的拆模是指当浇筑后的混凝土达到设计强度的70%以上时，拆除钢模台车上的模板；

隧道衬砌养护是指采用高压水冲洗湿润的方法，保持混凝土的表面湿润，其中保养期限为8～12天。

更进一步的技术方案是，上述的衬砌背后压浆是指隧道衬砌施工完成并使衬砌后混凝土的强度大于80%后，进行衬砌砼背后回填注浆。

更进一步的技术方案是，上述的当斜井掌子面掘进过快，二衬混凝土浇筑跟进不上，导致隧道安全步距的长度超过标准时，则采用二衬混凝土跳衬法在掌子面安全步距的范围内，先进行分段浇注二衬混凝土，等跟进上斜井掌子面掘进进程时，再使用二衬混凝土逆作法将之前分段浇注的二衬混凝土连接起来。

在本技术方案中，隧道安全步距是指隧道仰拱到掌子面的距离，或隧道二次衬砌到掌子面的距离，其中ⅳ级围岩、ⅴ级围岩、ⅵ级围岩的仰拱距掌子面不大于35m，ⅲ级围岩的仰拱距掌子面距离不超过90m；二次衬砌距掌子面距离：ⅰ级围岩和ⅱ级围岩不超过200m，ⅲ级围岩不超过120m，ⅳ级围岩不超过90m，ⅴ级围岩和ⅵ级围岩不超过70米，这样能保证施工安全，并便于施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过逆作法施工二衬，混凝土浇筑时混凝土受自重作用向下坡方向流动，可增加二衬接头处混凝土密实度，保证混凝土浇筑质量，同时通过逆作法施工时，旧浇注完的二衬在新浇注完的二衬下坡方向，可对模板台车起到支撑作用，防止台车下溜，保证二衬施工安全。

2、本发明通过各装置能有效解决大纵坡斜井台车下溜问题。

附图说明

图1为本发明长大纵坡二衬砼施工方法的步骤示意图。

图2为本发明钢模台车、轨道行进装置和牵引装置的结构示意图。

图3为本发明轨轮与钢轨的结构示意剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图2和3所示，一种长大纵坡二衬砼施工用设备，包括钢轨1、轨轮2、钢模台车3、牵引绳4和卷扬机5，钢模台车3通过轨轮2在钢轨1上移动，卷扬机5通过牵引绳4拉动钢模台车3，轨轮2的两侧分别设置有外轮体6和内轮体7，其中外轮体6位于钢轨1的外侧，内轮体7位于钢轨1的内侧；外轮体6上开有第一螺钉孔8，内轮体7上开有第二螺钉孔9，且第一螺钉孔8与第二螺钉孔9相互对齐设置，在钢轨1的本体上以相同的长度间隔均匀开设有能分别与第一螺钉孔8和第二螺钉孔9对齐连通的连接通孔10，其中有固定螺栓依次穿过第一螺钉孔8、连接通孔10和第二螺钉孔9将钢模台车3固定在钢轨1上，在本实施例中，由于钢模台车3位于长大纵坡，虽然通过卷扬机5的钢索进行拉拽，但在运行过程中依旧存在不稳定的因素，通过在轨轮2两侧设置外轮体6和内轮体7，在钢模台车3运行过程中也能通过外轮体6和内轮体7与钢轨1的间隙距离判断台车运行的偏移程度，同时当钢模台车3固定后通过第一螺钉孔8和第二螺钉孔9与钢轨1上的连接通孔10对齐，并通过固定螺栓固定连接，这样不仅稳固的台车，减小了卷扬机5的压力，也使得在浇筑时，钢模台车3更稳定的安装在钢轨1上。

实施例2

如图1和2所示，长大纵坡二衬砼施工方法，其步骤包括如下：

步骤1、施工准备：在二次混凝土衬砌前，必须进行如下工作，

（1）将隧道初期支护时侵入二次衬砌设计范围内的锚杆头、小导管头等影响防水板铺设的杂物清除干净，并喷射混凝土找平；

（2）安装施工设备，并将钢模台车3拼装完成，检查好模板的刚度、液压系统、模板表面平整度、模板接缝错台情况处理等各项指标，并刷好脱模剂；

（3）做好预埋件和预埋孔洞的里程位置的详细图，加工好预埋孔洞的模板，保证预埋位置准确；

（4）浇筑混凝土前将基底表面的积水、岩屑、泥浆等松散物清除干净；

（5）在二次衬砌施工前先施作隧道仰拱混凝土及回填，再铺设枕木和钢轨1，检查钢轨1标高和钢轨1距中线的距离保证台车就位准确和接头的平整度，从而保证每组衬砌接头的平整度；

（6）施工环向排水管、排水盲沟、挂好土工布和防水板，然后进行检验。

步骤2、施工测量：钢模台车3就位前，放样隧道中心线和钢模台车3钢轨1线，使钢模台车3就位误差小于8mm，并在小边墙上定出钢模台车3就位标高及就位边线，用红油漆标识，以便钢模台车3按照标高和边线就位。

步骤3、钢模台车3就位：二次衬砌采用整体式液压钢模板钢模台车3，钢模台车3两端头挡头模板采用木模，钢筋混凝土衬砌段挡头木模上钻孔穿设衬砌纵向连接有钢筋，以利于下板衬砌纵向钢筋连接。

步骤4、混凝土浇筑：混凝土浇筑包括混凝土的灌注和混凝土的振捣，其中混凝土通过混凝土输送泵进行灌注，而在进行拱顶部分的混凝土灌注时，使用高流动性混凝土，并以向上灌注的方式进行灌注，混凝土的振捣采用附着式振捣器和人工插入式振捣棒相配合，钢模台车3加工时在起拱线以下、起拱线、起拱线以上留出捣固窗口，混凝土施工时捣固人员在窗口用插入式振捣器捣固，将混凝土捣固密实；

同时在混凝土浇筑时，由隧道内掌子面方向的仰拱处开始，沿上坡方向推进钢模台车3并浇筑二衬混凝土，当二衬混凝土反向浇筑到与前段浇注完毕的二衬混凝土相接时，再顺推台车到掌子面方向的仰拱处倒打二衬，进行下一循环段二衬施工，依次类推实现整个隧道的二衬混凝土浇注。

步骤5、拆模：当浇筑后的混凝土达到设计强度的70%以上时，拆除模板。

步骤6、隧道衬砌养护：采用高压水冲洗湿润的方法，保持混凝土的表面湿润，其中保养期限为12天。

步骤7、衬砌背后压浆：隧道衬砌施工完成并使衬砌后混凝土的强度大于80%后，进行衬砌砼背后回填注浆，其中，在注浆时，纵向注浆管的孔径φ20，采用聚乙烯管，其设于拱顶模筑衬砌外缘、防水板内侧，而在防水板敷设完成后，采用胶粘于防水板内侧，结合施工缝布置，注浆管每3m设一处，两端分别与预设的φ20镀锌钢管注浆口连接，镀锌钢管注浆口应突出衬砌内缘3～5cm，以便于连接，注浆材料采用1：1水泥浆，回填注浆压力采用0.05～0.1mpa,终压0.2mpa，衬砌后用探地雷达等手段检测出的局部空洞部位，钻注浆孔，进行个别压浆。

实施例3

如图1和2所示，长大纵坡二衬砼施工方法，其步骤包括如下：

步骤1、施工准备：在二次混凝土衬砌前，必须进行如下工作，

（1）将隧道初期支护时侵入二次衬砌设计范围内的锚杆头、小导管头等影响防水板铺设的杂物清除干净，并喷射混凝土找平；

（2）安装施工设备，并将钢模台车3拼装完成，检查好模板的刚度、液压系统、模板表面平整度、模板接缝错台情况处理等各项指标，并刷好脱模剂；

（3）做好预埋件和预埋孔洞的里程位置的详细图，加工好预埋孔洞的模板，保证预埋位置准确；

（4）浇筑混凝土前将基底表面的积水、岩屑、泥浆等松散物清除干净；

（5）在二次衬砌施工前先施作隧道仰拱混凝土及回填，再铺设枕木和钢轨1，检查钢轨1标高和钢轨1距中线的距离保证台车就位准确和接头的平整度，从而保证每组衬砌接头的平整度；

（6）施工环向排水管、排水盲沟、挂好土工布和防水板，然后进行检验。

步骤2、施工测量：钢模台车3就位前，放样隧道中心线和钢模台车3钢轨1线，使钢模台车3就位误差小于10mm，并在小边墙上定出钢模台车3就位标高及就位边线，用红油漆标识，以便钢模台车3按照标高和边线就位。

步骤3、钢模台车3就位：二次衬砌采用整体式液压钢模板钢模台车3，钢模台车3两端头挡头模板采用木模，钢筋混凝土衬砌段挡头木模上钻孔穿设衬砌纵向连接有钢筋，以利于下板衬砌纵向钢筋连接。

步骤4、混凝土浇筑：混凝土浇筑包括混凝土的灌注和混凝土的振捣，其中混凝土通过混凝土输送泵进行灌注，而在进行拱顶部分的混凝土灌注时，使用高流动性混凝土，并以向上灌注的方式进行灌注，混凝土的振捣采用附着式振捣器和人工插入式振捣棒相配合，钢模台车3加工时在起拱线以下、起拱线、起拱线以上留出捣固窗口，混凝土施工时捣固人员在窗口用插入式振捣器捣固，将混凝土捣固密实；

同时在混凝土浇筑时，由隧道内掌子面方向的仰拱处开始，沿上坡方向推进钢模台车3并浇筑二衬混凝土，当二衬混凝土反向浇筑到与前段浇注完毕的二衬混凝土相接时，再顺推台车到掌子面方向的仰拱处倒打二衬，进行下一循环段二衬施工，依次类推实现整个隧道的二衬混凝土浇注。

步骤5、拆模：当浇筑后的混凝土达到设计强度的70%以上时，拆除模板。

步骤6、隧道衬砌养护：采用高压水冲洗湿润的方法，保持混凝土的表面湿润，其中保养期限为10天。

步骤7、衬砌背后压浆：隧道衬砌施工完成并使衬砌后混凝土的强度大于80%后，进行衬砌砼背后回填注浆，其中，在注浆时，纵向注浆管的孔径φ20，采用聚乙烯管，其设于拱顶模筑衬砌外缘、防水板内侧，而在防水板敷设完成后，采用胶粘于防水板内侧，结合施工缝布置，注浆管每3m设一处，两端分别与预设的φ20镀锌钢管注浆口连接，镀锌钢管注浆口应突出衬砌内缘3～5cm，以便于连接，注浆材料采用1：1水泥浆，回填注浆压力采用0.05～0.1mpa,终压0.2mpa，衬砌后用探地雷达等手段检测出的局部空洞部位，钻注浆孔，进行个别压浆。

实施例4

如图1和2所示，长大纵坡二衬砼施工方法，其步骤包括如下：

步骤1、施工准备：在二次混凝土衬砌前，必须进行如下工作，

（1）将隧道初期支护时侵入二次衬砌设计范围内的锚杆头、小导管头等影响防水板铺设的杂物清除干净，并喷射混凝土找平；

（2）安装施工设备，并将钢模台车3拼装完成，检查好模板的刚度、液压系统、模板表面平整度、模板接缝错台情况处理等各项指标，并刷好脱模剂；

（3）做好预埋件和预埋孔洞的里程位置的详细图，加工好预埋孔洞的模板，保证预埋位置准确；

（4）浇筑混凝土前将基底表面的积水、岩屑、泥浆等松散物清除干净；

（5）在二次衬砌施工前先施作隧道仰拱混凝土及回填，再铺设枕木和钢轨1，检查钢轨1标高和钢轨1距中线的距离保证台车就位准确和接头的平整度，从而保证每组衬砌接头的平整度；

（6）施工环向排水管、排水盲沟、挂好土工布和防水板，然后进行检验。

步骤2、施工测量：钢模台车3就位前，放样隧道中心线和钢模台车3钢轨1线，使钢模台车3就位误差小于10mm，并在小边墙上定出钢模台车3就位标高及就位边线，用红油漆标识，以便钢模台车3按照标高和边线就位。

步骤3、钢模台车3就位：二次衬砌采用整体式液压钢模板钢模台车3，钢模台车3两端头挡头模板采用木模，钢筋混凝土衬砌段挡头木模上钻孔穿设衬砌纵向连接有钢筋，以利于下板衬砌纵向钢筋连接。

步骤4、混凝土浇筑：混凝土浇筑包括混凝土的灌注和混凝土的振捣，其中混凝土通过混凝土输送泵进行灌注，而在进行拱顶部分的混凝土灌注时，使用高流动性混凝土，并以向上灌注的方式进行灌注，混凝土的振捣采用附着式振捣器和人工插入式振捣棒相配合，钢模台车3加工时在起拱线以下、起拱线、起拱线以上留出捣固窗口，混凝土施工时捣固人员在窗口用插入式振捣器捣固，将混凝土捣固密实；

同时在混凝土浇筑时，由隧道内掌子面方向的仰拱处开始，沿上坡方向推进钢模台车3并浇筑二衬混凝土，当二衬混凝土反向浇筑到与前段浇注完毕的二衬混凝土相接时，再顺推台车到掌子面方向的仰拱处倒打二衬，进行下一循环段二衬施工，依次类推实现整个隧道的二衬混凝土浇注。

步骤5、拆模：当浇筑后的混凝土达到设计强度的70%以上时，拆除模板。

步骤6、隧道衬砌养护：采用高压水冲洗湿润的方法，保持混凝土的表面湿润，其中保养期限为8天。

步骤7、衬砌背后压浆：隧道衬砌施工完成并使衬砌后混凝土的强度大于80%后，进行衬砌砼背后回填注浆，其中，在注浆时，纵向注浆管的孔径φ20，采用聚乙烯管，其设于拱顶模筑衬砌外缘、防水板内侧，而在防水板敷设完成后，采用胶粘于防水板内侧，结合施工缝布置，注浆管每3m设一处，两端分别与预设的φ20镀锌钢管注浆口连接，镀锌钢管注浆口应突出衬砌内缘3～5cm，以便于连接，注浆材料采用1：1水泥浆，回填注浆压力采用0.05～0.1mpa,终压0.2mpa，衬砌后用探地雷达等手段检测出的局部空洞部位，钻注浆孔，进行个别压浆。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。