隧道新型二衬钢木组合挡头模板设计与施工技术

冀卫青

中铁二十局集团第五工程有限公司，云南 昆明 650200

[摘要] 传统二衬挡头模板采用纯木模封堵、钢管加固，需将中埋止水带弯折固定在木模上，无法保证中埋止水带对称居中且混凝土浇筑完成后止水带经常完全外露，导致防水效果失效，产生极大质量隐患。本施工技术对传统木模挡头和加固体系进行了改进，将挡头模板以中埋止水带为界一分为二，内外模均采用钢板加工、肋板加强、高强螺栓配合合页固定，内外模间夹设中埋止水带并设U型卡，外模与防水层之间凹凸不平部分采用木板封堵填缝。这种组合模板整体刚度大，封模、加固简单，材料循环利用，12 米二衬可一次性快速完成封模浇筑，有效避免了环向施工缝多、环向施工缝变形错台、中埋止水带居中不对称或失效等缺陷，提高二衬施工质量、加快二衬施工进度，满足了隧道施工各工序安全步距的要求。

[关键词] 隧道；二次衬砌；新型钢木组合挡头模板；设计；施工技术

Design and construction technology of new type of secondary lining of tunnel with steel-wood composite head plate

Ji Weiqing

(China Railway 20th Bureau Group 5th Engineering Co .Ltd ，Kunming YunNan 650200 ，China)

Abstract: Traditional second lining block head template USES the pure wooden block, steel reinforcement, to be buried in the water stop bending fixed on the wood pattern, there is no guarantee that the buried water-stop symmetry center and after completion of concrete pouring water stop completely exposed, often lead to failure, waterproof effect have great quality hidden trouble. The construction technology of the traditional wooden block head and reinforcing system was improved, buried in block head template to check hose is bounded in two, inner and outer mold adopts steel plate processing, floor to strengthen, high-strength bolt with fixed hinge, sandwiched between inside and outside the die set bailey and u-shaped card, buried in the outside and the waterproof layer between uneven part adopts wood block caulking. This combination template overall stiffness big, sealing mode, simple reinforcement, material recycling, 12 meters of second lining can be one-time completed quickly die casting, effectively avoid the circular construction joint, circular construction joint deformation more wrong bailey center platform, buried in the asymmetric or failure, improve the quality of secondary lining construction, speed up the second lining construction progress, meet the requirements of the tunnel construction safety in each process step.

Key words:

tunnel；secondary lining；New steel-wood composite block head template；design；construction technology

1 工程概况

西成客专是国家八纵八横高铁网络规划中“京昆通道”的重要组成部分，其中阜川隧道是西成客专的控制性工程，为高速铁路双线隧道，隧道净空9.183m,半径6.41m，断面大，施工精度要求高。隧道为岩溶不良地质，特殊岩土为膨胀土、膨胀岩，存在突泥涌水、断层破碎带，阜川隧道属Ⅰ级高风险隧道；因此，确保隧道二衬及防水施工质量，加快二衬施工进度，缩短二衬距掌子面距离，降低隧道施工风险成为本项目的重点难题，其中，二衬施工保证质量的同时加快施工进度来缩短二衬与掌子面的安全步距成为降低施工风险的重中之重。

2 施工技术特点

2.1 挡头模板由数块钢模板组合而成，每块模板由内模、外膜、合页、高强螺栓及木板组成。

2.2 内模与台车通过合页相连，高强螺栓加固，简化封模及拆模措施，台车移动时收起挡头模板，加快了二衬施工进度。

2.3 外模与内模通过合页相连，高强螺栓加固，中间夹设中埋止水带，确保中埋止水带对称居中，保证二衬施工质量。

2.4 U型卡支撑中埋止水带，避免混凝土挤压导致止水带变形扭曲，确保中埋止水带防水效果。

2.4 用木板补全挡头模与初支之间的空隙，确保挡头封堵密实不漏浆，满足不同围岩级别衬砌类型，大幅度提高适用性。

2.5 缩短作业时间的同时挡头材料循环利用，大大节约了施工成本。

3 新型二衬钢木组合挡头模板工艺原理及构造

3.1 工艺原理

新型二衬钢木组合挡头模板施工作为一种钢结构施工形式，混凝土流动荷载传递给钢木组合挡头模板，再由挡头模板传递给衬砌台车，形成一个完整的刚性受力系统，保证中埋止水带对称居中，挡头模板不跑模、不漏浆。

3.2 挡头模板的构造

挡头模板是数块钢模板组合而成，每块钢模板由内模、外膜、合页以及木板组成。如图1、图2所示。

图
1 组合挡头模板平面图

Fig.1 Composite block head template floor plan

图
2 组合挡头模板剖面图

Fig.2 Composite block head template profile

3.3 钢木组合模板内模

因二次衬砌为弧形断面，所以挡头模板需分成多块沿衬砌断面弧形布设。挡头模板面板采用39cm宽6mm厚钢板制作，台车面板界面内外分别留14cm、25cm，内侧与衬砌台车端部翼板合页相连，高强螺栓固定，外侧作为挡头面板来连接外模及夹设中埋止水带，一般中埋止水带为30cm宽，故设20cm宽连接板可满足需求。如图3所示；二衬混凝土浇筑时混凝土流动荷载对挡头模板冲击较大，所以增设肋板来增加模板整体刚度，保证混凝土连续浇筑不跑模变形。肋板及其余均为10mm钢板制作，肋板与面板满焊连接。加工参数见图4、图5。

图
3 内模实体图

F

ig.3 Internal model solid diagram

图4、内模加工图 图5、内模肋板加工图

Fig.4 Internal mold processing Figure Fig. 5 Machining drawing of inner die floor

3.4 钢木组合模板外模

外
模靠近初期支护及防水层，仍为弧形断面，面板宽度需吻合不平整的防水层以及不同衬砌类型的厚度需求。如图6所示，外模采用6mm厚14.5cm宽钢板制作，连接板与内模同宽为20cm。因内外模在台车拆模后移位时均需收起，所以外模与内模通过合页活动相连，内外模连接板中间夹设中埋止水带，高强螺栓固定，增加刚度的肋板及其余均为10mm钢板制作。加工参数见图7、图8。

图6 外模实体图

Fig.6 Outside the entity graph

图7 外模加工图 图8 外模肋板加工图

Fig.7 External die processing Fig.8 External formwork floor processing figure

3.5 中埋止水带U型卡

采用Φ6钢筋，长度60cm，中间弯折为U型即U型卡，中埋止水带置其内部，环向50cm间距布设来支撑中埋止水带，避免混凝土挤压导致止水带变形扭曲，确保中埋止水带防水效果。

3.6 钢木组合模板木模

因不同衬砌类型衬砌厚度不同，且初支表面平整度无法保证封模后不漏浆，所以外模需配合木模使用，木板来满足不同衬砌厚度及平整度差等问题，补全挡头模与初支之间的空隙，确保混凝土浇筑时不漏浆，保证了二衬施工质量。

3.7 挡头模板的安装

防水层施作完成，衬砌钢筋布设完成后，衬砌台车按照测量放样尺寸就位。衬砌台车就位后，测量人员和现场质检人员对就位后模板台车的中线和高程进行校正、检查，检查无误后，转动内外模合页至端模径向位置，高强螺栓加固，木模补缝即完成挡头模板的安装。

3.8 挡头模板的拆除

待衬砌混凝土达到拆模条件后，拆除内模及连接板处高强螺栓，转动挡头模至台车内侧完成挡头模板拆除。

4 施工工艺流程

施工工艺流如下：

台车就位→内侧挡头板安装→中埋止水带安装→安装外侧模板→木模安装→检查验收→混凝土浇筑→拆模

5 施工方法

5.1 新型二衬钢木组合模板的制作

5.1.1 新型二衬钢木组合模板内外模面板与肋板之间均采用满焊焊接，保证连接的可靠性和耐久性。

5.1.2 内模与台车翼板、内模与外模之间均采用合页铰接，高强螺栓固定，提高整体适用性。

5.1.3 面板根据设计图纸衬砌弧度切割设计弧度，焊接钢板做加强肋，保证面板刚度可靠，较长时间内不会发生变形。

5.2 新型二衬钢木组合模板的安装

5.2.1 测量放样，台车就位。

5.2.2 转动内模合页至端模位置，采用20*50mm高强螺栓连接加固。

5.2.3 转动外模合页至端模位置，中间夹设中埋止水带后，连接板处用20mm高强螺栓固定。

5.2.4 用预先加工厚度5cm的木板补全挡头模与初支之间的空隙，木模与外模采用铁丝固定。

5.2.5 安装好的挡头模进行检查验收，主要检查加固是否牢靠，是否存在松动，确保模板接缝严密，不得漏浆。

5.3 二衬混凝土浇筑

端模和止水带等验收合格后，浇筑二衬混凝土。浇筑过程中逐窗入料并振捣，确保混凝土浇筑质量。

5.4 模板的拆除

待衬砌混凝土达到拆模条件后，开始人工拆模。

5.4.1 拆除内外模连接板处的高强螺栓，转动外模离至中埋止水带外露；

5.4.2 拆除内模与台车翼板连接高强螺栓，整体转动至台车内侧。

5.4.3 拆除木板，整齐码放后完成挡头模板拆模。

5.4.4待下板二衬施工时衬砌台车移动至制定位置，合页铰接避免了挡头钢模的拆卸和搬运，大大节约了拆模时间。

6 施工质量要求

6.1 建立健全质量保证体系，做好技术交底和各工序、工位之间操作工人的培训工作，每道工序安排专人负责，技术人员要跟班作业。

6.2 落实安全生产责任制，将责任落实到人头。

6.2 混凝土的配合比设计、拌和、运输、浇注、养护除按规范要求的施工工艺、材料要求和质量标准规范施工外，还应该在监理工程师对混凝土原材料、配合比设计等各项混凝土性能参数的控制、认可、同意下进行施工。

7 效益分析

7.1 工期效益

隧道新型二衬钢木组合挡头模板工期效益见表1。

表1 工期效益计算表（h）

Table 1 Construction period benefit calculation table（h）

工序名称	传统纯木模	现有钢木组合模板
台车就位	2	2
挡头模板安装	6	2
二衬混凝土浇筑	14	8
等强时间	24	24
挡头模板拆除	4	1
台车等强及拆模时间	48	48
合计	98	85

采用传统纯木模施工约4d一循环，每天进度约3 m; 施工进度较慢，难以满足掌子面安全步距的要求，造成二衬安全步距超标。采用新型二衬钢木组合模板，可满足每月100m 的施工进度要求，并可达到隧道施工各工序安全步距的要求。

隧道全长3050m，独头掘进，共施做二衬260模。新型二衬钢木组合挡头模板相对传统纯木模可节省循环时间13h，采用传统纯木挡头模板施工实际工期需要35.38个月，采用整体式模板的话实际工期只需要30.69个月，缩短了4.68个月，可节约工期成本约918.4万元。

7.2 经济效益

阜川隧道全长3050m，根据二衬接触网接地里程，共施做二衬260模。

7.2.1 以人工分析其经济效益。采用传统纯木模施工，完成封堵需要6人，每人工资33.33元/工时，完成全部二衬封堵总共需20.8万元。采用钢木组合挡头施工，需要4人，每人工资33.33元/工时，完成全部二衬封堵总共需6.93万元。因此，使用钢木组合挡头施工完成全部二衬封堵可以节约13.87万元。

7.2.2 以材料分析其经济效益。采用传统纯木模施工，整个挡头全部由木板封堵。采用钢木组合挡头施工，只需将外模与初支之间的空隙由厚度为5cm的木板补全，因此可以节约木板数量为25.649*0.375*0.05*260=125 m3。按当地规格4m*0.2m*0.05m的木板4000元/ m3的价格来算，预计共节约施工成本50万元。

7.3 质量效益

传统二衬挡头模板采用纯木模封堵、钢管加固，需将中埋止水带弯折固定在木模上，无法保证中埋止水带对称居中且混凝土浇筑完成后止水带被混凝土挤压导致完全外漏，致使防水效果失效，产生极大质量隐患。新型二衬钢木组合挡头模板整体刚度大，封模、加固简单，中埋止水带对称居中且增设U型卡，12 米二衬可一次性快速完成封模浇筑，有效避免了上述问题，使二衬混凝土达到了内实外美的效果。

7.4 社会效益

7.4.1施工效果好，确保后期运营安全

本技术有效避免了环向施工缝多、变形错台、挡头模板易跑模漏浆等质量缺陷及产生的安全隐患，保证了生产安全；有效保证了中埋止水带防水效果，提高了工程的安全性及耐久性，确保了运营安全。

7.4.2适用范围广，不受地质条件、隧道初期支护方式的限制

本技术不受地质条件、隧道初期支护方式的限制，适应范围广，施工质量有保障。

7.4.3废工废料少，具备较高的环保效益

本技术有效避免了因环向施工缝多、变形错台、挡头模板易跑模漏浆等缺陷造成的混凝土凿除和修正，减少了建筑垃圾的产生，具备环保效益。

7.4.4 本技术得到上级领导、业主和监理的肯定和好评,为企业赢得了隧道二衬施工方面的经验和荣誉。

7.4.5 在业主及监理组织的安全质量评比中，多次荣获第一名，在当地媒体进行报道，为公司在隧道市场竞争赢得了荣誉。

8 总结

该施工技术质量保证、造型美观，节约施工工期，大大降低了施工成本，得到业主的高度认可及好评，为企业赢得了隧道二衬施工方面的经验和荣誉。具有良好的经济效益和社会效益，具有很好的推广价值。

参考文献

[1]TB 10753-2018,高速铁路隧道工程施工质量验收标准[S]；

[2]DB51/T 2428-2017，高速公路施工标准化技术指南[S]；

[3]和晓军,张明祥,赵卫国,隧道模块化二衬端头模板施工技术[J]，科技创新与应用. 2020,(14)：139-140；

[4]任祥瑞,邢冠琳,王知远,改进型二衬端头模板在隧道二衬施工中的应用[J],公路. 2019,64(05)：289-291；

[5]张全涛,关于隧道二衬台车堵头模板安装及加固施工技术分析[J],四川水泥. 2019,(01)：192；

[6]郑亚民,隧道二衬台车堵头模板安装及加固施工技术[J],上海建设科技. 2016,(01)：20-22。