高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法

《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》是中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司、中國鐵建大橋工程局集團有限公司於2016年7月22日申請的專利，該專利申請號為2016105876317，公布號為CN106223960A，公布日為2016年12月14日，發明人是蘇春生、梁朋剛、何十美、湯振亞。

《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》包括：（1）施工準備；（2）使用挖掘機移動並定位模架；（3）調節仰拱模板的平面位置，使仰拱模板與設計標高一致；（4）進行混凝土澆築；（5）安裝中心水溝模板；（6）澆築仰拱填充混凝土；（7）將模板拆除；（8）移動模架到下一施工點，循環上述步驟。該發明仰拱模板採用大塊弧型定型整體鋼模，減少小型組裝仰拱模板的工作量；通過懸掛絲槓把仰拱模板和整體移動模架組成一個整體，代替傳統小鋼模零散拼裝施工，減少臨時支撐等材料；通過挖掘機移動模架整體移動至下一組，不需重新拼裝仰拱模板，作業勞動強度低；模架採用現場工地製作，費用低，施工作業面整潔，施工效率高。

2021年11月，《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》獲得2020年度四川專利獎三等獎。

（概述圖為《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法
• 公布號：CN106223960A
• 公布日：2016年12月14日
• 申請號：2016105876317
• 申請日：2016年7月22日
• 申請人：中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司、中國鐵建大橋工程局集團有限公司
• 地址：四川省成都市新都區新都鎮學院路東段289號
• 發明人：蘇春生、梁朋剛、何十美、湯振亞
• 專利代理機構：成都君合集專利代理事務所
• 代理人：張鳴潔
• Int.Cl.：E21D9/00(2006.01)I、E21D11/10(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

隧道仰拱是為改善上部支護結構受力條件而設定在隧道底部的反向拱形結構，是隧道結構的主要組成部分之一，它一方面要將隧道上部的地層壓力通過隧道邊牆結構或將路面上的荷載有效的傳遞到地下，而且還有效的抵抗隧道下部地層傳來的反力。仰拱與二次襯砌構成隧道整體，增加結構穩定性，通俗解釋為向上仰的拱，仰拱為一般由鋼筋混凝土結構，仰拱的作用是與二次襯砌構成隧道整體、防水、增加結構穩定性。傳統的隧道仰拱施工是採用小塊組合鋼模分段施工，施工工序包括組裝、加固、澆築、拆卸、轉場、清潔塗油，工序繁雜，循環時間長，加固支撐多，整體性差，工程質量難控制，作業面文明形象不好，模板工程施工成本高。

發明內容

專利目的

《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》的目的是為了提高模板整體性，簡化施工工序，加快施工進度，保證結構質量，節約工程成本，設計開發出適合高鐵隧道仰拱施工質量要求的整體移動模架，最佳化施工生產流程，更新技術，提高工作效率，減少物資材料消耗，避免能源浪費，使其符合標準化施工要求的高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法。

技術方案

《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》包括以下步驟：

（1）在現場進行施工準備，包括隧底開挖、出渣、虛碴清理、測量放線以及鋼筋制安；

（2）使用挖掘機移動並定位模架；

（3）將模架定位後，調節仰拱模板的高度和平面位置，將仰拱模板調整到設計的標高和平面位置；

（4）進行混凝土澆築，先澆築仰拱平面混凝土，後澆築仰拱邊牆混凝土；

（5）混凝土澆築完成後，安裝中心水溝模板；

（6）澆築仰拱填充混凝土；

（7）待填充混凝土達到表面及稜角不因拆除模板而損壞時，將模板拆除；

（8）使用挖掘機移動模架到下一施工點，循環上述步驟。

首先進行施工準備，對隧道底部進行挖掘，清除挖掘後殘留的石渣，然後進行測量放線，複測及控制測量使用測量儀器表主要有GPS接收機、全站儀、水準儀，測量工作主要有平面控制測量、鋼支撐定位、放樣襯砌斷面，根據測量的數據進行鋼筋的安置，利用挖掘機將模架移動到預設的位置進行定位，本模架和仰拱模板為一個整體，通過懸掛絲槓和伸縮絲槓連線，仰拱模板採用大塊弧型定型整體鋼模，減少小型組裝模板的工作量，通過伸縮絲槓把大塊弧型定型整體鋼模和整體移動剛架組成一個整體，代替傳統小鋼模採用施做定位錨桿、鋼管與鋼筋支撐相結合，克服了傳統的零散拼裝施工的缺點，減少了臨時支撐等材料，使用成本低；還可通過挖掘機移動模架整體移動至下一組，不需重新拼裝模板，節省勞動力，作業勞動強度低；模架就位方便，定位簡單，速度快，效率高；模架採用現場工地製作，費用低，操作簡單，施工作業面整潔、文明；整體模架施工既保證工程施工質量，又便於施工組織，利用伸縮絲槓調節仰拱模板的平面位置，操作簡單，大大提高了工程效率。

進一步地，所述步驟（2）中，模架採用框架式，模架的仰拱側安裝有滑輪，通過滑輪使模架與仰拱滾動接觸，更加方便了模架的移動，克服了傳統的模架需要通過拆卸重安裝的缺點。

進一步地，所述步驟（2）中的模架通過設定在模架上的配重塊進行穩定，所述配重塊有兩塊，分別設定在模架的兩端，通過配重塊簡便地達到調整穩固模架的效果。

進一步地，所述步驟（3）中的仰拱模板通過懸掛絲槓連線在模板上，仰拱模板的高度通過懸掛絲槓調節。所述懸掛絲槓連線在仰拱模板的兩端，通過上升和降低懸掛絲槓，調整仰拱模板的高度，在調節高度前，要預先在測量的標高位置做好標記，方便之後的部件調整。

進一步地，所述步驟（3）中的仰拱模板和模架之間還連線有伸縮絲槓，仰拱模板的平面位置通過鬆開或收縮伸縮絲槓進行調節，定位時模板與已完仰拱搭接10厘米。伸縮絲槓包括上排伸縮絲槓、中排伸縮絲槓、下排伸縮絲槓，所述伸縮絲槓的規格為：80厘米的上排伸縮絲槓4根、110厘米的中排伸縮絲槓4根、130厘米的下排伸縮絲槓4根，所述上排伸縮絲槓、中排伸縮絲槓和下排伸縮絲槓分別設定在仰拱模板的上部，中部和下部，通過調節各個部位的伸縮絲槓，可以充分調節仰拱模板的角度，使仰拱模板更好地配合澆築工作，進而使得混凝土澆築的質量更高。

進一步地，所述步驟（3）中，仰拱模板包括上部仰拱模板和下部仰拱模板，上部仰拱模板和下部仰拱模板採用鉸接連線，模板上設有背肋，所述上部仰拱模板固定連線在模架上，由於模架為固定的，因此填充混凝土以上的部分設計為固定部分，兩塊仰拱模板間採用鉸接連線，填充混凝土面以下的仰拱模板以翻折方式安裝和拆除，使得整個模架為可摺疊的結構，在施工過程中，因模板設定了背肋，剛度大，簡化了仰拱模板的加固過程。

進一步地，所述步驟（6）中澆築仰拱填充混凝土的具體步驟如下：（6.1）鬆開下排伸縮絲槓，使仰拱模板的下部處於鬆弛的狀態；（6.2）採用手動葫蘆旋轉下部仰拱模板到設計標高；（6.3）調節好仰拱模板高度後，澆築仰拱填充混凝土。進一步地，所述步驟（7）中，拆模的具體步驟如下：（7.1）鬆開中排伸縮絲槓，使仰拱模板的中部處於鬆弛狀態；（7.2）收縮上排伸縮絲槓，將仰拱模板的上部上提；（7.3）採用手動葫蘆繼續提升下部仰拱模板，使模板脫離仰拱混凝土。進一步地，所述步驟（8）中，轉場施工優選使用挖掘機進行模架整體的轉移，模架和仰拱模板為一個整體，用挖掘機將模架撐起後，將模架移動到下一個施工點，便可以直接進行混凝土澆築的作業，使用挖掘機大大減少了人力，實現施工的機械化。

進一步地，所述步驟（3）中的仰拱模板在使用前需進行清潔並均勻塗抹脫模劑，保證施工過程中，仰拱模板上沒有殘留的混凝土或其他可能影響混凝土澆築的物質，才能保證澆築的質量，塗抹的脫模劑可以在脫模過程中，使仰拱模板能夠與混凝土順利的脫離並保護仰拱模板被腐蝕，延長仰拱模板的使用壽命。

改善效果

《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》具有的優點及有益效果為：

（1）該發明的仰拱模板採用大塊弧型定型整體鋼模，減少小型組裝仰拱模板的工作量；

（2）該發明通過伸縮絲槓把大塊弧型定型整體鋼模和整體移動模架組成一個整體，代替傳統小鋼模採用施做定位錨桿、鋼管與鋼筋支撐相結合，零散拼裝施工，減少了臨時支撐等材料，使用成本低；

（3）該發明通過挖掘機移動模架整體移動至下一組，不需重新拼裝仰拱模板，節省勞動力，作業勞動強度低；

（4）該發明模架就位方便，定位簡單，速度快，效率高，模架採用現場工地製作，費用低，操作簡單，施工作業面整潔、文明，施工效率高；

（5）該發明整體模架施工既保證工程施工質量，又便於施工和組織。

附圖說明

圖1為《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》的施工工藝流程圖。

圖1

權利要求

1.《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》包括以下步驟：

（1） 在現場進行施工準備，包括隧底開挖、出渣、虛碴清理、測量放線以及鋼筋製作安裝；

（2） 使用挖掘機移動並定位模架；

所述步驟（2）中的模架採用框架式結構，模架的仰拱側安裝有便於模架移動的滑輪；所述步驟（2）中的模架的兩端設有穩定模架的配重塊；

使用挖掘機移動並定位模架本模架和仰拱模板為一個整體，兩者通過懸掛絲槓和伸縮絲槓連線，仰拱模板採用大塊弧型定型整體鋼模，減少小型組裝模板的工作量，通過伸縮絲槓把大塊弧型定型整體鋼模和整體移動模架組成一個整體，代替傳統小鋼模採用施做定位錨桿、鋼管與鋼筋支撐相結合，克服了傳統的零散拼裝施工的缺點，本模架長度為17米，主要有28厘米工字鋼68米，20厘米工字鋼21.6米製作模架；

所述伸縮絲槓包括上排伸縮絲槓、中排伸縮絲槓、下排伸縮絲槓；

（3） 將模架定位後，調節仰拱模板的高度和平面位置，將仰拱模板調整到設計的標高和平面位置；

（4） 進行混凝土澆築，先澆築仰拱平面混凝土，後澆築仰拱邊牆混凝土；

（5） 混凝土澆築完成後，安裝中心水溝模板；

（6） 澆築仰拱填充混凝土；

（6.1）鬆開下排伸縮絲槓，使仰拱模板的下部處於鬆弛的狀態；

（6.2）採用手動葫蘆旋轉下部仰拱模板到設計標高；

（6.3）調節好仰拱模板高度後，澆築仰拱填充混凝土；

（7） 待填充混凝土達到表面及稜角不因拆除模板而損壞時，將模板拆除；

（7.1）鬆開中排伸縮絲槓，使仰拱模板的中部處於鬆弛狀態；

（7.2）收縮上排伸縮絲槓，將仰拱模板的上部上提；

（7.3）採用手動葫蘆繼續提升下部仰拱模板，使模板脫離仰拱混凝土；

（8） 使用挖掘機移動模架到下一施工點，循環上述步驟。

2.根據權利要求1所述的高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法，其特徵在於：所述步驟（3）中的仰拱模板通過懸掛絲槓連線在模架上，仰拱模板的高度通過懸掛絲槓調節；

所述步驟（3）中的仰拱模板和模架之間連線有伸縮絲槓，仰拱模板的平面位置通過鬆開或收縮伸縮絲槓進行調節，定位時模板與已完仰拱搭接10厘米；

所述步驟（3）中的仰拱模板包括上部仰拱模板和下部仰拱模板，上部仰拱模板和下部仰拱模板採用鉸接的方式連線，仰拱模板上設有背肋。

實施方式

該實施例是為了提高模板整體性，簡化施工工序，加快施工進度，保證結構質量，節約工程成本，設計開發出適合高鐵隧道仰拱施工質量要求的整體移動模架，最佳化施工生產流程，更新技術，提高工作效率，減少物資材料消耗，避免能源浪費，使其符合標準化施工要求的高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法，整個步驟如圖1所示：

首先在現場進行施工準備，包括隧底開挖、出渣、虛碴清理、測量放線以及鋼筋制安，其中具體為對隧道底部進行挖掘，清除挖掘後殘留的石渣，然後進行測量放線，複測及控制測量使用測量儀器表主要有GPS接收機、全站儀、水準儀，測量工作主要有平面控制測量、鋼支撐定位、放樣襯砌斷面、鋼筋安裝高程等，並用油漆準確明顯在現場標示，安裝仰拱模板後進行複測，保證仰拱模板安裝的誤差控制在規範要求範圍內，其中GPS接收機選用天寶R7GNSS，全站儀選用徠卡TC802，水準儀選用徠卡DNA03進行測量，接下來進行鋼筋制安，鋼筋按照技術員開具的下料單上的種類、直徑、單根長度、根數等進行加工、成型，加工後要編號掛牌堆放好，避免混亂；鋼筋按照線外層後內層，先下層後上層的順序安裝，安裝在已打好的插筋上測量放線標好立筋高程後進行架立筋的安裝，然後將主筋按照順序綁紮在架立筋上，最後安裝分布筋，注意控制保護層的大小，保護層不得小於5厘米。

使用挖掘機移動並定位模架本模架和仰拱模板為一個整體，兩者通過懸掛絲槓和伸縮絲槓連線，仰拱模板採用大塊弧型定型整體鋼模，減少小型組裝模板的工作量，通過伸縮絲槓把大塊弧型定型整體鋼模和整體移動剛架組成一個整體，代替傳統小鋼模採用施做定位錨桿、鋼管與鋼筋支撐相結合，克服了傳統的零散拼裝施工的缺點，本模架長度為17米，主要有28厘米工字鋼68米，20厘米工字鋼21.6米製作模架，模架採用框架式，模架的靠近仰拱側安裝有滑輪，通過滑輪使模架與仰拱滾動接觸，更加方便了模架的移動，克服了傳統的模架需要通過拆卸重安裝的缺點，模架可以通過設定在模架上的配重塊進行穩定，所述配重塊有兩塊，分別設定在模架的兩端，通過配重塊簡便地起到輔助調整和穩固模架的作用。

仰拱模板與模架為一個整體，所述仰拱模板通過12根伸縮絲槓調節仰拱模板設計的平面位置，仰拱模板通過懸掛絲槓懸掛在模架上，通過懸掛絲槓調節仰拱模板的高度，使仰拱模板與設計標高一致，伸縮絲槓也連線在模架和仰拱模板之間，伸縮絲槓包括上排伸縮絲槓、中排伸縮絲槓、下排伸縮絲槓，所述伸縮絲槓的規格為：80厘米的上排伸縮絲槓4根、110厘米的中排伸縮絲槓4根、130厘米的下排伸縮絲槓4根，定位時仰拱模板與已完仰拱搭接10厘米，所述上排伸縮絲槓、中排伸縮絲槓和下排伸縮絲槓分別設定在仰拱模板的上部，中部和下部，通過調節各個部位的伸縮絲槓，可以充分調節仰拱模板的角度，使仰拱模板更好地配合澆築工作，進而使得混凝土澆築的質量更高；仰拱模板包括上部仰拱模板和下部仰拱模板，上部仰拱模板和下部仰拱模板採用鉸接連線，仰拱模板長度12.1米，弧長2.5米，模板面板厚度採用6米米，模板2塊，總重量約2.8噸，模板上設有背肋，包括縱向背肋和橫向背肋，縱向背肋採用10厘米槽鋼，橫向背肋採用10米米厚鋼板，所述上部仰拱模板固定連線在模架上，由於模架為固定的，因此填充混凝土以上的部分設計為固定部分，兩塊仰拱模板間採用鉸接連線，填充混凝土面以下的仰拱模板以翻折方式安裝和拆除，使得整個模架為可摺疊的結構，在施工過程中，因模板設定了背肋，剛度大，簡化了仰拱模板的加固過程，仰拱模板在使用前需進行清潔並均勻塗抹脫模劑，保證施工過程中，仰拱模板上沒有殘留的混凝土或其他可能影響混凝土澆築的物質，才能保證澆築的質量，塗抹脫的模劑是在脫模過程中，使仰拱模板能夠與混凝土順利的脫離並保護仰拱模板被腐蝕，延長仰拱模板的使用壽命。

進行混凝土澆築，先澆築仰拱平面混凝土，後澆築仰拱邊牆混凝土，所選器械主要有9立方米混凝土攪拌車3台，沃爾沃220挖掘機一台，自製的17米移動模架一套，振搗器2台，混凝土必須按照試驗室確定的配比進行拌制，不得隨意更改；用9立方米混凝土攪拌車運至施工現場，若運輸時間過長或因故停歇過久導致混凝土出現初凝時，應做廢料處理。混凝土運至現場後，進行入倉及平倉，採用拖泵入倉的方式，下料順序為從仰拱中間的下料點向兩邊依次進行對稱下料，混凝土平倉以振搗器平倉為主，人工輔助平倉，混凝土應隨澆隨平倉，不得堆積，產生堆積時，應人工將其鏟到砂漿較多的部位，避免產生蜂窩麻面；混凝土採用插入式軟軸振搗器進行振搗，振搗器優選地垂直插入，如果有傾斜，其傾斜方向應一致，避免漏振，每個位置的振搗時間，以混凝土不再顯著下沉、不出現氣泡，並開始泛漿為準，避免過振和欠振的情況，在混凝土澆築過程中，要同時進行模板變形觀測，混凝土澆筑前，在合適的位置設定模板控制檢查點，澆築過程中指派經驗豐富的技術人員全程巡視，若發現模板便攜性的跡象，立即根據情況確定處理措施進行處理，並根據情況減緩下料或停止下料，對模板依據控制點進行校正和加固。

混凝土澆築完成後，安裝中心水溝模板。

待仰拱混凝土終凝後，進行仰拱填充混凝土的施工，澆築填充混凝土時，模架的具體操作步驟如下：

（1）鬆開下排伸縮絲槓，使仰拱模板的下部處於鬆弛的狀態；

（2）採用手動葫蘆旋轉下部仰拱模板到設計標高；

（3）調節好仰拱模板高度後，澆築仰拱填充混凝土。

在仰拱模板調整好高度後，用懸掛絲槓和伸縮絲槓共同定位仰拱模板，然後澆築仰拱填充混凝土，調節伸縮絲槓的過程中，要注意各個伸縮絲槓的位置。

在混凝土強度達到表面及稜角不因拆除模板而損壞時拆除，拆模時不能使用鐵質硬具撬打混凝土，防止破壞混凝土稜角，在模板拆除過程中損壞的混凝土套用預縮砂漿以修補，拆下的材料要妥善保存，以備後用，模板要及時清理維護，清除表面雜物，表面刷脫模劑保護，堆放整齊，不隨意亂放，拆模時模架的具體操作步驟如下：

（1）鬆開中排伸縮絲槓，使仰拱模板的中部處於鬆弛狀態；

（2）收縮上排伸縮絲槓，將仰拱模板的上部上提；

（3）採用手動葫蘆繼續提升下部仰拱模板，使模板脫離仰拱混凝土

澆築完成後，使用挖掘機移動整體模架到下一個施工點，重複上述步驟，循環施工。

其中現場施工的質量控制措施如下：

（1）移動模架、模板和伸縮絲槓的剛度必須滿足設計要求，防止結構變形。

（2）嚴格落實測量覆核制，確保測量放線準確無誤。

（3）澆築結構前，嚴格落實“自檢、互檢、交檢”三檢制度，確保結構尺寸、預埋件設定等準確無誤。

（4）保證混凝土原材料質量，同時嚴格按照施工配合比拌制混凝土，加強施工過程中混凝土的搗固和分層澆築的厚度控制。

（5）加強混凝土養護工作，製作同條件養護試件，試壓強度符合拆模強度值後，確定拆模時間。

該發明採用移動式整體模架施工隧道仰拱，與常規小鋼模相比，施工質量好、作業簡便、效率高、工費成本低。根據試驗得出，一幅移動模架5個作業工人16小時能完成12米仰拱施工（模架就位、模板定位、澆築混凝土），與傳統方法相比較可節約工時58％。採用該工法，有效提高了仰拱混凝土質量，減輕了人員勞動強度，減少了成本支出，能夠取得很好的社會經濟效益。

具體經濟效益

項目	計算依據	效益結果
班組人員	常規施工8人，採用移動模架後5人	節約3人
人員勞動強度	按常規施工，模架相關材料需人工搬運，使用移動模架後， 實現整體移動，速度更快	勞動強度明顯降低
每循環時間	使用前24小時，使用後16小時	節約8小時
效益分析（2016年7月之前）	每循環工時節省：8人x24小時-5人x16小時=112時 每循環節省人工費用：112工時x15元工時=1680元 每循環節省支模鋼筋費用：0.12×5000元-600元 節省率：1-（5人x16小時）+（8人x24小時）x1009%-58%	節約工時58%

榮譽表彰

2021年11月，《高鐵長大隧道仰拱整體移動模架施工工法》獲得2020年度四川專利獎三等獎。