液压仰拱弧模作业工法
一、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。进而影响了防排水系统、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，中铁十一局黔张常铁路工程项目经理部一分部通过在向家包二号隧道试点推广应用液压仰拱弧模施工，加快了进度，提高了施工质量，降低了成本，取得了较大的成效，为隧道仰拱机械化施工提供了较为理想的施工设备与工艺。
二、工法特点
1. 提高了施工工效
液压仰拱弧模在可以采用挖机辅助行走，采用液压系统定位于拆模，比传统简易模板依靠吊装和人工安装与拆卸模板，提高了功效，液压仰拱弧模施工仰拱比简易弧形模板每循环减少作业时间约6.5小时（每模按12m 计算）。
2. 降低了施工成本
液压仰拱弧模比普通弧形模板人工节约31.5h ，挖机机械台班节约5.5h ，钢材节约300kg ，每延米降低施工成本121.8元，有显著的经济效益。
3. 提升了实体质量
3.1能有效的控制仰拱顶面高程及弧形曲率。
3.2能有效控制仰拱拆模后结构尺寸完整，混凝土表面密实平整、颜色均匀，拆模后无缺棱掉角、错缝等现象。
3.3通过液压弧模更好的与钢板止水带卡具、钢筋卡具等配合使用，提升仰拱部位施工作业标准化。
三、适用范围
液压仰拱弧模适用于铁路双线隧道仰拱施工，适用于不同围岩等级的仰拱。使用条件为仰拱初期支护已完成，设计有钢筋段落的仰拱按要求钢筋绑扎完成，仰拱边墙防水板、土工布挂设完毕。
四、工艺原理
仰拱弧形模板（图1）是利用桁架结构为主体，弧形钢模板下挂在桁架上，采用液压油缸调节固定作支撑结构的一种大型设备。
图1
液压弧形模板主要由桁架、仰拱弧形模板、液压系统、行走系统组成。液压弧形模板采用挖机配合行走初步定位，通过液压油缸将桁架下挂的弧形模板调节到设计位置最终定位，并用丝杠固定。该设备侧视图如图2，主视图如图3。
图2 侧视图
图3 正视图
五、组织模式及管理方式
组织模式：液压仰拱弧模是由隧道劳务分包单位自行购买，设备使用费用包含在仰拱混凝土单价中。
管理模式：项目部根据设备性能状况、数量、规格型号、适用性、经济性、环保性等要求严格执行进场验收制度。不定期对设备使用性能、维修保养进行监督检查，每板仰拱混凝土施作前对设备定位、加固等技术方面验收合格后方可浇筑。
六、施工工艺流程及操作要点
1. 仰拱弧模移动模架施工工艺流程图（图4 ）
图4 液压仰拱弧模施工工艺流程图
2.施工作业步骤（无钢筋段）
2.1仰拱隧底开挖，应保证仰拱圆顺、平整、不得欠挖，超挖部分用同级混凝土回填，并将基底虚渣、杂物、积水清理干净；
2.2采用18m 长简易栈桥，用挖机将栈桥拖行就位，栈桥应放在隧中位置，为液压仰拱弧模预留出作业区域。
2.3测量放样，确定仰拱端头与矮边墙顶面高程及位置，确保仰拱施工缝与二衬施工缝在同一断面上；
2.4施工防排水工程、仰拱预埋件等, 应确保边墙部位防水板、泄水孔满足要求，仰拱接地、预埋过轨管等预埋件符合设计要求；
2.5采用挖机将仰拱弧模模架拖行至仰拱左右两侧初步就位；
2.6根据测量结果, 采用液压油缸系统左右及上下调节, 将仰拱弧形模板按照设计标高准确定位，并用丝杠加固连接, 防止弧型模板在浇筑混凝土过程中发生偏移；
2.7安装仰拱钢端模与止水带，安装仰拱钢端模时仰拱基底应圆顺，模板安装在测量的同一断面上，止水带安装应居中安放，搭接满足要求；
2.8浇筑仰拱混凝土, 浇筑顺序由隧底至两侧边墙，底部采用串筒浇筑，边墙采用溜槽浇筑，在施工过程中注意控制混凝土的浇筑速度，并加强振捣，确保混凝土施工质量。
2.9达到设计拆模强度后拆除丝杠，用油缸将仰拱弧模提升；
2.10安装仰拱填充端模与中心水沟整体模板；
2.11浇筑仰拱填充混凝土, 充分振捣，保证混凝土密实，并需对仰拱填充面进行二次收面，确保填充面平整度符合要求；
2.12强度达到要求后拆除仰拱填充模板；
3.劳动力组织
人员配置及职责见表1
表1 人员配置及职责分工
七、材料与设备
1.机具设备
采用液压仰拱弧模施工仰拱所需机具设备如下表（表2）：
表2 主要机械设备配备表
八、质量控制
仰拱施工严格执行《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）与《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204-2008)的要求。质量控制要点如下：
1.移动模架、模板的刚度必须满足设计要求，防止结构变形。
2.严格落实测量复核制，确保测量放线准确无误。
3.必须对模板进行清洁并均匀涂抹专用脱模剂。
4.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、防水板、止水带、排水盲管等预埋件设置等准确无误，并固定牢固。
5.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。
6.加强混凝土养护工作，制作同条件养护试件，试压强度符合拆模强度值后，确定拆模时间。
九、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：
1.施工区域应设警示标牌，严禁非工作人员出入。
2.遇见有车辆和行走机械过往，要及时避让，特别是运碴重车过往时，要避在安全地方，防止从车上掉下石块砸伤下面的作业人员。
3.仰拱栈桥两端落底长度不得过少，且需平稳，防止侧移和翻转。
4.在进入施工现场时必须佩带好安全帽。
5.车辆尤其是装载机、挖机经过栈桥时需专人指挥, 以免落空。
6.为保证施工安全，现场应有专人统一指挥，并设一名专职安全员负责现场的安全工作，坚持班前进行安全教育制度。
7.仰拱施工时，安全员应注意观察仰拱两侧的初期支护结构稳定状态，如遇变形或失稳应立即撤离人员，采取措施加固。
十、环保措施
1.施工过程中加强隧道通风，确保施工现场空气良好。
2.施工现场安排专人进行洒水，防止粉尘飞扬。
3.作业场地及运输车辆应及时清扫、冲洗，保证 场地及车辆的清洁。
4.主要运输道路需进行固化，要定时洒水防尘，严禁在场地内燃烧各种垃圾及废弃物。
十一、效益分析
1.经济效益
根据向家包二号隧道实际施工情况列举事例进行对比：向家包二号隧道
DK138+871-DK137+801段采用简易弧形模板施工，DK137+801- DK137+070段采用液压仰拱弧模，施工长度均按照每循环12m 对比计算， 每延米节约成本121.8元，向家包二号隧道采用液压仰拱弧模节约直接成本89035.8元。
2、社会效益
中铁十一局集团有限公司承建的黔张常铁路向家包二号隧道，属于典型的岩溶隧道，为Ⅱ级风险隧道，全线重难点工程，仰拱能及时快速的施做，能降低隧道安全风险，向家包二号采用液压仰拱弧模施工工法，提高了功效，能有效的保证隧道施工的安全，为隧道连续五个月开挖、二衬进尺突破220m 提供坚实的保障，提高了企业的生产效益。
同时为黔张常铁路隧道机械化施工提供了宝贵的施工经验，向家包二号隧道是黔张常铁路贯通的第一条Ⅱ级风险隧道，为全线能够顺利完成做出了积极的贡献，也为中铁十一局赢得了广泛的社会好评，得到了业主、监理、设计、质检单位的充分肯定，多次受到上级领导表彰和组织兄弟单位来观摩学习。
十二、应用实例
1. 工程概况
向家包二号隧道位于湖南省永顺县毛坝乡龙家界北侧，穿越龙家界山岗。隧道工
程区位于中低山地区，高程460~870m，相对高差200~400m。隧道洞身位于可溶岩岩体中，为典型的岩溶垄岗地貌，两侧为沟谷坡地，中间为垄岗。隧道起讫里DK136+997~DK138+871，隧道总长1874m ，双线隧道最大埋深355m 。隧道进口端位于向家包村东侧的深沟内，沟谷深切，交通不便；出口段位于万坪通往万民乡的乡路旁，交通较为便利。隧道从常德端洞口进洞，采用单向掘进。开工施工2016.6.6，竣工时间2017.1.30.
2. 施工情况
黔张常铁路向家包二号隧道仰拱施工前期采用简易弧形模板1070米，后期通过改进采用液压仰拱弧模施工了731米，通过对液压仰拱弧模的应用。
3. 应用效果
液压仰拱弧模施工优点
(1)减少仰拱循环作业时间，提高工效。
(2)减少人工、机械投入，降低成本。
(3)不需要施工模板底部钢筋支架等，节约材料，节约成本。
(4)可提升仰拱整体施工质量，为后续工作创造较好的作业条件。
液压仰拱弧模施工缺点：
(1)设备本身需要改进，目前不能独立行走定位，需要挖机配合人工进行初步定位。
(2)仰拱弧形部分施工混凝土振捣过程中比较困难，容易形成局部漏振。
综上所述：通过液压仰拱弧模在向家包二号隧道实践使用，相比简易模板，从功效、成本、安全质量方面对比分析，可以看出，使用液压仰拱弧模有很大的推广前景，向家包二号隧道在使用液压仰拱弧模后，有效保证了仰拱与掌子面的安全布局，降低了施工安全风险，提升了隧道整体施工质量，同时从多方面也提升的经济效益，综合考虑，普通弧形模板越来越受限制，隧道采用液压仰拱弧模施工，即是隧道现代化施工发展的方向，同时也能更好的展现企业施工水平，是企业创效不可或缺的一种施工工法。