CN111396083B - 一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺及其衬砌混凝土压力及饱满状态的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺及其衬砌混凝土压力及饱满状态的监测方法，包括施工准备工序、混凝土填充施工工序和验收施工工序；本发明简单实用，利用顶部分布式压密传感器可有效、直观查看拱顶混凝土饱满状态，简单易懂，适宜工人操作；节省人力和财力；不能完全同时解决密实度和饱满度两类问题，采用本组合监测技术所反馈信号，判定衬砌混凝土浇筑结束标准；根据压力和饱满状态监测结果，可综合判定混凝土浇筑终结时间，还可动态监测施工过程台车自身承载能力的安全状态，为操作者和管理才提供了参考依据，减少因隧道衬砌拱顶空洞、脱空、不密实、渗漏水、施工缝压溃、施工缝掉块和止水带偏位等系列问题，降低给隧道交通运营带来风险隐患。

Description

一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺及其衬砌混凝土压力及饱满 状态的监测方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺及其衬砌混凝土压力及饱满状态监测方法。

背景技术

随着中国高速铁路的快速发展和崛起，高铁隧道工程突飞猛进发展，也给高速铁路的技术进步增添新动力。据统计，截至2018年底，我国铁路营业里程达到13.1万km，其中高铁营业里程超过2.9万km，运营的隧道数量1.41万座；到2020年底投入运营的铁路隧道总量将达到1.7万座，总长度将突破2万km。作为隧道工程而言，隧道工程衬砌作为施工关键工序，又是最复杂工序之一。有关资料统计，采用传统施工工艺和工装设备施作的隧道衬砌存在众多病害隐患，尤其是隧顶掉块、裂缝、漏水、隧底变形和道床翻浆等问题出现，不但增加养护维修成本，且严重影响隧道运营安全，2017年6月，某高铁线发生隧道渗漏水、拱顶衬砌混凝土掉块缺陷问题，危及高铁运营安全，运营部门设置限速点控制管理。2017年下半年为快速消除铁路运营限速点，2017年12月，铁路总公司印发了《铁路建设项目质量安全红线管理规定》（铁总建设〔2017〕310号），尤其是对铁路隧道初支、衬砌厚度和混凝土强度不足问题，被列为红线管理规定。2018年3月，铁路总公司有关工作会议和铁路建设工作会议部署，发布了《2018年铁路建设质量安全重点工作安排》，对铁路隧道衬砌实体质量做出了控制要求和监督管理规定，规定非常严厉，形势十分严峻。2018年11月，国铁局发布新版《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2018）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2018），不仅对衬砌厚度和混凝土强度作了强制性规定，又对二次衬砌混凝土与防水层之间应密贴无空洞做出了硬性规定，新标准对隧道的质量和检测手段提出了更高要求，提升隧道质量适应当前新形势，势在必行。显然，采用以往传统的隧道衬砌施工工艺和工装设备难以满足现行高铁隧道衬砌施工的新标准，研发新工艺工装解决隧道多年出现缺陷是一种机遇和跳战，因此，对高铁隧道衬砌施工工艺及工装设备的探索和研究显得具有非常重要的现实意义。

长期以来，隧道缺陷及病害困扰隧道工程成品质量，缺陷治理是项长期而艰巨的任务，施工企业和各路铁路局经过多年探索，掌握了基本治理方法，但由于资金不足及运营天窗等因素，缺陷治理停滞在突击点穴式局部修补方式，不能达到根治目的。随着我国高速铁路快速发展，隧道工程修建数量剧增，而铁路隧道工程质量缺陷突显，隧道衬砌拱顶空洞、脱空、施工缝压溃等缺陷尤为突出，占隧道混凝土质量缺陷约58.5%，2017年初调研统计数据知，约有90%的隧道施工缝存在裂缝、脱空、不密实或渗漏水现象。

隧道衬砌是隧道的主要组成部分，隧道在施工过程中，由于泵送混凝土压力不足、流动性不好、重力作用、抽拔泵送管过早过快、工艺操作不规范等诸多原因，拱顶混凝土往往难以达到设计要求的饱满度和密实度，造成模筑混凝土局部厚度不足，甚至形成较大空洞，形成渗漏水和裂缝现象，长期列车振动使裂缝引起诱发和渗漏水加剧。隧道衬砌的检测很多方式中，目前铁路主要以地质雷达扫描等方式检测隧道衬砌结构内部质量，隧道衬砌质量无损检测主要侧重于衬砌体的力学性能和缺陷测试方面，其主要内容是查清衬砌内钢格栅分布、衬砌的强度、内部缺陷、衬体厚度、衬砌体与围岩（土体）结合情况等。隧道衬砌质量无损检测常选用地质雷达、有声波、回弹和超声回弹综合判定等。地质雷达的探测深度和精度调整空间大，可对隧道衬砌进行较全面的检测，并非是隧道衬砌检测最有效的手段，无损检测的方法判定结果与人为因素很大关系，较多的依赖于个人经验，不同的检测人员判定有不同的结果，因此，从根本源头做好隧道衬砌实体质量，采用带压浇筑工艺和有效监测手段，从源头控制衬砌施工质量是更为有效的方法。

据调研数据统计，隧道施工缝产生开裂、空鼓、掉块的首要原因是隧道施工缝中埋式止水带偏位切割混凝土造成施工缝位置混凝土厚度不足、空鼓引起掉块，占隧道施工缝开裂空鼓掉块问题的70%以上；其次是施工过程模板台车支立顶裂搭接部位衬砌混凝土造成裂缝生产掉块；第三是施工缝处混凝土漏浆、离析、泌水等原因，产生蜂窝麻面造成开裂掉块（以上简称施工缝“三掉块”）。另外，衬砌混凝土振捣不密实、浇筑不连续产生施工冷缝或夹层、局部衬砌厚度不足等问题，也是造成施工缝开裂掉块的重要原因，类似隧道拱顶防空洞或脱空技术主要有：1.《一种隧道衬砌混凝土拱顶防空洞监测器》，是通过预埋导线于混凝土达到最高点，混凝土浇筑至拱顶且无空洞存在，声光报警器才能连通报警，判断隧道拱顶混凝土是否凹陷部分填满状态。2.《隧道拱顶防空洞报警方法》是将报警装置的球形壳体固定在隧道拱顶的防水板上，在进行二次衬砌混凝土浇筑时，若报警装置发出报警信号，判断隧道拱顶混凝土的填满状态。3.《一种用于隧道衬砌台车带压浇筑混凝土的工艺和设备》，主要是布料机和布料装置形成封闭管路及接管方式和该设备的使用工艺。4.《一种光电分布式触压传感器》，是通过固定于初期支护表面的电子接触式传感元件，拱顶混凝土接触和产生微量压力使传感器接触导电，使终端发光器元件指示灯显示不同灯光，显示隧道拱顶混凝土接触状态。综述以上创新均为监测隧道拱顶空洞或脱空状态或混凝土浇筑设备，对于解决混凝土脱空、不密实和饱满状态均未有效方法或手段。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种带压浇筑且拱顶压力与饱和度组合监测的隧道衬砌带压入模浇筑工艺及其衬砌混凝土压力及饱满状态的监测方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种隧道衬砌拱顶浇筑工艺，包括以下步骤：施工准备工序、混凝土填充施工工序和质量验收施工工序；

所述施工准备工序包括混凝土生产、混凝土运输和混凝土进场验收，等待泵送入模板；

混凝土填充施工工序包括上道工序验收，验收合格后进行初期支护混凝土下表面铺设防水层，上道工序验收合格，进行拱墙施工缝接茬处理，在拱顶模板上涂刷模板脱模剂，然后模板台车就位，安装已成型衬砌端与施工缝同缝的柔性搭接防顶裂装置，调整后将模板台车精确定位，安装端头模和止水带，使衬砌台车模板与初期支护混凝土之间形成密闭空间，通过管道将新浇筑混凝土带压送入所述密闭空间内，隧道衬砌模板台车在对衬砌边墙浇筑时，采用两侧对称分层带压浇筑，拱顶采用单斜孔带压入模一次性浇筑工艺，最后进行封顶混凝土浇筑、振捣工序，直至混凝土浇筑结束；在防水板的上表面铺设分布式触压传感器，在拱顶模板的上表面安装压力传感器，监测隧道衬砌拱顶新浇筑混凝土密实程度和饱满状态，在模板台车边墙侧部安装压力传感器，监测模板台车自身承载能力和安全状态。

质量验收工序包括判断衬砌混凝土的密实度、饱满度的状态和衬砌模板台车的安全状态，然后结束混凝土施工，养护、脱模并移动模板台车，直至施工结束。

所述密闭空间的顶部和底部分别设有排气孔和检查孔，拱顶模板的底部受到一定压力，填充所述密闭空间，使衬砌拱顶密实度和饱满度达到要求，管道与输送泵连接，混凝土进入密闭空间时具有一定的压力。

所述混凝土施工中，当混凝土浇筑至拱顶的封顶部位时（顶部90°范围内），应从靠近搭接端头的刹尖孔浇筑拱顶部混凝土，采取连续、匀速、均衡浇筑，减少对模板冲击力，控制速度正常浇筑。

所述拱顶模板的最高位置设有浇筑孔，浇筑孔沿拱顶模板的顶部的纵向设置四个，其中1个为常用，3个备用，浇筑孔与拱顶模板的夹角为30~60°，斜口朝向上一环施工缝位置。

所述台车包括门架、位于门架顶部的横移架、与横移架连接的横移油缸、位于横移架上方的拱顶模板、与拱顶模板和门架连接的边模油缸和位于门架上的顶升油缸，还包括智能信息集成控制系统。

所述的隧道衬砌拱顶压力及饱满状态的监测方法，包括以下步骤：（1）在防水板和初期支护混凝土之间铺设分布式触压传感器，用于判断初期支护混凝土与拱顶的接触状态，拱顶模板的上表面安装压力传感器，用于判断衬砌拱顶的底部压力，拱顶模板下表面设有若干第二压力传感器，用于判断衬砌拱顶的混凝土密实状态；（2）通过分布式触压传感器、压力传感器和第二压力传感器的数据，可得出衬砌拱顶与初期支护混凝土的接触状态、衬砌拱顶底部压力和上部压力，保证衬砌拱顶混凝土100%密实和饱满。

步骤（2）中，在混凝土浇筑即将终结时，顶部压力达到设定数值（一般0.03~0.05Mpa）后，压力传感器的数值稳压3min～5min后，确保新浇筑混凝土受力而填充密实，确保混凝土带压浇筑而填充密实，使混凝土受力稳定而充分填充，作为判定隧道衬砌拱顶新浇筑混凝土处于密实状态；然后观测分布式触压传感器反馈信号，当分布式触压传感器的接触压力达到设定数值时，即判定拱顶新浇筑混凝土与分布式触压传感器对应接触部位饱满状态；当拱顶浇筑混凝土全部接触分布式触压传感器时，显示终端全部指示灯变同一颜色，表明拱顶新浇筑混凝土全部处于饱满状态，作为判定结束混凝土浇筑标准。

所述的隧道衬砌边墙或侧墙压力的监测方法，包括以下步骤：在隧道衬砌边墙模板侧部安装压力传感器，用于判断模板台车边墙部位新浇筑混凝土侧压力，实际测得侧部压力最大值0.4MPa，正常波动范围为0.05～0.3MPa，侧部压力随混凝土初凝逐渐稳定，取得压力值读数，控制压力小于侧模板台车设计承载力值，此时，说明侧部压力安全稳定，新浇筑混凝土侧部压力值设定不大于台车模板自身承载力，作为台车设计承载能力安全校核；（2）通过安设边墙侧部压力传感器获取的数据，可得出隧道衬砌边墙混凝土浇筑压力时，作为判定隧道衬砌模板台车自身处于安全状态。

积极有益效果：本发明简单实用，利用隧道衬砌顶部分布式压密传感器可有效、直观查看拱顶混凝土饱满状态，简单易懂，适宜工人操作；节省人力和财力；不能完全同时解决密实度和饱满度两类问题，采用本组合监测技术所反馈信号，判定衬砌混凝土浇筑结束标准；根据压力和饱满状态监测结果，可综合判定混凝土浇筑终结时间，还可动态监测施工过程台车自身承载能力的安全状态，为操作者和管理者提供了支撑依据，减少因拱顶空洞、脱空、不密实、渗漏水、施工缝压溃、施工缝掉块和止水带偏位等系列问题，减少隧道交通运营隐患。

附图说明

图1为本发明浇筑工艺的工艺流程图；

图2为本发明隧道衬砌拱墙传感器正面分布示意图；

图3-1本发明隧道衬砌拱墙传感器侧面分布示意图一；

图3-2为本发明隧道衬砌拱墙传感器侧面分布示意图二；

图4为本发明隧道衬砌模板台车的机构示意图；

图5为本发明隧道衬砌拱墙模板的结构示意图；

图6为本发明隧道衬砌台车模板和作业窗口的机构示意图；

图7为本发明隧道衬砌拱顶模板浇筑孔分布图；

图8为本发明单斜孔拱顶带压入模浇筑混凝土工作原理图；

图9为本发明隧道拱墙衬砌混凝土施工浇筑顺序图；

图10为本发明隧道衬砌自动布料机构的结构示意图；

图11为本发明隧道衬砌带压浇筑工艺原理图；

图12为本发明衬砌施工缝柔性零搭接防顶裂结构示意图。图中为：1-台车模板2-横移架；3-横移油缸；4-门架；5-边模油；6-顶升油；7-边模；8-作业窗口；9-铰接装置；10-连杆；11-左顶模；12-右顶模；13-支撑杆基座；14-底螺杆基座；15-浇筑孔；16-回填注浆孔；17-基岩；18-初期支护；19-台车前进方向；20-背贴式止水带；21-中埋止水带；22-待衬砌段；23-实心橡胶条；24-台车表面理论就位线；25-直角三角形角钢；26-已衬砌混凝土；27-台车搭接端；28-台车面板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种隧道衬砌拱顶浇筑工艺，包括以下步骤：施工准备、混凝土填充施工和验收施工；

所述施工准备包括混凝土生产、混凝土运输和混凝土进场验收，等待泵送入模板，首先将混凝土生产，然后进行运输至施工现场并进行验收，如果验收合格，则将混凝土通过输送泵送入混凝土填充施工，如果混凝土不合格，则返回厂家；

混凝土填充施工包括上道工序验收，验收合格后进行初期支护混凝土下表面铺设防水层，检查验收合格，进行隧道衬砌墙部和拱部施工缝接茬处理，同步进行在模板上涂刷模板脱模剂，然后模板台车行走就位，安装已成型衬砌端与施工缝同缝的柔性搭接防顶裂装置，调整后将模板台车精确定位，安装模板台车端头模和止水带，使衬砌台车模板与初期支护混凝土之间形成密闭空间，所述密闭空间的顶部和底部分别设有排气孔和检查孔，拱顶模板的底部受到一定压力，填充所述密闭空间，使衬砌拱顶密实度和饱满度达到要求，模板台车通过管道将混凝土带压送入所述密闭空间内，进行混凝土浇筑、振捣；管道与输送泵连接，混凝土进入密闭空间时具有一定的压力，所述混凝土施工中，当混凝土浇筑至拱顶的封顶部位时，应从靠近搭接端头的浇筑孔或刹尖孔浇筑拱顶部混凝土，采取连续、匀速、均衡浇筑，减少对模板冲击力，控制速度正常浇筑，在防水板的上表面铺设分布式触压传感器，在拱顶模板的上表面安装压力传感器；将分布式触压传感器、压力传感器安装后，检查并清洁压力传感器和分布式触压传感器，以备检测压力。如图5所示，拱顶模板包括边模7、位于边模7上的作业窗口8、与台车铰接的铰接装置9，用于起支撑作用的连杆10、左顶模11、右顶模12、支撑杆基座13和底螺杆基座14，所述拱顶模板的最高位置设有浇筑孔，浇筑孔沿拱顶模板的顶部的纵向设置四个，浇筑孔与拱顶模板的夹角为60°，如图8所示，斜口朝向上一环已成型隧道衬砌的施工缝位置，在进行拱顶浇筑时，输送管内带压的混凝土首先流向模板端头，将该侧模板端头填充饱满至浇筑孔的位置后，新浇筑的混凝土将反向流向模板的另一侧，新混凝土不断挤压、推动之前进入模板的混凝土，在增加了混凝土密实度的同时，像“注射器的注射动作”一样排出模板内的空气，使混凝土全部占据模板内的空间，避免或基本避免了空洞以及不密实的产生，拱顶部位的混凝土可通过拱顶混凝土浇筑孔输送。为保证拱顶位置混凝土能够全部浇筑填充到位，浇筑孔通常布置在拱顶最高位置附近，左、右顶部模板具有浇筑孔，沿纵向一般可布置4个浇筑孔。为提高拱顶混凝土的饱满度和密实度，拱顶采用单斜孔一次性浇筑混凝土工艺，自动布料封闭管路带压浇筑工艺原理，其原理图见图11，浇筑孔采用30～60°倾角设计，斜口朝向上一环施工缝位置（有利于减少施工缝位置浇筑不饱满和脱空现象），混凝土灌入时速度方向与台车前进方向形成120°夹角，浇筑口与模板的连接处离模板端头0.75m～2m，较短的距离可以保证混凝土快速将模板端头填充满，尽快开始反向排空，反向排空的过程即是排除模板内空气的过程，也是新混凝土对之前进入模板的混凝土进行挤压密实的过程。衬砌台车后端充满混凝土后，在挤压作用下混凝土向前流动，直至充满拱顶模板空间。拱顶浇筑孔布置位置见图7，浇筑拱顶混凝土时可使用液压油缸打开闸门，混凝土可通过浇筑孔输送到拱顶混凝土浇筑区。当拱顶混凝土浇筑完成后，驱动液压油缸可将浇筑孔封闭。

如图4所示，所述台车包括门架1、位于门架1顶部的横移架2、与横移架2连接的横移油缸3、位于横移架2上方的拱顶模板4、与拱顶模板4和门架1连接的边模油5缸和位于门架1上的顶升油缸6，还包括智能信息集成控制系统，门架机构利用三角形稳定性原理，采用双跨框架整体结构模板体系及填充体形成封闭三角形稳定结构和整体受力体系，有效增大净空面积，改善隧道通风与施工环境；增强了模板的刚度和整体性；台车采用智能信息集成控制系统，即拱顶、边墙及拱腰新浇筑混凝土的压力、入模温度实时监控显示，效提高混凝土浇筑质量，在拱顶振捣时，台车采用插入式自动振捣和气动式振捣器，有效保证拱顶混凝土密实性，提高了拱顶衬砌质量；台车的液压控制系统采用集成本地及远程遥控控制，便于操作，提高衬砌台车定位效率，台车的行走系统采用PLC变频控制软启动并设置有点动控制，有效保证台车精准定位；台车在对边墙进行浇筑时，采用分层带压浇筑，图9所示，即边墙模板分为4层，单侧第一层和第三层分别设置2个浇筑点、第二层和第四层分别设置1个浇筑点；拱顶设置有3个浇筑点，常用1个浇筑点，另外2个点备用，共15个浇筑点。台车配备清洗系统，所需水和高压风应提供。衬砌台车边模均采用插入式振捣棒；拱顶纵向采用气动式振捣，拱顶模板是根据施工特点使用板材自制而成，其中顶模连接板材质为Q235A，板材厚度14mm，面板材质为Q235A，板材厚度12mm，模板连接板材质为Q235A，板材厚度12mm，模板连接座材质为25b槽钢；角钢牌号为∠90×56×6，台车理论衬砌长度为12000mm/循环，单块模板宽度1500mm，面板厚度为12mm，腹板厚度为12mm；

台车为液压定位脱模，液压系统工作压力为12MPa。台车行走速度为3-7米/分；行走采用4×7.5kw电机驱动，电机带电磁制动。台车升降油缸行程为300m，横移油缸行程为±150mm，边模油缸行程为300mm。单个部件最长为12500mm；浇筑管直径为∅125mm。模板台车中部设有5层平台，台车两端设置有3层平台。衬砌台车采用泵送混凝土自动旋转对接管路布料系统，分层逐窗浇筑混凝土，边墙模板分为4层，单侧第一层和第三层分别2个浇筑点、第二层和第四层分别1个浇筑点；拱顶设置有3个浇筑点，常用1个浇筑点（2个点备用），共15个浇筑点。台车配备清洗系统，所需水和高压风提供。

如图10、图11所示，分层带压浇筑采用的是布料系统，布料系统主要包括回转机构、接头机构、主管道、分支管道机构主要包括主管路、旋转接头、旋转管路支架、旋转装置、回转装置基座、管卡和支架等部件。主管路是混凝土输送管道，在旋转接头处分为固定段和旋转段，固定段的另一端接拖泵的出料口，旋转段的另一端接分支管道。主管路的固定端通过管卡、支架固定在衬砌台车的工作平台上，主管路的旋转段通过管卡固定在旋转管路支架上。旋转装置通过旋转装置基座固定在衬砌台车作业平台上，上述的旋转管路支架与旋转装置连接。使用伺服电机驱动旋转装置，进而带动旋转管路支架、主管路旋转段转动，实现主管路与分支管路准确对中。

如图6所示，衬砌台车的模板上设置有作业窗口，用于浇筑混凝土和振捣作业。根据有关规定，混凝土浇筑时，混凝土自由倾落高度不得高于2m，以避免混凝土发生离析。因此，模板上须布置适量的作业窗口，供输送软管依层浇筑。模板台车第一排窗口距边墙基础高度为1800m，由于第二排窗口已在起拱线上，混凝土可以顺着模板下流，与其它结构协调后，第二排窗口距第一排窗口高度差为1600mm，第三排距第二排高度差1600mm，三层窗口浇筑完后可在第四排窗口和顶部浇筑孔混凝土输送管间选择浇筑方式。模板边墙作业窗口宜分层布置、层高不宜大于2m，每层设置4～5个窗口，梅花形错开布置，纵向分布间距不大于3m，窗口尺寸可采用500mm×500mm。一般情况下，衬砌台车边墙第二排、第三排作业窗及施工缝处，可开具长条形状窗口，若模板宽度为1500mm，可开具长度为1000mm，高度400mm作业窗，并且第二排、第三排每块模板都应开设，以保证混凝土振捣时有足够的操作空间。

如图12所示，衬砌模板就位前需要将“V”型橡胶条预先粘贴在施工缝的倒三角上，衬砌台车移动到位后，在衬砌台车端部作业平台上，完成沿模板台车端部环向粘贴“V”型橡胶条，衬砌台车方可移动模板，压紧“V”型橡胶条，在移动过程中应进行准确定位，保证实现零搭接，避免压溃已成型衬砌混凝土结构。台前模板前进方向一端采半角钢“V”型装置断面为直角三角形，底×高为22mm×48mm，主要作用是使衬砌施工缝形成半“V”型倒角，使下一步工序利用其安装“V”42mm×50mm橡胶条；橡胶材质是可重复使用的压缩橡胶，压缩量在40%以上，具有弹性系数为90%～100%；在已成型衬砌端头施工缝处设置柔性“V”型槽零搭接装置，可实现施工缝零距离搭接，具有缓冲棱角、防顶裂、排水槽道和美缝效果，避免混凝土浇筑过程中漏浆，起到密封作用，有利于提高搭接端施工缝处混凝土施工质量。

验收施工包括判断衬砌混凝土的密实度、饱满度和台车自身安全状态的情况，然后结束混凝土施工，养护、脱模并移动模板台车，直至施工结束。

实施例2

如图2和图3-1、图3-2所示，一种隧道衬砌拱顶压力及饱满状态的监测方法，包括以下步骤：（1）在防水板和初期支护混凝土之间铺设分布式触压传感器，用于判断初期支护混凝土与拱顶的接触状态，拱顶模板的上表面铺设压力传感器，用于判断衬砌拱顶的底部压力，拱顶模板下表面设有若干第二压力传感器，用于判断衬砌拱顶的混凝土密实状态；模板台车的台车长12m，顶部距两端1m设置2个压力传感器，中部每2.5m设置2个压力传感器，共计4个压力传感器；侧墙压力传感器布设于台车距轨面上3m位置左右两侧各布3个，沿台车纵向间距3m，侧部压力传感器量程选取0.5MPa，考虑混凝土侧压力比顶部压力大，考虑量程范围比顶部大，实际测得侧部压力最大值0.3MPa，正常稳定压力0.05～0.15MPa范围，模板台车侧部压力波动范围为0.1～0.3MPa，侧部压力随混凝土初凝逐渐稳定，取得压力值读数，控制压力小于侧模板设计承载力值，此时，说明侧部压力处于安全稳定状态，侧部压力作为台车设计安全校核，侧部压力值设定不大于台车模板自身承载力；监测隧道衬砌顶部压力时，将防水板上表面设有分布式触压传感器，分布式触压带上每隔0.8m设置接触片式分布触压传感器，按隧道衬砌模板台车12m长共计15个分布式触压传感器，即15个指示灯；压力传感器采用两线制，量程0～300KPa，电压DC24V，输出电流4～20mA，主要参数变化是量程，由之前的0～1MPa改为了现在的0～0.5MPa，小的量程带来了高的显示精度，可以将整个过程的压力变化更清楚的显示出来，第二压力传感器的型号为YM-102YP（2）通过分布式触压传感器、压力传感器和第二压力传感器的数据，可得出衬砌拱顶与初期支护混凝土的接触状态、衬砌拱顶底部压力和上部压力，保证衬砌拱顶混凝土100%密实和饱满。

步骤（2）中，在混凝土浇筑即将终结时，顶部新浇筑混凝土压力为0.03~0.05 Mpa，压力传感器的数值稳压3min～5min后，确保新浇筑混凝土受力而填充密实，确保混凝土带压浇筑而填充密实，使混凝土受力稳定而充分填充，作为判定隧道衬砌拱顶新浇筑混凝土处于密实状态；然后观测分布式触压传感器反馈信号，当分布式触压传感器的接触压力达到设定数值时，即判定拱顶新浇筑混凝土与分布式触压传感器对应接触部位饱满状态；当拱顶浇筑混凝土全部接触分布式触压传感器时，显示终端全部指示灯变同一颜色，表明拱顶新浇筑混凝土全部处于饱满状态，作为判定结束混凝土浇筑标准。当混凝土浇筑至封顶时，应从靠近搭接端头刹尖孔浇筑拱顶部混凝土，采取连续、匀速、均衡浇筑，减少对模板冲击力，控制速度正常浇筑；在混凝土浇筑即将终结时，衬砌拱顶的顶部压力指标控制在0.03～0.05Mpa稳压3min～5min后，确保混凝土受力而填充密实，使混凝土达到密实状态，同时结合隧道衬砌浇筑防空洞主动监测技术，观测分布式触压传感器反馈信号，分布式触压传感器的接触片压力达到一定数值0.01Mpa时，即判定衬砌拱顶混凝土饱满状态。

当混凝土接触顶部的分布式触压传感器时，全部指示灯变同一颜色，表明衬砌拱顶混凝土处于饱满状态，判定为结束浇筑标准；证明隧道拱部混凝土浇筑以压力控制为主，以饱满状态监测为辅，综合判定混凝土浇筑终结时间。

当采用拱顶4个压力传感器时，顶部的压力值最大0.06Mpa，最小值0.01Mpa，压力初期由0.0Mpa，随混凝土浇筑量增加而增大，当混凝土接触压力传感器时，显示压力逐渐增大，当压力达到0.03Mpa时，压力增加不明显，趋于稳定。当压力达到峰值0.06Mpa时，压力随时间增加而减小，当达到混凝土初凝时间时，压力表恢复初始状态趋于零。当混凝土浇筑至封顶时，应从靠近搭接端头刹尖孔浇筑拱顶部混凝土，采取连续、匀速、均衡浇筑，减少对模板冲击力，控制速度正常浇筑；在混凝土浇筑即将终结时，衬砌拱顶的顶部压力指标控制在0.03～0.05Mpa稳压3min～5min后，确保混凝土受力而填充密实，使混凝土达到密实状态，同时结合隧道衬砌浇筑防空洞监测技术，观测分布式压密传感器反馈信号，当分布式触压传感器的接触片压力达到一定数值0.01Mpa时，即判定拱顶混凝土饱满状态。当混凝土接触顶部分布式触压传感器时，全部指示灯变同一颜色，表明拱顶混凝土处于饱满状态，判定为结束浇筑标准；试验表明，拱部混凝土浇筑以压力控制为主，以饱满状态监测为辅，综合判定混凝土浇筑终结。

自动布料带压浇筑智能台车信息系统显示15个传感器信号状态，其中拱顶正中沿纵向布设4个压力传感器，边墙沿纵向左右两侧各布设3个共计6个，边墙布设1个温度传感器，拱腰布设4个，随着拱顶混凝土浇筑情况，且在一定大小且持续的压力下，通过显示状态来监测混凝土浇筑密实状况，新型智能衬砌台车可以实时监测隧道衬砌拱顶密实度状态，适时监测，实时掌握拱顶浇筑是否密实，主动避免衬砌拱顶脱空情况，确证台车自身结构安全。可实现浇筑全过程监测，全面掌握浇筑过程，避免两侧和前后不平衡浇筑，避免中断时间过长形成冷缝，并将监测状况自动存储于信息化系统。

检测效果：通过实验21组衬砌，混凝土输送泵HBT-60型，每组12m，共计浇筑252m，于2018年10月28日～2019年2月20日，为确保拱顶混凝土密实度和饱满度，减少拱顶空洞、脱空和不密实现象，自动布料带压浇筑智能衬砌模板台车顶部预留4个压力传感器，通过信息传输平台，储存对应部位压力数值、时间等参数，顶部防脱空压力实验数据来源于智能化衬砌台车的压力监测系统。第三方实体扫描检测为拱顶空洞0处及脱空3处；不密实度1处，脱空率较传统台车减少80%以上，不密实减少88%以上，效果显著。

本发明的总的操作步骤如下：（1）衬砌台车准备就位，检查台车搭接端橡胶条固定、台车前进端端头模紧固及各部件工作情况。主要拱接端采用软搭接，一是有利于台车上下升降和左右精确对位起缓冲作用，防止顶力过大造成已成型衬砌端顶裂或碰撞混凝土结构；二是软搭接起密封保压作用，使也已成型衬砌形成紧密密封体，以免浇筑混凝土时泄压或漏浆；三是“V”型槽方式软搭接，可以实现零距离搭接，起到棱角缓冲和美缝作用，还可以免拱顶漏水，起排水槽道作用。

（2）拱墙施工缝混凝土接茬处理，校正固定台车位置，调整台车丝杆固定模板；安装台车前进方向端头中埋式止水带，再安装台车前进方向的上端头模板，可采用可伸缩橡胶端模，根据初期支护或开挖断面尺寸适当增加或减少橡胶垫块，填充密实端头，顶正中最高处预留排气孔。（下端头模板为钢模板，已固定于台车端头）。

（3）利用封闭管路带压浇筑自动对接装置，旋转至指定位置的左右两侧对接窗口管路，实现分仓分层由下向上常压浇筑，每侧按30～50cm分层厚度浇筑和振捣，当分层完成后，再次旋转换管对接左右两侧交替进行浇筑；第1、3层窗口左右两侧按2个浇筑点进行浇筑，分层对称浇筑并振捣密实，浇筑至第1、3层窗口下30～50cm时，关闭操作窗口。

（4）再利用封闭管路带压浇筑自动对接装置，旋转至2、4层指定位置的左右两侧对接窗口管路，实现分仓分层由下向上常压浇筑，每侧按30～50cm分层厚度浇筑和振捣，当分层完成后，再次旋转换管对接左右两侧交替进行浇筑；第2、4层窗口左右两侧按1个浇筑点进行浇筑，分层对称浇筑并振捣密实，浇筑至第2、4层窗口下30～50cm时，关闭操作窗口，此时，边墙及拱腰部已完成浇筑。

（5）拱顶采用单斜孔由下向上逆向封闭管路带压浇筑，单斜孔距搭接端0.75～2m，由混凝土流向由台车搭接端向台车前进方向浇筑，当混凝土浇筑至封顶时，应从靠近搭接端头刹尖孔浇筑拱顶部混凝土，采取连续、匀速、均衡浇筑，减少对模板冲击力，控制20m³/h速度正常浇筑。

（6）当第1#压力传感器压力产生数值时，说明该传感器部位混凝土存在压力，随浇筑量不断增加，第2#、3#、4#压力传感器逐渐压力增大；当第1#～4#压力值不断上升，压力达到峰值0.06mpa时，压力随时间增加而减小，说明该部位混凝土已密实，结合顶部分布式触压传感器接触状况，当混凝土已接触拱顶时，说明顶部混凝土已饱满和密实。

（7）当浇筑量接近完工设计量1～3m³（剩余量）时，将正常泵压降低至50%以下，按“连续、低压、慢灌”原则进行浇筑，采用小压、少量、低速浇筑压入混凝土，减少对混凝土结构和模板台车冲击，使混凝土填充模板内部空间。

（8）在混凝土浇筑即将结束时，顶部压力指标（按控制0.03～0.05mpa）稳压3min～5min后，确保混凝土受力而密实，达到密实状态，同时结合隧道衬砌浇筑主动监测技术，观测分布式传感器反馈信号，当分布式触压传感器接触片压力达到0.01Mpa时，即判定拱顶混凝土饱满状态。

（9）观察台车信息系统反馈信息，稳定30分钟左右，若无异常变化，结束浇筑混凝土，采用高压风和清洁球吹洗管路，必要时采用清洁水冲洗管路。整理本次混凝土浇筑的文字或图像记录资料。

本发明的其他实施例中，本发明拱部采用斜孔浇筑原理，需要说明的斜孔角度问题，因斜孔可以是30°～60°间，由于混凝土的流动性与管道或封闭容器内腔摩擦、台车模板分块构造等原因，充分考虑混凝土的流动特性，边墙及拱腰混凝土混凝土粗骨料最大公称粒径不应大于31.5mm，塌落度为160～200mm，扩展度为≥450mm；拱部混凝土粗骨料最大公称粒径不应大于25 mm，坍落度为180mm～220mm，扩展度为≥500mm，扩展时间2s～8s时，为不产生泵送堵管、流动不畅现象，综合考虑斜孔可以是30°～60°较为合理。

本发明需说明单斜孔距搭接端（已成型衬砌端）距离为0.75m～2m，综合考虑单斜孔角度对混凝土流动性影响，兼顾施工缝混凝土密实度和前进方向的混凝土饱满度，两者兼顾综合考虑，试验初期，采用60°较为合理；同时因斜孔布置增加出口压力，混凝土喷口存在冲击距离，对施工缝部位混凝土挤密效应，自然状态下混凝土的堆积角为15°～30°，考虑到台车单块模板板缝受力脆弱等因素，实践中斜孔设置与施工缝间0.95m～2m距离，不存在堵管和混凝土流动差现象，最终经过实体扫描检测，效果较以往传统方法采用3个垂直孔浇筑混凝土结构空洞为零，脱空率减少90%以上，不密度几乎没有，因此，本发明要明确单斜孔浇筑原理同时，还要明确斜孔设置原则。

本发明带压浇筑方法所采用的材料是钢质材料，可能存在其他新型材料所替代，带压浇筑所形成的封闭空间或容器，可能是全部空间，也可能是局部空间，隧道衬砌边墙或底部可以是敞开式空间浇筑，但拱顶混凝土浇筑必须是封闭空间，不然难易形成压力，有约束才能产生压力，有密闭空间才能挤压混凝土密实，存在主动压力和被动压力关系。

Claims (5)

1.一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺，其特征在于：包括以下步骤，施工准备工序、混凝土浇筑填充施工工序和质量验收施工工序；

所述施工准备工序包括混凝土生产、混凝土运输和混凝土进场验收，等待泵送入模板；

混凝土填充施工工序包括上道工序验收，验收合格后进行初期支护混凝土下表面铺设防水层，检查验收合格，进行隧道衬砌墙部和拱部施工缝接茬处理，同步进行在模板上涂刷模板脱模剂，然后模板台车行走就位，安装已成型衬砌端与施工缝柔性搭接防顶裂装置，调整后将模板台车精确定位，安装模板台车端头模和止水带，使衬砌台车模板与初期支护混凝土之间形成密闭空间，通过管道将新浇筑混凝土带压送入所述密闭空间内，隧道衬砌模板台车在对衬砌边墙浇筑时，采用两侧对称分层带压浇筑，拱顶采用斜孔带压入模一次性浇筑工艺，最后进行封顶混凝土带压浇筑、振捣工序，直至混凝土浇筑结束；在防水板的上表面铺设分布式触压传感器，在拱顶模板的上表面安装压力传感器，监测隧道衬砌拱顶新浇筑混凝土密实程度和饱满状态，在模板台车边墙侧部安装压力传感器，监测模板台车自身承载能力和安全状态；

质量验收施工工序包括判断衬砌混凝土的密实程度和饱满状态的情况，然后结束混凝土施工，进行养护、脱模并移动模板台车，直至施工结束；

所述密闭空间的顶部和底部分别设有排气孔和检查孔，拱顶模板的底部受到一定压力，填充所述密闭空间，使衬砌拱顶密实度和饱满度达到要求，管道与输送泵连接输送，混凝土进入密闭空间时具有一定的压力；

所述混凝土施工中，当混凝土浇筑至拱顶的封顶部位时，应从靠近搭接端头的浇筑孔或刹尖孔浇筑拱顶部混凝土，采取连续、匀速、均衡浇筑，减少对模板冲击力，控制浇筑速度正常浇筑；

所述拱顶模板的最高位置设有浇筑孔，浇筑孔沿拱顶模板的顶部的纵向设置2~4个，浇筑孔与拱顶模板的夹角为30°~60°，斜口朝向上一环已成型隧道衬砌的施工缝位置。

2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺，其特征在于：所述台车包括门架、位于门架顶部的横移架、与横移架连接的横移油缸、位于横移架上方的拱顶模板、与拱顶模板和门架连接的边模油缸和位于门架上的顶升油缸，还包括智能信息集成控制系统。

3.一种隧道衬砌拱顶压力及饱满状态的监测方法，其监测方法是根据权利要求1所述的一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺，其特征在于：包括以下步骤：（1）在防水板和初期支护混凝土之间铺设分布式触压传感器，用于判断初期支护混凝土与浇筑衬砌拱顶混凝土的接触状态，衬砌拱顶模板的上表面安装压力传感器，用于判断隧道衬砌拱顶混凝土浇筑的底部压力，拱顶模板下表面设有若干第二压力传感器，用于判断隧道衬砌拱顶的新浇筑混凝土处于密实状态；（2）通过分布式触压传感器、压力传感器和第二压力传感器的数据，可得出隧道衬砌拱顶浇筑混凝土与初期支护混凝土的接触状态、衬砌拱顶底部压力和衬砌拱顶上部压力，能够保证隧道衬砌拱顶浇筑混凝土100%达到密实和饱满；

步骤（2）中，在混凝土浇筑即将终结时，顶部混凝土浇筑压力达到设定压力后，压力传感器的数值稳压3min～5min后，确保混凝土带压浇筑而填充密实，使混凝土受到压力充分填充密实，作为判定隧道衬砌拱顶新浇筑混凝土的密实状态；然后观测分布式触压传感器反馈信号，当分布式触压传感器的接触压力达到设定数值时，即判定拱顶新浇筑混凝土与分布式触压传感器对应接触部位的饱满状态；当拱顶浇筑混凝土全部接触分布式触压传感器时，显示终端全部指示灯变同一颜色，表明拱顶新浇筑混凝土全部处于饱满状态，作为判定结束混凝土浇筑标准。

4.根据权利要求3所述的一种隧道衬砌拱顶压力及饱满状态的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）在隧道衬砌边墙模板侧部安装压力传感器，用于判断模板台车边墙部位新浇筑混凝土侧压力，模板台车边墙侧部安设有若干第二压力传感器，用于判断隧道衬砌模板台车自身承载能力；（2）通过模板台车边墙安设侧部压力传感器获取的数据，可得出隧道衬砌边墙新浇筑混凝土时，判定模板台车自身承载能力的安全状态；步骤（2）中，当混凝土浇筑至模板台车边墙或侧墙位置时，边墙或侧墙部位混凝土侧压力达到新浇筑边墙或侧墙混凝土临界承受压力高度，即当混凝土侧压力最大值小于模板台车自身承载能力，作为判断模板台车处于安全状态标准。

5.一种如权利要求1所述的一种隧道衬砌带压入模浇筑工艺所用的柔性搭接防顶裂装置，其特征在于：在已成型衬砌端头施工缝处设置柔性“V”型槽零搭接装置，可实现施工缝零距离搭接，具有缓冲棱角、防顶裂、排水槽道和美缝效果，避免混凝土浇筑过程中漏浆，起到密封作用，有利于提高搭接端施工缝处混凝土施工质量。

Images