小直徑隧道新型高效仰拱模板體系的研制中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司筑夢深隧

QC

小組指導專家：李峰一、工程簡介大東湖核心區(qū)污水傳輸系統(tǒng)工程，為國家戰(zhàn)略“長江大保護”與武漢“四水共治”重點項目。工程穿越武漢武昌區(qū)、洪山區(qū)、東湖風景區(qū)和青山區(qū)四個行政區(qū)，主要作用是將武漢大東湖核心區(qū)沿線污水收集，經(jīng)預處理后傳輸至新建的北湖污水處理廠進行集中處理，服務面積達

130km2，遠期服務面積達到200km2。工程采用

PPP

模式建設(shè)，概算總投資

30.29

億元，工程建設(shè)周期

2.5

年。工程為國內(nèi)首條正式開建的污水傳輸深層隧道，國內(nèi)傳輸流量最大(15m3/s)、輸送距離最長的排水深隧（17.5km），具有技術(shù)創(chuàng)新多，施工難度大，安全風險高，社會關(guān)注度高等特點。工程施工內(nèi)容為：（1）污水傳輸隧道：17.5km

主隧工程，包含

9

個豎井及9

個區(qū)間，區(qū)間埋深

30-56m，結(jié)構(gòu)形式為

25cm

厚預制盾構(gòu)管片+20cm

現(xiàn)澆鋼筋混凝土二襯雙層疊合式襯砌結(jié)構(gòu)，成型內(nèi)徑為

3.0~3.4m；1.7km

支線工程，2-D1500mm

頂管隧道，包含

2

個豎井、2

個區(qū)間。（2）地表完善系統(tǒng)：包含沙湖污水提升泵站、二郎廟預處理站、落步咀預處理站、武東預處理站及配套管網(wǎng)。129圖

1.1

工程平面圖二、小組簡介2.1

小組簡介本小組成立于

2018

年

1

月，全組共

11

人，組長由公司總工兼項目經(jīng)理戴小松擔任，組員主要由項目分管領(lǐng)導、技術(shù)部、工程部、質(zhì)檢部相關(guān)成員組成，小組成員均受過

QC

專業(yè)培訓，并且在本崗位有多年的工作經(jīng)驗。表

2-1

小組情況表小直徑隧道新型高效仰拱模小組課題課題類型創(chuàng)新型板體系的研制筑夢深隧

QC

小組人均

160h小組名稱QC教育時間課題注冊號活動形式活動頻次活動時間1

次/周2019.01-2020.04序號zjsjc006-2021組內(nèi)會議、調(diào)研咨詢、培訓交底、現(xiàn)場論證等組內(nèi)分工小組成員戴小松性別男文化程度本科崗位組內(nèi)分工全面指導公司總工/項目經(jīng)理1組長項目常務副經(jīng)理常務副組長234余南山劉開揚靳志誠男男男大專本科本科全面負責技術(shù)指導檢查實施項目總工副組長組員項目質(zhì)量總監(jiān)567陳偉男男男本科本科碩士技術(shù)員技術(shù)員技術(shù)員組員組員組員圖紙設(shè)計、資料收集圖紙設(shè)計、資料收集圖紙設(shè)計、資料收集谷海華蘇長毅13089彭文韜劉康宇周浩男男男男本科本科碩士本科施工員施工員質(zhì)檢員質(zhì)檢員組員組員組員組員檢查實施、資料收集檢查實施、資料收集圖紙設(shè)計、資料收集檢查實施、資料收集1011劉燦光2.2

活動計劃本次

QC

活動的詳細計劃如下圖所示，實際進度與計劃進度保持一致。圖

2.1

QC

活動計劃圖三、選擇課題3.1

課題來源大東湖深隧工程隧道是全國首條正式開建的污水深隧工程，主隧結(jié)構(gòu)采用25cm

厚預制鋼筋混凝土管片+20cm

厚

C40P12

現(xiàn)澆鋼筋混凝土二襯的疊合式襯砌，最小成型內(nèi)徑

3.0m，最長區(qū)間

3.6km，隧道區(qū)間距離長、曲率大、作業(yè)空間小，且二襯混凝土為薄壁結(jié)構(gòu)，隧道傳輸介質(zhì)為強腐蝕污水，施工質(zhì)量要求高。根據(jù)設(shè)計要求，現(xiàn)澆鋼筋混凝土二襯擬兩次施工，先施工底部仰拱，后施工拱墻，受總體工期限制，仰拱施工工期緊張。本工程根據(jù)以往施工經(jīng)驗，進行仰拱木模板方案地面試驗。試驗表明：木模本身剛度弱，支撐加固密集，洞內(nèi)材料轉(zhuǎn)運工作量大，施工效率極低、模板安裝精度控制差、抗浮措施復雜，且可周轉(zhuǎn)次數(shù)少。131圖

3.1

傳統(tǒng)仰拱模板地面試驗針對二襯仰拱施工存在的問題，小組成員通過查閱資料及調(diào)研，對仰拱模板的材料及形式進行了適應性分析。目前，常用的模板可分為木模板、鋼模板及鋁模板三種，分析如下：表

3-1

常用二襯仰拱模板材料分析表模板材料木模板鋼模板鋁模板圖示1、木模重量較低，整體

1、鋼模重度大，模板剛度

1、鋁模重量較大，但鋁模彎剛度低；

大；

弧困難，暫未見隧道工程引入2、木模單價低，但其可

2、鋼模單價較高，但可周

該類型模板；周轉(zhuǎn)次數(shù)少，總體成本

轉(zhuǎn)次數(shù)多，投入單套模板即

2、鋁模單價高，施工過程中適用性分析較高；3、模板支撐加固密集，

總體成本較低；洞

內(nèi)

材

料

轉(zhuǎn)

運

工

作

量

3、模板整體重量大，洞內(nèi)

3、模板整體重量較大，洞內(nèi)可滿足單作業(yè)面周轉(zhuǎn)需求，

容易發(fā)生變形，模板損耗較大，總體成本高；大，施工工效較低。轉(zhuǎn)運存在一定困難。轉(zhuǎn)運存在一定困難。分析結(jié)論適用性低適用性高不適用制表人：谷海華制表時間：2019

年

1

月小組成員根據(jù)模板材料分析的結(jié)果，又進一步查閱了相關(guān)資料并進行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在仰拱施工中，根據(jù)隧道斷面大小及長度不同，采用的模板體系也存在一定差異，但

80%以上的工程采用了散拼模板或仰拱臺車實施，技術(shù)應用較為成熟。小組成員根據(jù)項目情況，對這兩種模板體系形式的適應性進行了分析。132表

3-2

常用二襯仰拱鋼模形式分析表模板體系形式圖示小塊拼接鋼模仰拱臺車1、小塊鋼模需以直代曲，環(huán)向

1、臺車配備整塊定型鋼模，整體剛度大；分塊較多，且二襯成型內(nèi)弧面

模板通過臺車整體調(diào)整，就位速度快；模效果差；板隨臺車行進整體轉(zhuǎn)運到位，轉(zhuǎn)運工效高;2、模板加固需投入的型鋼龍

機械化程度高、勞動力投入少；骨、鋼管支架量較大，資源投

2、設(shè)備笨重，上部需布設(shè)鋼梁、抗浮撐適用性分析入大；桿及壓重，資源投入大；3、材料運輸量大，組織困難，

3、凈空小，對人員及材料通行影響較大；施工效率低，無法很好適應本

對大曲率彎道適應性低，單次施工長度有工程特點。適用性有限制表人：谷海華限，不能滿足施工工期要求。分析結(jié)論適用性有限制表時間：2019

年

1

月【分析結(jié)論】通過上表的分析，目前常用的二襯仰拱模板體系無法滿足小直徑長距離隧道以及類似工程的小直徑隧道仰拱施工需求，亟需一套能滿足在小直徑隧道內(nèi)高效施工的二襯仰拱模板體系！3.2

查詢借鑒（1）網(wǎng)絡查詢能否找出一種適用于小直徑長距離隧道仰拱施工新型模板體系，以解決項目所面臨的問題。小組成員通過

CNKI

期刊網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識服務平臺、專利數(shù)據(jù)庫、百度網(wǎng)等平臺進行檢索。【檢索關(guān)鍵詞】仰拱施工方法、仰拱模板、仰拱模板臺車、仰拱襯砌臺車133制圖人：陳偉制表時間：2019

年

2

月圖

3.1

網(wǎng)絡查詢結(jié)果展示經(jīng)查詢，暫未發(fā)現(xiàn)良好適用于本工程的仰拱模板體系，但結(jié)合前期的調(diào)查及查詢的結(jié)果，小組成員通過頭腦風暴法，經(jīng)進一步的研究和討論，發(fā)現(xiàn)不同的模板體系均有一定的適應性，但整體適應性較差，因此可借鑒各種模板體系的優(yōu)點，選取適用于本工程的設(shè)計進行融合，創(chuàng)新一種適用于小直徑隧道新型高效仰拱模板體系。表

3-3

查詢及借鑒分析表《公路隧道仰拱小型定型模板高效施工及控制技術(shù)》查詢結(jié)果借鑒點

采用環(huán)向整體式拼接模板?！端淼姥龉芭_車模板系統(tǒng)》查詢結(jié)果134借鑒點

通過機械設(shè)備安裝模板。制表人：陳偉制表時間：2019

年

2

月（2）創(chuàng)新靈感環(huán)向整體式拼接模板可適用于小直徑、長距離、大曲率隧道，但轉(zhuǎn)運困難，施工效率低；仰拱臺車無法適用于小直徑、大曲率隧道，但機械化程度高，可利用設(shè)備進行模板轉(zhuǎn)運，施工速度快。融合兩者的優(yōu)點，能否創(chuàng)新研制出一種適用于小直徑隧道新型高效仰拱模板體系？【確定課題】小直徑隧道新型高效仰拱模板體系的研制！四、設(shè)定目標及目標可行性論證4.1

目標設(shè)定【總體目標】研發(fā)一種適用小直徑隧道新型高效仰拱模板體系，并滿足施工效率高、相鄰模板拼裝錯臺可調(diào)、模板上浮可控三大目標。【施工效率高】本工程工期緊張，根據(jù)項目整體安排，按需要在

6

個月內(nèi)完成二襯施工。最長施工二襯區(qū)間

3.6km

為本工程的關(guān)鍵線路→→根據(jù)整體施工部署，單作業(yè)面仰拱模板轉(zhuǎn)運安裝工效需要達到

30m/天?！鞠噜從０迤囱b錯臺可調(diào)】根據(jù)規(guī)范要求，相鄰模板拼裝錯臺不大于

2mm。仰拱模板需依據(jù)初襯管片進行定位，管片錯臺量可達

4mm→→模板拼裝錯臺可調(diào)能力不小于

4mm。【模板上浮可控】根據(jù)設(shè)計要求二襯隧道表面平整度允許偏差不得大于10mm，考慮模板拼裝錯臺影響→→混凝土澆筑過程中模板上浮量不大于

8mm。4.2

可行性論證【團隊保障】團隊具有“余南山創(chuàng)新工作室”和“劉開揚黨員創(chuàng)新工作室”兩大創(chuàng)新工作室支撐。團隊成員創(chuàng)新意識與科研能力突出，具備多年

QC

經(jīng)驗，QC

功底扎實，多次榮獲各級

QC

獎項。135【研發(fā)環(huán)境】團隊得到了來自省級研究院——中建三局工程技術(shù)研究院、本公司技術(shù)中心等單位的大力指導和支持，研發(fā)環(huán)境有保障。圖

4.1

創(chuàng)新工作室牌匾圖

4.2

局工程技術(shù)研究院等指導小組研發(fā)工作圖

4.3

小組已獲

QC

獎項【指標分析】1、施工效率高：單作業(yè)面仰拱模板轉(zhuǎn)運安裝工效需要達到

30m/天。經(jīng)過小組成員前期調(diào)查，拼接模板體系，通常采用人工進行模板轉(zhuǎn)運安裝，勞動強度大，安裝及轉(zhuǎn)運效率和人員投入存在一定關(guān)系，且部分存在以直代曲，拼裝難度較大，整體效率較低，模板轉(zhuǎn)運安裝效率小于

15m/d；液壓仰拱臺車，采用機械化作業(yè)，模板轉(zhuǎn)運就位均通過機械操作，人員投入少、勞動強度低，單臺

9m

或

12m

仰拱可在

3

小時內(nèi)轉(zhuǎn)運就位完成，即最快可達

72-96m/天。本次創(chuàng)新借鑒兩種模板體系特點進行融合，考慮兩者效率融合，（15+72）/2=43.5m/d＞30m/d，目標可行。2、相鄰模板拼裝錯臺可調(diào)：模板拼裝錯臺可調(diào)能力不小于

4mm。136可通過調(diào)整模板與管片之間的支承長度、墊塊厚度等方式控制模板拼裝錯臺量，目標可行。3、模板上浮可控：混凝土澆筑過程中模板上浮量小于

8mm。仰拱混凝土在澆筑過程中雖然會產(chǎn)生一定浮力，但通過壓重或者其他的措施對模板進行加固措施，可控制混凝土澆筑過程中模板上浮量，目標可行。五、提出方案并確定最佳方案5.1

提出總體方案根據(jù)課題可借鑒點，小組成員要研發(fā)一種適應小直徑隧道，可實現(xiàn)施工效率高、相鄰模板拼裝錯臺可調(diào)、模板上浮可控的仰拱模板體系。最終總體方案為：研制采用機械設(shè)備安裝的環(huán)向整體式定型鋼模。5.2

分級方案的確定研制采用機械設(shè)備安裝的環(huán)向整體式定型鋼模，重點需解決模板轉(zhuǎn)運安裝、模板支承及模板抗浮三大問題。小組成員采用“頭腦風暴法”，針對這三大問題進行細化，提出分級方案并繪制了系統(tǒng)圖。137圖

5.1

總體方案系統(tǒng)圖制圖人：蘇長毅

制圖時間：2019

年

3

月小組成員通過理論分析、咨詢論證、圖紙模擬、實測實量等方式，從作業(yè)效率、安裝精準度、可操作性、勞動強度、施工成本五大方面進行分級方案的細化與比選?！灸０遛D(zhuǎn)運安裝】表

5-1

模板轉(zhuǎn)運安裝分析表模板轉(zhuǎn)運安裝比選人工+輔助措施機械措施圖示在洞內(nèi)增加電動葫蘆，人工+電動葫蘆對模板進行轉(zhuǎn)運安裝圖示說明采用機械措施進行模板轉(zhuǎn)運安裝機械化程度較低，需大量人工輔作業(yè)效率

助，且需增加工序，模擬轉(zhuǎn)運安

×機械化程度高，整體集成，模擬轉(zhuǎn)運安裝作業(yè)效率可達

40m/d√裝作業(yè)效率僅

15m/d138安裝精準度無明顯差異—無明顯差異—狹小洞內(nèi)將投入大量人員，且工可操作性

人勞動強度高，施工效率低，該

×方法可操作性較低。將減少洞內(nèi)人員投入，且機械化程度高，施工效率高，該方法可操作性高√仰拱每施工

12m

將投入

12（人*勞動強度

班），機械化程度低，勞動力強度高仰拱每施工

12m

將投入

4（人*班），機械化程度高，勞動力強度低×√√擬采用

CD5T-H9M

鋼絲繩電動葫蘆（成本價為

6850

元），人工施工成本

成本按

300

元/（人*班）計，隧

×

本按

300

元/（人*班）計，隧道全長機械措施考慮為仰拱臺車形式，根據(jù)以往施工經(jīng)驗考慮為

48

萬元，人工成道全長

17.5km，共計施工人工成本為

526

萬元17.5km，共計施工人工成本為

231.75萬元綜合結(jié)論不選用選用制表人：陳偉制表時間：2019

年

3

月小組成員借鑒地鐵軌排施工及雙層隧道上層預制車道板轉(zhuǎn)運安裝方法，針對機械措施方案提出了無軌門吊與有軌門吊兩種方案。表

5-2

機械措施形式選用分析表機械措施方案比選無軌門吊形式有軌門吊形式圖示將起重設(shè)備安裝在加重型輪胎和輪軸

在仰拱模板上集成軌道設(shè)計，門吊沿軌組成的特制底盤上，可在管片上行駛。

道行駛。圖示說明139作業(yè)效率無明顯差異—無明顯差異——無軌門吊在管片上行走，不影響模板區(qū)域，對模板安裝精準度無

—

進行加強可實現(xiàn)模板安裝精準模板集成軌道，通過對模板支承安裝精準度影響度無影響仰拱上方部分鋼筋無法綁扎，影響后期施工，且仰拱施工

120°，無軌門吊輪胎跨度大，制造難度加大，可操作性低可操作性勞動強度×施工設(shè)備制造成熟，可操作性強√無明顯差異—無明顯差異—經(jīng)與專業(yè)廠家溝通，洞內(nèi)無軌門吊機械成本費約為

50

萬元/臺經(jīng)與專業(yè)廠家溝通，洞內(nèi)有軌門吊機械成本費約為

15

萬元/臺施工成本綜合結(jié)論×√不選用選用制表人：谷海華制表時間：2019

年

3

月模板轉(zhuǎn)運安裝選用完成，小組成員繪制了如下系統(tǒng)圖。圖

5.2

模板轉(zhuǎn)運安裝選定系統(tǒng)圖制圖人：蘇長毅制圖時間：2019

年

3

月【模板支承】表

5-3

模板支承選用分析表模板支承形式比選頂部懸吊底部支承140圖示在上部管片上設(shè)置吊點，避免模板壓壞

在模板下設(shè)置支承，避免模板壓壞鋼筋圖示說明作業(yè)效率鋼筋并保證混凝土厚度。每安裝

1

塊模板設(shè)置頂部懸吊平均需要

8min并保證混凝土厚度。每安裝

1

塊模板設(shè)置底部支承平均需要

1min×√安裝精準度底部支承形式穩(wěn)定性好，模板安裝精準度好吊繩穩(wěn)定性差，模板安裝精準度差

×√√√可操作性勞動強度影響整體空間，實施難度大××可操作性高需在洞內(nèi)搭設(shè)平臺進行吊點設(shè)置，每安裝

1

塊模板多增加

2

名工人相對底部支承而言，每安裝

1

塊模板增加人工成本

6.7

元/次無需搭設(shè)平臺，也無需增加工序施工成本綜合結(jié)論×—√不選用選用制表人：蘇長毅制表時間：2019

年

3

月小組成員通過分析，針對底部支承形式提出了可調(diào)底部支承和成品砼撐靴兩種形式進行比較。表

5-4

底部支承形式選用分析表底部支承可調(diào)底部支承成品砼撐靴形式比選圖示設(shè)計可調(diào)支承，在澆筑混凝土前，支承可承擔模板重力及保證混凝土厚度，在混凝土初凝前可拔出支承避免破壞混凝土結(jié)構(gòu)。原理類似鋼筋保護層墊塊，是由混凝土制作而成，放置于模板底部，為模板提供支撐面并保護二襯鋼筋。圖示說明141作業(yè)效率作業(yè)效率無明顯差異—√作業(yè)效率無明顯差異—×安裝精準度可調(diào)底部支承可以根據(jù)現(xiàn)場實際對所需支承高度進行調(diào)整。不可調(diào)，只能定制不同高度的成品砼，施工精度低?？刹僮餍詣趧訌姸瓤刹僮鳌刹僮鳌獎趧訌姸鹊?，無明顯差異勞動強度低，無明顯差異相對于成品砼靴撐，設(shè)置成本施工成本

高，但可重復使用。施工成本無明顯差異—施工成本無明顯差異不選用—綜合結(jié)論選用制表人：蘇長毅制表時間：2019

年

3

月底部支承形式選用完成后，小組成員繪制了如下系統(tǒng)圖。圖

5.3

模板支承形式選定系統(tǒng)圖制圖人：蘇長毅制圖時間：2019

年

3

月【模板抗浮形式】表

5-5

模板抗浮形式選用分析表模板抗浮形式比選壓重抗浮模板頂部支撐抗浮植筋拉?？垢D示142在模板上配置壓重塊，以

在模板上設(shè)置鋼管支撐體

在管片上植筋，將管片、模系抵抗?jié)岔胚^程中產(chǎn)生的

板連接起來，通過拉力抵抗圖示說明壓重塊的重力抵抗?jié)岔胚^程中產(chǎn)生的浮力。浮力。澆筑砼過程中產(chǎn)生的浮力。植筋數(shù)量多，平均作業(yè)效率平均每塊模板壓重需要

3min平均每塊模板設(shè)置支撐需要

5min√—××——每塊模板穿鋼筋拉模需要

8min×——安裝無明顯差異無明顯差異無明顯差異可操作精準度可通過調(diào)整支撐形式，避免對人員及材料通行造成影響可操作

材料及人員通行性

困難，可操作性低植筋工作量大，增加勞動投入且施工產(chǎn)生隧道灰塵平均

1

塊模板抗浮材料及人工費

376元勞動強

壓重塊重量大，勞度

動強度高×勞動強度較低√√××平均

1

塊模板抗浮材料及人工費

75元施工成本平均

1

塊模板抗浮材料及人工費

144

元√綜合結(jié)論不選用選用不選用制表人：谷海華制表時間：2019

年

4

月小組成員通過分析，針對模板頂部抗浮形式提出了斜向布置和豎向布置兩種形式進行比較。表

5-6

模板頂部抗浮支撐選用分析表模板頂部抗浮支撐比選斜向布置豎向布置圖示鋼管支撐一端用

U

型頂托頂緊兩側(cè)縱

鋼管支撐一端用

U

型頂托抵住模板下向邊部角鋼主楞，另一端直接支撐在

部，另一端抵住管片上部，管片支撐之圖示說明管片手孔上平均每塊模板設(shè)置支撐需要2min間通過橫向連接桿形成整體。平均每塊模板設(shè)置支撐需要5min作業(yè)效率安裝精準度可操作性√—√×—×無明顯差異無明顯差異能滿足施工人員通行及材料轉(zhuǎn)運空間，可操作難以滿足施工人員通行及材料轉(zhuǎn)運空間，可操作性低143勞動強度施工成本綜合結(jié)論無明顯差異無明顯差異選用——無明顯差異無明顯差異不選用——制表人：谷海華制表時間：2019

年

4

月確定最佳方案為有軌門吊轉(zhuǎn)運安裝模板系統(tǒng)+可調(diào)底部支承+模板斜向抗浮支撐形式。小組成員繪制了最佳方案系統(tǒng)圖。圖

5.4

最佳方案系統(tǒng)圖制圖人：蘇長毅制圖時間：2019

年

4

月六、制定對策針對確定的最佳方案，本

QC

小組采用“5W1H”方法，制定了相應的對策和措施，并逐一落實了責任人和完成時限。表

6-1

對策實施表對策目標(why)措施(how)1、根據(jù)設(shè)計及施工部署，對仰拱模板負責人(who)地點(where)時間(when)編號（what）對模板主體進行設(shè)計計算及繪圖確定模板弧度、縱向長度以及基本組件形式陳偉1辦公室

2019.4.15-4.20辦公室

2019.4.20-5.5主體進行設(shè)計并進

谷海華行繪圖1、在模板主體設(shè)計上增加集成軌道安模板轉(zhuǎn)運安裝系統(tǒng)設(shè)計模板轉(zhuǎn)運安裝

裝，并對有軌門吊

蘇長毅效率達到

30m/d

進行選型

谷海華2、依托

BIM

技術(shù)2對模板轉(zhuǎn)運安裝工144序進行模擬及工序優(yōu)化3、對相關(guān)機械設(shè)備進行專項設(shè)計1、在上一步設(shè)計的模板拼裝錯臺

基礎(chǔ)上增加可調(diào)底可調(diào)能力不小

部支承設(shè)計可調(diào)底部支承設(shè)計陳偉蘇長毅34辦公室

2019.5.5-5.15于

4mm。2、依托

BIM

技術(shù)建模模擬1、在上一步設(shè)計的基礎(chǔ)上增加模板斜向抗浮支撐設(shè)計2、對模板支撐形式設(shè)計并采用有限元方法進行計算驗證1、繪制加工圖并委托專業(yè)廠家進行加工模板斜向

混凝土澆筑過抗浮支撐

程中模板上浮谷海華

辦公室

2019.5.15-5.25設(shè)計量小于

8mm。靳志誠2、現(xiàn)場進行模擬試

劉燦光劉康宇3、記錄時間、人員、

彭文韜各項需求均滿足要求?，F(xiàn)場試驗段5模擬試驗驗2019.5.25-5.30機械投入4、對試驗過程、結(jié)果進行分析周浩制表人：谷海華制表時間：2019

年

4

月七、對策實施實施一：【模板主體設(shè)計】根據(jù)設(shè)計要求，二襯變形縫需與管片環(huán)縫對齊，以提高結(jié)構(gòu)整體抗變形能力，由于本工程管片寬度

1.2m，故定制二襯仰拱鋼模單塊設(shè)計寬度定為

1.2m。模板縱向高度由設(shè)計要求的

120°圓心角范圍調(diào)整至

126°，以保證后期拱墻施工搭接。鋼模主體是由面板、法蘭盤、環(huán)向次楞、縱向主楞組成，初定面板采用

6mm厚

Q235

鋼板卷制，環(huán)楞間距

400mm，縱楞間距

500mm，環(huán)向次楞、縱向主楞均焊接在面板上，形成整體，共同受力。經(jīng)整體建模計算，模板強度、剛度均滿足要求。端部環(huán)楞設(shè)置螺栓孔用于模板連接。145圖

7.1

模板主體結(jié)構(gòu)設(shè)計驗算縱向主楞環(huán)向次楞法蘭盤面板圖

7.2

二襯仰拱模板主體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖【實施效果】模板主體設(shè)計完成，模板弧度、縱向長度以及基本組件形式均已確定并通過驗算，達到目標要求。實施二：【模板轉(zhuǎn)運安裝系統(tǒng)設(shè)計】由于洞內(nèi)寬度有限，采用有軌門吊進行模板安裝，勢必需要在模板上集成軌道，同時也要求門吊兩端設(shè)置懸臂，否則無法吊裝模板。集成軌道軌距等于模板寬度+門吊底梁寬度+安全距離，軌底設(shè)鋼板縱向主楞，軌道端面與法蘭盤平齊，長度與模板環(huán)寬一致。為方便模板轉(zhuǎn)運吊裝，在模板兩端設(shè)置吊裝孔，提高模板吊裝效率；同時為方便人員行走及防止砼污染，在模板凹部設(shè)置蓋板，兩側(cè)為可翻轉(zhuǎn)式，方便法蘭螺栓連接。146圖

7.3

二襯仰拱模板設(shè)計門吊由專業(yè)廠家根據(jù)現(xiàn)場需求進行專業(yè)設(shè)及加工，兩端懸臂長度需大于模板對角線長度的一半，并進行模擬，以確保模板旋轉(zhuǎn)空間。圖

7.4

門式軌行吊裝設(shè)備設(shè)計根據(jù)整體施工部署要求，單次施工仰拱長度達

115.2m。如果采用一臺門吊負責模板安拆及轉(zhuǎn)運工作，經(jīng)理論計算拆除一塊模板需

5min（可在模板轉(zhuǎn)運期間完成模板拆除，僅需占用模板吊裝

1min），門吊進行模板轉(zhuǎn)運需

115.2÷4≈14729min，門吊返回需

115.2÷6≈19min（門吊行駛速度為

0～6m/min），模板安裝需

8min。完成一塊模板轉(zhuǎn)運安裝共需

29+19+8+1=57min，則一天可完成模板轉(zhuǎn)運

30m

模板(25

塊)，恰好完成目標，但現(xiàn)場實際施工過程中會受其他因素影響，難以實現(xiàn)目標。為減少關(guān)鍵工序，提高施工效率，擬配置兩臺門式軌行吊裝設(shè)備+一臺軌行電動平板車。兩臺門式軌行吊裝設(shè)備負責模板的拆除及安裝工作，軌行電動平板車與則負責模板轉(zhuǎn)運工作，將關(guān)鍵工序由原來的拆除→轉(zhuǎn)運→安裝三道工序減少至僅一道轉(zhuǎn)運工序，其他兩道工序均不占用時間，經(jīng)理論計算，拆除一塊模板需

5min(可在模板轉(zhuǎn)運期間完成模板拆除，僅需占用模板吊裝至電動平板車上

1min），電動平板車進行模板轉(zhuǎn)運需

115.2÷10≈12min，電動平板車返回需

115.2÷12≈10min（電動平板車行駛速度為

0～12m/min），模板安裝需

8min（可在電動平板車返回期間完成模板安裝，僅需占用模板吊離電動平板車1min）。完成一塊模板轉(zhuǎn)運安裝共需

12+10+1+1=24min，則一天可完成模板轉(zhuǎn)運

72m

模板（60

塊），可滿足目標要求。圖

7.5

模板起吊旋轉(zhuǎn)前示意圖148圖

7.6

模板起吊旋轉(zhuǎn)后示意圖洞內(nèi)側(cè)懸臂小門吊電動平板車洞口側(cè)懸臂小門吊圖

7.7

二襯仰拱模板安裝系統(tǒng)工作圖圖

7.8

軌行電動平板車設(shè)計【實施效果】模板轉(zhuǎn)運安裝理論效率可達

72m/d，大于目標值

30m/d，滿足目標要求。149實施三：【可調(diào)底部支承設(shè)計】結(jié)合模板定位基準、安裝方法及后續(xù)混凝土澆筑影響，擬在模板腰部設(shè)置可調(diào)底部支承系統(tǒng)，該系統(tǒng)由斜向撐桿、限位銷軸、固定座板、可調(diào)節(jié)銷筒組成。其中斜向撐桿可穿入可調(diào)節(jié)銷筒，可調(diào)節(jié)銷筒與固定座板采用螺紋連接，通過調(diào)整螺紋擰入數(shù)量實現(xiàn)底部支承系統(tǒng)調(diào)節(jié)，為保證底部支承系統(tǒng)可調(diào)能力達到

4mm，同時結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)造及受力要求，固定座板采用

2cm

厚鋼板制作，可實現(xiàn)底部支承系統(tǒng)可調(diào)能力達

8mm，達到目標要求?；炷翝仓?，調(diào)整銷筒外露端長度，同時將斜向撐桿插入銷筒，并利用限位銷軸與銷筒鎖死，保證混凝土澆筑厚度及保護鋼筋不被模板壓壞。混凝土澆筑完成后，及時拔出限位銷軸，并將斜向撐桿底部限位孔與可調(diào)節(jié)銷筒限位孔對齊，并用限位銷軸鎖死，此時銷軸平齊于模板面，避免二襯仰拱澆筑完畢后出現(xiàn)銷軸無法拔出或出現(xiàn)孔洞。拉環(huán)頂部限位孔斜向撐桿底部限位孔可調(diào)銷筒主楞2cm固定座板面板圖

7.9

可調(diào)底部支承簡圖繪制澆筑前澆筑后圖

7.10

可調(diào)底部支承工作圖150【實施效果】模板可調(diào)底部支承系統(tǒng)設(shè)計完成，模板拼裝錯臺可調(diào)能力達8mm，大于目標值

4mm，滿足目標要求。實施四：【模板斜向抗浮支撐設(shè)計】仰拱定制鋼模整體剛度較大，經(jīng)計算，在模板兩側(cè)設(shè)置φ48

鋼管支撐及花籃螺栓進行支撐即可，實現(xiàn)了模板中間凈空全部留出，方便供轉(zhuǎn)運設(shè)備行走作業(yè)。鋼管支撐一端用

U

型頂托頂緊兩側(cè)縱向邊部角鋼主楞，另一端直接支撐在管片手孔上，旋緊頂托兩側(cè)頂緊即可，用于支撐豎向浮力；同時將花籃螺栓設(shè)置在模板兩側(cè)連接圓環(huán)與預留鋼筋之間，用于抵抗不對稱澆筑時的水平荷載，限制模板側(cè)向位移。圖

7.11

斜向布置模板抗浮支撐示意圖151圖

7.12

模板抗浮支撐應力計算【實施效果】模板斜向抗浮支撐形式設(shè)計完成，經(jīng)計算，支撐軸向壓力為42.3kN

小于允許壓力

77.7kN，斜向支撐可滿足目標要求。實施五：【1：1

模擬試驗】為檢驗設(shè)計方案的可操作性，小組綜合各系統(tǒng)設(shè)計，繪制二襯仰拱模板整體

BIM

模型，有效避免了各系統(tǒng)交叉影響，經(jīng)審核無誤后出具詳細加工圖紙，委托專業(yè)工廠加工。圖

7.13

二襯仰拱模板設(shè)計152圖

7.14

二襯仰拱模板加工圖紙模板加工完成后，在地面設(shè)置了

1:1

實體模型，直接試驗模擬小直徑隧道工況下，對二襯仰拱模板安裝、拆卸、轉(zhuǎn)運等操作進行了可行性檢驗。圖

7.15

模擬試驗【實施效果】小直徑隧道新型高效仰拱模板體系各項功能滿足要求，可實現(xiàn)設(shè)計功能，試驗通過！八、效果檢查8.1

目標檢查【施工效率高】一種適應小直徑隧道新型高效仰拱模板體系自

2019

年

9

月首次投入使用，153在

4

個月內(nèi)完成

3.6km

的最長二襯施工區(qū)間，整體節(jié)約目標工期

33%。模板轉(zhuǎn)運安裝目標工效為

30m/天，通過該二襯仰拱模板體系，平均實際工效提升至59.73m/天，工效提升

99%。下表為二襯施工中仰拱模板轉(zhuǎn)運安裝施工部分實測工效數(shù)據(jù)。表

8-1

二襯仰拱模板轉(zhuǎn)運安裝工效表施工內(nèi)容時間耗時（h）實際工效第一節(jié)段開始完成開始完成開始完成開始完成開始完成開始完成2019/9/102019/9/122019/9/132019/9/152019/9/162019/9/182019/9/192019/9/212019/9/222019/9/242019/9/252019/9/2714:0011:0019:0019:3013:0011:3018:0015:3010:009:0045.061.44m/天（115.2m）第二節(jié)段（115.2m）第三節(jié)段48.546.545.547.045.057m/天59m/天（115.2m）第四節(jié)段60.7m/天58.8m/天61.44m/天（115.2m）第五節(jié)段（115.2m）第六節(jié)段18:0015:00（115.2m）制表人：劉康宇制表時間：2019

年

10

月圖

8.1

二襯模板安裝工效對比柱狀圖制圖人：劉康宇

制圖時間：2019

年

10

月結(jié)論：模板轉(zhuǎn)運安裝實際工效

59.73m/天＞30m/天，達到要求目標！【相鄰模板拼裝錯臺可調(diào)】模板拼裝完成后，QC

小組施工成員對模板拼裝質(zhì)量進行檢查，并對模板檢查的拼裝錯臺值進行統(tǒng)計，3#-1#區(qū)間共檢測

3854

個點，結(jié)果如下：154圖

8.2

隧道模板安裝檢驗記錄表表

8-2

相鄰模板拼裝錯臺情況表拼裝錯臺值-2~-1-1~0點數(shù)58占比1.5%6%允許偏差231333421219086.5%5.5%0.5%100%±2mm0~11~2合計3854制表人：劉燦光制表時間：2019

年

10

月結(jié)論：根據(jù)上表可知，經(jīng)檢查的各點，均滿足相鄰模板拼裝錯臺要求，控制在±2mm

內(nèi)，且

86.5%的模板無錯臺，完成目標！【模板上浮可控】模板上浮最終會影響隧道平整度，即設(shè)計成形直徑減去實測斷面直徑即為模板上浮量。根據(jù)設(shè)計要求，該區(qū)間成形斷面為直徑

3.0m

圓形。二襯澆筑完成后，對成型斷面每

12m

進行一次內(nèi)凈空檢測。下表為內(nèi)凈空斷面部分實測數(shù)據(jù)。表

8-3

內(nèi)凈空斷面實測數(shù)據(jù)表部位設(shè)計成形直徑（mm）

允許偏差（mm）

實測斷面直徑（mm）

驗收偏差（mm）K3+620K3+608K3+596K3+584K3+572K3+560300030003000300030003000±10±10±10±10±10±10300130023000300029993006+1+200-1+6155K3+548K3+536K3+524K3+512K3+500K3+488K3+4763000±10±10±10±10±10±10±10300030023003300230003004300003000+2+3+203000300030003000+403000制表人：周浩制表時間：2019

年

10

月表

8-4

斷面驗收偏差統(tǒng)計表驗收偏差值（mm）斷面數(shù)占比0.4%允許偏差-2～00120567.5%15.7%0～+22～+44～+66～+8合計473110.1%6.3%0%目標允許模板上浮量：≤8mm190303100%制表人：劉燦光制表時間：2019

年

10

月結(jié)論：根據(jù)上表可知，67.5%的成型斷面無偏差，模板最大上浮量為

6mm，小于目標設(shè)置

8mm

要求，達到目標！8.2

效益情況【工期效益】采用該二襯仰拱模板體系可加快二襯施工速度，節(jié)約工期。用傳統(tǒng)施工方法難以做到大范圍組織施工，根據(jù)項目前期傳統(tǒng)二襯仰拱試驗，模板安裝效率為

18m/d，二襯施工效率為

10m/d；采用小直徑隧道新型高效仰拱模板體系，模板安裝效率提升至

59m/d，二襯施工效率可達

30m/d，二襯施工效率提升200%，最長區(qū)間

3.6km

二襯施工用時僅

4

個月，節(jié)約工期約

8

個月。圖

8.3

襯仰拱模板體系施工156【經(jīng)濟效益】應用該二襯仰拱模