仰拱棧橋在鐵路隧道施工中的運(yùn)用

楊 忠，蔣宗全，朱秀軍，朱浩波，周 永

(1.中國(guó)水電集團(tuán)，北京 100048;2.北京鐵城監(jiān)理有限公司，北京 100855;3.中國(guó)水電七局有限公司，成都 610031)

在鐵路隧道施工中，由于受空間限制，各道工序間的相互影響，如仰拱施工與掌子面開挖出渣、進(jìn)料間的干擾使得隧道施工效率和安全受到很大的影響，特別是當(dāng)隧道施工工期緊張的情況下，干擾問題更加突出。

某新建鐵路三標(biāo)段為隧道分布比較集中的標(biāo)段，包括西渴馬一號(hào)隧道(2 788 m)、西渴馬二號(hào)隧道(978 m)、金牛山隧道(1 905 m)和鳳凰臺(tái)隧道(1 168 m)等長(zhǎng)大隧道。中國(guó)水電集團(tuán)在上述鐵路隧道施工中，開發(fā)研制了可移動(dòng)式仰拱棧橋，從2008年3月上旬開始到2008年6月中旬經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)使用和改進(jìn)后，于金牛山、鳳凰臺(tái)、西渴馬等隧道施工中得到成功應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了減少工序間施工干擾，加快施工進(jìn)度，降低成本，確保施工安全的目標(biāo)。

1 可移動(dòng)仰拱棧橋結(jié)構(gòu)組成

棧橋結(jié)構(gòu)采用國(guó)內(nèi)外貝雷橋、鋼橋成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)形式，將整個(gè)棧橋分成若干段，每段9 m長(zhǎng)、橋面3.5 m寬，兩側(cè)設(shè)置人行道。為滿足移動(dòng)要求，在棧橋兩端設(shè)置移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，并設(shè)置限位預(yù)警裝置;行走時(shí)，棧橋抬起、放下由液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成。本移動(dòng)棧橋主要由鋼橋、行走裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、限位裝置和報(bào)警系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)組成見圖1，實(shí)物照片見圖2。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程與工序總體安排

施工工藝流程如圖3所示。

施工總體工序安排如下:

1)隧道開挖到一定長(zhǎng)度可安排進(jìn)行仰拱施工，先完成首段仰拱澆筑、回填。仰拱棧橋同時(shí)拼裝并通過檢驗(yàn)，此時(shí)即可將棧橋移動(dòng)就位。若此時(shí)首段仰拱強(qiáng)度未達(dá)到70%，棧橋后輪可置在原地面上(最好是基巖或經(jīng)過處理的地面)，其狀態(tài)如圖4。若首段仰拱強(qiáng)度達(dá)到70%后，則可將棧橋后輪置于仰拱上，棧橋下可展開兩段仰拱的施工。就位后的狀態(tài)如圖5。

2)仰拱棧橋移動(dòng)就位后，即可依托棧橋在掌子面正常推進(jìn)的情況下進(jìn)行仰拱的施工。正常情況下，棧橋下可分為兩段，按照基礎(chǔ)處理、防水板安裝、仰拱鋼筋綁扎、仰拱澆筑填充等進(jìn)行流水施工安排。當(dāng)完成棧橋下一段仰拱澆筑與填充，且強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期后即可向前移動(dòng)棧橋。如此循環(huán)推進(jìn)。

3)采用臺(tái)階法開挖時(shí)，臺(tái)階的開挖一般可以按照左右兩幅分別進(jìn)行，棧橋須在隧洞內(nèi)進(jìn)行側(cè)向移動(dòng)。這樣可以實(shí)現(xiàn)棧橋施工緊跟臺(tái)階開挖。

2.2 棧橋拼裝

2.2.1 拼裝流程

1)場(chǎng)內(nèi)初裝時(shí)，搭建800 mm高的安裝支架。

圖1 仰拱棧橋結(jié)構(gòu)組成

圖2 仰拱棧橋?qū)嵨飯D片

2)定位前端9 m標(biāo)準(zhǔn)段桁架→ 連接主橫梁(I28a)→連接底部拉桿→安裝支撐梁(I32a)→安裝左側(cè)導(dǎo)向承載裝置→安裝前端油缸及右側(cè)導(dǎo)向承載裝置→連接端部支撐→安裝前端車輪組。

3)拼裝中間9 m標(biāo)準(zhǔn)段桁架→連接主橫梁(I28a)→連接底部拉桿→安裝中間支撐及手鏈起升裝置。

圖3 施工工藝流程

4)拼裝后端9 m標(biāo)準(zhǔn)段桁架→連接主橫梁(I28a)→連接底部拉桿。

5)拼裝后端3 m標(biāo)準(zhǔn)段桁架→連接主橫梁(I14a)→連接底部拉桿→安裝液壓站→安裝液壓油缸→連接端部支撐→安裝導(dǎo)向板安裝后端車輪組→安裝后支腳。

6)安裝液壓油路。

7)安裝電氣系統(tǒng)。

8)安裝報(bào)警裝置。

9)頂升前后液壓缸→放置前后工作支撐→收回前后液壓缸，使桁架落在工作支撐上。

圖4 棧橋就位第一種工況

圖5 棧橋就位第二種狀態(tài)

10)安裝橋面板。

11)安裝桁架頂部拉桿，以增加棧橋移動(dòng)行走時(shí)的扭轉(zhuǎn)剛度。

12)一般以0.5 m/min的速度試拖動(dòng)，進(jìn)行行走試驗(yàn);并放下工作支撐，采用裝滿渣料的自卸汽車在棧橋上通過，進(jìn)行安全檢查。

安裝支架可以采用800 mm×800 mm條形方木，或者采用型鋼搭設(shè)，要確保安全可靠。

2.2.2 拼裝注意事項(xiàng)

1)桁架節(jié)間拼接時(shí)，上弦桿螺栓及下弦桿鉸銷連接要可靠。

2)控制吊裝速度，吊裝要緩慢。

3)對(duì)行走機(jī)構(gòu)等重要部位，應(yīng)消除其移動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的安全隱患;并采取適當(dāng)措施，保護(hù)好電氣、液壓系統(tǒng)。

2.3 棧橋縱移就位

2.3.1 移動(dòng)就位步驟

1)清理殘?jiān)?棧橋移動(dòng)前，需清理橋面、桁架、前后引橋等上面的殘?jiān)?/p>

2)頂升油缸:操縱液壓控制閥，同時(shí)頂升、鎖定前后液壓缸，使前后鋼支墩離地，并盡量保持橋面水平。

3)排除障礙:拆除前后引橋、鋼支墩、桁架等底部所有障礙物;清除棧橋前部初期支護(hù)仰拱面上的殘?jiān)Ｍ瑫r(shí)在后引橋下方放置若干直徑為 φ 48 mm鋼管;以減小其拖動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。

4)提升引橋:鏟車行使至前引橋前部，鏟斗通過鋼絲繩提起前引橋前端，使之繞棧橋上的鉸節(jié)點(diǎn)偏轉(zhuǎn)向上。

5)拴緊鋼繩:按圖6中的牽引位置1(棧橋前端雙工字鋼梁底部拴節(jié)點(diǎn))、牽引位置2(導(dǎo)向桿連接板前端拴節(jié)點(diǎn))拴緊鋼繩。

6)牽引行走:牽引鏟車緩慢勻速行走(一般控制在0.5 m/min左右)。

7)駐橋支護(hù):當(dāng)棧橋前移滿足施工要求時(shí)，牽引鏟車停止行走;采用制動(dòng)裝置使棧橋完全停止后，放下前引橋，平整引橋端部、棧橋鋼支墩的支撐面，并根據(jù)需要放置墊塊，以保證棧橋工作時(shí)支撐可靠。

圖6 棧橋牽引示意

8)收縮油缸:操縱液壓控制閥，同時(shí)收縮、鎖定前后液壓缸，使前后鋼支墩充分接觸地面，要求保持橋面水平、支撐可靠。

9)限位:使用限位裝置進(jìn)行限位，防止在使用過程中前行或者側(cè)向移動(dòng)。

2.3.2 棧橋縱移注意事項(xiàng)

1)棧橋移動(dòng)時(shí)，桁架頂部應(yīng)安裝拉桿，以增加棧橋移動(dòng)行走時(shí)的扭轉(zhuǎn)剛度。

2)牽引鏟車啟動(dòng)要平穩(wěn)，行走要緩慢。

3)行走路面要相對(duì)平整，防止橋體過大振動(dòng)、扭曲，而損壞結(jié)構(gòu)。

4)如果行走路面混凝土強(qiáng)度小，出現(xiàn)較大車輪碾壓痕跡，應(yīng)鋪設(shè)鋼板或槽鋼，并通過倒換，使車輪落在鋼板或槽鋼上行走。

2.4 棧橋轉(zhuǎn)向

2.4.1 轉(zhuǎn)向操作流程

1)縮回前液壓缸，在前端支撐作用下前輪抬起離地。

2)人工將前端車輪組旋轉(zhuǎn)90°。

3)伸長(zhǎng)前液壓缸，使前端導(dǎo)向承載裝置底板落入車輪組平衡梁上的兩個(gè)上連接板間并定位，此時(shí)前端支撐梁(I32a)離開底部支撐平臺(tái)。

4)拉出前端底部支撐平臺(tái)。

5)側(cè)向牽引前端車輪組平衡梁，實(shí)現(xiàn)側(cè)向移位。

2.4.2 轉(zhuǎn)向注意事項(xiàng)

1)側(cè)向移位時(shí)要注意平穩(wěn)緩慢。

2)路面要相對(duì)平整，防止橋體過大振動(dòng)、扭曲，而損壞結(jié)構(gòu)。

3)由于后端車輪與初凝混凝土摩擦力較大，為防止破壞初凝混凝土面、減小輪組磨損、降低后輪滑轉(zhuǎn)(移動(dòng))阻力，建議側(cè)向移位時(shí)將后輪落在鋼板上。

4)側(cè)向牽引力不能過大、過猛，牽引應(yīng)緩慢。

3 可移動(dòng)棧橋使用效果分析與特點(diǎn)

3.1 使用效果分析

棧橋在Ⅵ類以上圍巖隧道施工時(shí)效果極為顯著。以某隧道Ⅵ級(jí)圍巖段施工為例，大型仰拱棧橋與一般仰拱棧橋施工效益比較數(shù)據(jù)見表1，可知大型可移動(dòng)棧橋與普通棧橋相比，每12 m仰拱施工可直接節(jié)約3 h。若以每24 m計(jì)，大型可移動(dòng)棧橋可以使兩段仰拱施工實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，與普通棧橋相比可節(jié)約18.5 h。

表1 仰拱各工序施工時(shí)間對(duì)比

移動(dòng)棧橋有效地減少了工序之間、車輛與行人的干擾，為仰拱施工提供了廣闊的施工空間。從根本上保證了隧道的施工質(zhì)量、施工進(jìn)度和施工安全。

3.2 可移動(dòng)棧橋的主要特點(diǎn)

1)該類型棧橋適用于工期緊張、受施工空間限制、各道工序間相互影響，采用全斷面法、臺(tái)階法開挖的長(zhǎng)大隧道工程施工。

2)該棧橋采用可拆卸標(biāo)準(zhǔn)化部件組裝，可根據(jù)不同施工需求調(diào)整棧橋長(zhǎng)度，并可重復(fù)使用。

3)通過該棧橋在隧道施工中的應(yīng)用，掌子面所需要的工裝料具可以從棧橋上部通過，減少了開挖施工和仰拱施工之間的干擾;同時(shí)，棧橋跨度大，為仰拱施工提供了流水作業(yè)工作面;棧橋本身安裝方便快捷，行走較為靈活，機(jī)械化水平較高。這些都有利于加快隧道施工速度，特別是當(dāng)隧道較長(zhǎng)，工期較緊張的情況下，對(duì)于保證進(jìn)度的效益更加明顯。

4)采用可移動(dòng)仰拱棧橋與簡(jiǎn)易棧橋相比，雖然制造或購(gòu)置費(fèi)用使成本有所提高，但由于有效提高生產(chǎn)效率，加快了進(jìn)度，特別是長(zhǎng)隧道的情況下，反會(huì)起到降低工程施工成本的作用。

5)配置專用人行道，采用人、車分道通行方式，大大提高了施工車輛的通行效率，從根本上保證了行人安全。

4 結(jié)語

由于安全質(zhì)量控制及工期的需要，隧道施工的機(jī)械化是發(fā)展趨勢(shì)。仰拱棧橋的研制和使用正是這種趨勢(shì)的必然產(chǎn)物。實(shí)踐證明，這套移動(dòng)棧橋?qū)鉀Q隧道施工中的一些難題是非常有效的。該移動(dòng)棧橋的研制和使用成功提升我國(guó)以鉆爆法為主的隧道施工技術(shù)水平，具有重要意義。

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［2］蔣全.武廣客運(yùn)專線石門嶺隧道臺(tái)階法多工作面開挖施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2007(9):46-48.

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