一種隧道施工多功能輔助作業(yè)車

鄭光輝

（武漢地鐵集團(tuán)有限公司武漢地鐵集團(tuán)建設(shè)事業(yè)總部,湖北武漢430073）

隨著當(dāng)代社會的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷成熟，城市化水平的不斷提升，通過大面積開采利用地下空間來實現(xiàn)疏散城市交通運輸壓力，提供安全、快速、便捷的市民行動工具，將成為一種必然趨勢。截至目前，隧道相關(guān)行業(yè)內(nèi)施工過程中使用的作業(yè)車一般是依靠傳統(tǒng)的腳手架方式進(jìn)行臨時搭建或梯子輔助，存在材料重復(fù)搬運和搭建的弊端，并在一定程度上限制了作業(yè)范圍，同時無法保障作業(yè)人員的安全狀態(tài)［1］。

鑒于上述隧道內(nèi)常規(guī)作業(yè)面臨的問題，本文展開介紹一種新型隧道施工多功能輔助作業(yè)車具體的結(jié)構(gòu)布置、功能特點、使用方法等，著重介紹如何保證安全防護(hù)措施、提升施工進(jìn)度、簡化操作過程等，在實現(xiàn)作業(yè)車多維度功能的同時為工程創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

1 總體結(jié)構(gòu)介紹

一種隧道施工多功能輔助作業(yè)車結(jié)構(gòu)組成主要包括4 大部分，分別是作業(yè)平臺、起重設(shè)備、注漿設(shè)備、液壓裝置。該作業(yè)車整體結(jié)構(gòu)采用龍門式設(shè)計，設(shè)備分布根據(jù)功能需要結(jié)合物理中心對稱分布在框架的兩側(cè)，具體材料選擇及相關(guān)尺寸結(jié)合隧道的內(nèi)表面形狀進(jìn)行設(shè)計調(diào)整［2］。該設(shè)計方式主要為了結(jié)構(gòu)平衡和交叉作業(yè)有序進(jìn)行，比如管片清理、缺陷修復(fù)、手孔施工、二次補漿和材料裝卸等工作。

本結(jié)構(gòu)在許多細(xì)節(jié)設(shè)置上結(jié)合現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化施工及規(guī)范要求，專門配置了相關(guān)的工具箱、卷線盤、操控系統(tǒng)等多種功能，旨在為實現(xiàn)施工過程的安全、方便、快捷提供服務(wù)。輔助作業(yè)車整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 作業(yè)平臺

該輔助作業(yè)車的作業(yè)平臺包括兩部分，分別是上部平臺和中部平臺。作業(yè)平臺一周布置安全防護(hù)欄桿，其中，伸縮段采用套筒式抽拉桿。在平臺底板與梯子對接位置設(shè)置兩個75 cm×75 cm 大小的方形行人上下口，并根據(jù)臨邊洞口防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計折疊式蓋板。

上部作業(yè)平臺的最大尺寸設(shè)計：長度方向上為（弦長－1）m，寬度方向上為2×（管片寬度＋0.3）m，長度方向的單側(cè)伸縮尺寸最大值為50 cm。中部作業(yè)平臺分為左側(cè)和右側(cè)兩個，可以在4 個支柱上預(yù)定的3 個位置安裝，實現(xiàn)高度方向上的調(diào)節(jié)；長度方向的調(diào)節(jié)類似上部作業(yè)平臺，調(diào)節(jié)范圍控制在75 cm，當(dāng)完全處于伸出狀態(tài)時需要連接斜拉支撐裝置，保證平臺的穩(wěn)定性。

兩個作業(yè)平臺長度和高度設(shè)計方面充分考慮圓形隧道結(jié)構(gòu)限制的要求，可以解決常規(guī)施工過程中因為位置不合適延長作業(yè)時間、增加作業(yè)人員、違規(guī)作業(yè)流程等弊端。同時專門設(shè)計上下爬梯及洞口防護(hù)，再次提升安全保障。作業(yè)平臺如圖2所示。

圖2 作業(yè)平臺Fig.2 Schematic diagram of operation platform

1.2 起重設(shè)備

該輔助作業(yè)車配置2 臺起重設(shè)備，行走軌道通過鉸接裝置和插銷裝置完全固定在上部作業(yè)平臺底板前后兩端和4 根支柱上。起升高度以垂直重錘限位為準(zhǔn)，整個框架的高度設(shè)計保證電瓶車整個系統(tǒng)可以正常穿行，同時也可以保證平板車運輸管片的狀態(tài)下正常裝卸小型材料，行走軌道寬度以下部平臺垂直投影為準(zhǔn)，保證可以將材料放置在相應(yīng)的位置［3］。

結(jié)合隧道內(nèi)常規(guī)材料重量統(tǒng)計數(shù)據(jù)及起重吊裝安全規(guī)范，起重設(shè)備選型為3T，如圖3 所示。針對某些較重物件可以一起配合使用，既保證行走軌道的受力安全，還降低框架結(jié)構(gòu)材料選型要求［4］。在此基礎(chǔ)上，專門定制了一些特殊物件的吊鉤，比如水泥袋掛鉤、軌道吊鉤和軌枕吊鉤等結(jié)構(gòu)，為施工過程提供方便的同時節(jié)省了勞動力。

圖3 起重設(shè)備Fig.3 Schematic diagram of lifting equipment

1.3 注漿設(shè)備

該輔助作業(yè)車的注漿設(shè)備布置在下部平臺，左側(cè)放置注漿機(jī)設(shè)備，右側(cè)放置水泥、水玻璃（雙液漿）、攪拌桶等裝置，主要是為了隧道管片背后補漿，通過其他作業(yè)平臺可以開展環(huán)氧樹脂型的堵漏工作，實現(xiàn)管片全環(huán)位置的整改，保證成型隧道質(zhì)量［5］。在上述二次注漿過程中所用的材料數(shù)量不多的情況下，一般直接在掘進(jìn)狀態(tài)時電瓶車管片上方攜帶至作業(yè)平臺下方，通過起重設(shè)備直接快速吊裝卸車，有效避免人員多次重復(fù)搬運和耽誤掘進(jìn)施工時間。

材料設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，可以通過起重設(shè)備更有效地利用專門設(shè)計的水泥袋吊鉤實現(xiàn)搬運，大大降低了作業(yè)強度，加快了施工效率。除此之外，在電瓶車沒有配合掘進(jìn)施工交叉作業(yè)的情況下進(jìn)行二次注漿施工時，可以打開下部平臺兩個折疊式安全防護(hù)板作為加寬板，更加方便施工作業(yè)的開展和日常安全防護(hù)。

1.4 液壓裝置

該輔助作業(yè)車的液壓裝置布置在整個框架結(jié)構(gòu)中，主要作用部位是行走輪的方向調(diào)整和側(cè)面平臺的高度調(diào)整。液壓驅(qū)動的行走裝置可實現(xiàn)作業(yè)車在圓形或特殊形狀隧道內(nèi)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎及剎車等功能。其中，轉(zhuǎn)彎設(shè)計主要是通過一個輔助油缸不斷調(diào)整行動輪的角度，以滿足一定半徑弧線的行走和因為外界材料臨時擺放導(dǎo)致失去平衡的微調(diào)。

左右兩側(cè)的作業(yè)平臺與支柱之間的連接為套筒形式，根據(jù)作業(yè)面所需的寬度及高度要求，通過液壓油缸提供頂升動力進(jìn)行至所需高度位置調(diào)整，隨后通過插銷鎖定，再次保證平臺穩(wěn)定。行走裝置如圖4所示。

圖4 行走裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of walking device

2 主要功能介紹

上部平臺、右側(cè)支柱、右側(cè)橫梁、左側(cè)橫梁和左側(cè)支柱相互連接，共同組成龍門結(jié)構(gòu)，其下方框架中可安全通過電瓶車，不影響正常掘進(jìn)的施工和輔助作業(yè)車相關(guān)任務(wù)的開展，實現(xiàn)了同步交叉作業(yè)的改變。同時結(jié)構(gòu)中設(shè)計的相關(guān)部件主要是為了施工過程中一些簡化和減少人員投入、降低作業(yè)勞動強度、提高安全防護(hù)等多方面的改善。

2.1 管片清理

隧道管片在盾構(gòu)施工過程中會因為設(shè)備故障或在某些作業(yè)過程中造成管片表面受到污染，主要有接收段盾構(gòu)拆機(jī)過程中油污、洞口段焊接管片，拉緊裝置過程中煙污、漏水點，封堵過程中遺留的雜物等，偶爾還會有管片上攜帶某些材料因摩擦導(dǎo)致遺留的痕跡，再或因為漿液暫未凝固而遺留的注漿頭、小半徑曲線段質(zhì)量控制裝置等。

為了保證管片內(nèi)表面的干凈整潔，需要及時進(jìn)行清理，因空間過大導(dǎo)致80%位置無法清理或清理受限，但是通過本文所述的作業(yè)車可以實現(xiàn)隧道內(nèi)任意位置的清理工作。比如把高壓清洗機(jī)的配套裝置放置在下部平臺，隨著作業(yè)車的移動進(jìn)行逐環(huán)沖洗，同時可以近距離使用打磨機(jī)或者砂紙進(jìn)行某些細(xì)節(jié)污漬的清理、物件的拆除等，使得清理程度更加徹底，不會造成二次返工延誤等麻煩，大大地提高了工作質(zhì)量和進(jìn)度。

2.2 材料裝卸

輔助作業(yè)車專門配置2 臺起重設(shè)備，主要是為了在隧道內(nèi)進(jìn)行一些小型材料的裝卸工作。首先，利用在隧道內(nèi)臺車后方進(jìn)行二次注漿過程中水泥、水玻璃的快速卸車；其次，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中因某些工作的需要，攜帶一些較重配件至某一位置時可以直接卸車協(xié)助作業(yè)；再次，還可以利用起重設(shè)備懸吊小型渣土斗進(jìn)行隧道衛(wèi)生清理；最后，在隧道貫通后收尾期間軌道、軌枕、走道板、水管、風(fēng)筒布等材料的調(diào)運裝車。

為了規(guī)范吊裝作業(yè)流程，減少施工人員勞動量，針對隧道內(nèi)常見的吊裝材料制作和購買了多種專用工具及繩索，極大程度上保證安全操作，同時更加體現(xiàn)了設(shè)計的人性化、機(jī)械化水平。尤其在長距離隧道收尾時軌道及軌枕拆除過程中，通過配套裝置的操作，節(jié)約了大量的人工費用，避免了作業(yè)人員手部、腿部、腳部等出現(xiàn)不同程度擦傷、骨折傷害風(fēng)險，在實現(xiàn)作業(yè)效率雙倍提升的同時降低人員安全風(fēng)險，在一定程度上實現(xiàn)進(jìn)度、安全、成本3項控制曲線的優(yōu)化。

2.3 質(zhì)量管控

成型隧道質(zhì)量是整個工程的主要管控任務(wù)之一，主要包括管片破損修復(fù)、管片滲漏水處理［6］。在常規(guī)的施工過程中，質(zhì)量修復(fù)工作在盾構(gòu)機(jī)臺車上就可處理完成，但是某些比較特殊的缺陷會因為臺車位置不當(dāng)或時間受限導(dǎo)致脫出臺車，所以需要在輔助作業(yè)車上進(jìn)行背后補漿、二次封堵。

首先，利用注漿設(shè)備在管片漏水位置進(jìn)行二次補漿，減少成型隧道管片質(zhì)量的滲漏缺陷，同時按照管片修補技術(shù)交底完善管片因受力不均或外界因素導(dǎo)致出現(xiàn)的破損；其次，根據(jù)特殊地層及隧道擬合曲線的要求，在管片某些方位進(jìn)行背后補漿填充，使得管片受力更加穩(wěn)定，降低成型管片姿態(tài)與隧道設(shè)計軸線的偏差；再次，由于隧道內(nèi)注漿過程中選用單液漿形式均勻飽滿的填充管片背后建筑空隙，因漿液受地下水、化學(xué)物質(zhì)等多重原因的影響導(dǎo)致凝固時間加長，所以造成注漿頭拆除時間延長，但是在最后移交隧道之前必須按照相關(guān)的處理技術(shù)進(jìn)行二次封堵拆除；最后，借助環(huán)氧樹脂等材料利用高壓灌漿機(jī)處理隧道內(nèi)一些管片接縫位置的滲漏。上述所有的施工過程中因為位置不同等原因會出現(xiàn)作業(yè)進(jìn)度緩慢甚至滯后現(xiàn)象，通過本文所述的輔助作業(yè)車可以臨時進(jìn)行移動至所需位置，確保作業(yè)人員能夠正常操作或第一時間抓住搶險工作，多層次地確保人員安全及成型隧道的質(zhì)量。

2.4 收尾施工

隧道除了掘進(jìn)貫穿后還需要按照驗收移交標(biāo)準(zhǔn)完成其他的相應(yīng)工作，主要包括3 個方面的施工：①在隧道收尾的后期需要完成整個隧道內(nèi)管片螺栓的處理，一般在三九點位以上位置需要做手孔套杯，以下位置需要做手孔封堵；②在始發(fā)和接收洞口、聯(lián)絡(luò)通道前后、穿越河流位置需要做全環(huán)嵌縫施工；③處理管片接縫位置漏水和隧道內(nèi)遺留材料的拆除等。

一般的隧道根據(jù)線路長短設(shè)計1個或2個聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)，由于工序先后限制，聯(lián)絡(luò)通道位置的施工常會在盾構(gòu)掘進(jìn)完成后開始相關(guān)工作，常會因為以下2 個原因造成單個聯(lián)絡(luò)通道位置前后累計50 m長度范圍內(nèi)的收尾工作任務(wù)量需要延時：①因為聯(lián)絡(luò)通道的施工會造成臨近管片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的變動；②聯(lián)絡(luò)通道作業(yè)平臺及保溫棉等的布置會強制上述手孔嵌縫施工暫停施工。針對此種現(xiàn)狀，一般隊伍都不會保留大量人員等待收尾，常見的最多留3~4 人負(fù)責(zé)相關(guān)工序，此時再次體現(xiàn)該作業(yè)車的利用價值，直接節(jié)省大量時間和人員的投入。

3 整機(jī)性能特點

一種隧道施工多功能輔助作業(yè)車集合了隧道內(nèi)所有的工作內(nèi)容，主要是為了修復(fù)成型隧道質(zhì)量缺陷、洞內(nèi)常規(guī)作業(yè)平臺及設(shè)備的存放移動。

該設(shè)備主要通過上部作業(yè)平臺的長度伸縮設(shè)計和中部作業(yè)平臺高度及長度的雙向調(diào)整設(shè)計，保證了隧道整個上半圈工作面施工的安全便捷。整體寬度設(shè)計為2（管片寬度＋0.3）m，主要是為了在管片手孔施工過程中保證單次移動完成3 環(huán)施工量，實現(xiàn)1.5 倍加快進(jìn)度的同時保證安全。配備2 臺起重設(shè)備協(xié)助盾構(gòu)施工期間材料的裝卸，加快盾構(gòu)掘進(jìn)期間的工序轉(zhuǎn)換；同時協(xié)助盾構(gòu)收尾期間軌道、軌枕等材料的回收，加快了施工效率，降低了作業(yè)勞動強度，降低了人員安全風(fēng)險。除此之外，作業(yè)車的行走裝置借助液壓輔助系統(tǒng)提供動力，通過在行走輪的支座位置安裝轉(zhuǎn)彎油缸實現(xiàn)作業(yè)車在轉(zhuǎn)彎半徑段平衡位置的微小調(diào)整，同時利用手動剎車裝置實現(xiàn)作業(yè)車停止?fàn)顟B(tài)的穩(wěn)定，實現(xiàn)自動化移動控制。

該輔助作業(yè)車可以貫穿在整個盾構(gòu)施工過程中，可以按照隧道質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全斷面范圍內(nèi)逐環(huán)逐項排查整改，使得隧道達(dá)到商品標(biāo)準(zhǔn)交付給業(yè)主單位［7］。整個設(shè)計本著機(jī)械化、自動化、簡單化的原則，為盾構(gòu)施工進(jìn)度方面創(chuàng)造了很大的提升空間，為質(zhì)量控制提供了便捷，為安全控制提供了保障，最終全方位地節(jié)約了整個工程成本。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

一種隧道施工多功能輔助作業(yè)車整個控制系統(tǒng)通過卷線盤裝置在隧道貫通電纜上配置的電箱中取電后，在運行系統(tǒng)的電氣控制柜內(nèi)按照相關(guān)的控制原理進(jìn)行連接，隨后分布在各個作業(yè)面的各種獨立控制系統(tǒng)實現(xiàn)單獨操作，解決了現(xiàn)有施工方法的缺陷。對于起重設(shè)備按照遠(yuǎn)程遙控控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置；對于注漿設(shè)備通過單獨的啟動控制柜進(jìn)行注漿機(jī)開關(guān)、攪拌桶開關(guān)的操作；對于液壓系統(tǒng)通過相關(guān)控制元件進(jìn)行輸出信號；對于其他臨時用電部位單獨配置三級電箱，上述的所有控制系統(tǒng)符合機(jī)械、電氣、液壓等多領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范要求。

上述的控制系統(tǒng)已在廣州18＋22 號線盾構(gòu)法施工的隧道中投入使用，根據(jù)工作的需要及其多重功能的組合，給現(xiàn)場施工帶來了極大的方便，同時在施工過程中得到相關(guān)操作人員的肯定與認(rèn)可，在隧道行業(yè)內(nèi)相關(guān)人士的評價和反饋良好，稱其是當(dāng)前較為先進(jìn)設(shè)備。