自行式液压长栈桥在重载铁路黄土隧道仰拱施工中的应用

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　　[摘 要]本文结合蒙西至华中煤运通道铁路项目中前磨2号隧道仰拱施工的实例，介绍自行式液压长栈桥的施工工艺及优点。
　　[关键词]自行式液压长栈桥 仰拱 黄土隧道 施工技术
　　分类号：U445.4；U448.18
　　中图分类号：S62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0194-02
　　1 工程概况
　　1.1 隧道概况
　　前磨2号隧道为单洞双线重载铁路湿陷性黄土隧道，位于山西省运城市平陆县浑里村西面，全长430m，最大埋深约50m。隧道位于R=900m的曲线上，线间距为4.55～4.99m。隧道纵坡为单面坡，坡度及坡长为-11.5‰/430m。隧道按新奥法设计与施工，暗挖隧道采取曲墙带仰拱的复合式衬砌结构型式，复合式衬砌由初期支护、防水隔离层与二次衬砌组成，初期支护采用湿喷工艺，二次衬砌采用模筑混凝土。
　　1.2 工程地质
　　隧道地层岩性为第四系上更新系新统坡洪积Q3砂质新黄土与黏质新黄土；中更新统洪积黏质老黄土、粉砂、细砂、中砂，为V级围岩。该层黄土土质结构疏松，空隙垂直节理发育，具有湿陷性，在遇水侵蚀或较大荷载的作用下，隧道产生较大沉降。仰拱施工前，采用水泥土挤密桩的施工方法，对基底进行加固处理。
　　2 自行式液压长栈桥参数
　　液压长栈桥由栈桥主体、液压系统、电气控制系统、走行系统等各部分组成。
　　液压系统包括各升降油缸及相关液压泵站、管路；电气系统负责控制各系统的运作，主要由各种继电器、开关、断路器等构成。
　　行走系统由电机减速机、传动链条、箱体、行走轮等构成。共有4组，分别置于栈桥主体端部两侧，以实现栈桥主体的自动行走。行走装置可以实现横向和纵向行走，灵活方便。
　　栈桥主桥主体尺寸：长28m，主桥宽3.9m，高1.5m。
　　跨度净空：24m。
　　设计通过荷载：60t。
　　行走速度：5m/min。
　　升降速度：0.5m/min。
　　3 自行式液压长栈桥行走原理
　　为满足移动要求，在栈桥两端设置移动行走机构，并设置限位预警装置；行走时，栈桥两端坡桥的抬起、放下由液压系统执行机构完成。
　　栈桥移动时使用电机驱动，通过齿轮条传动，带动走行轮在走行轨道上移动，其工作步骤如下：启动装于栈桥端部的主桥升降油缸，使栈桥坡桥离地，然后由工人配合，将栈桥行走轨道向前拖动，轨道拖至尽头后，收缩主桥升降油缸，启动走行电机。栈桥在轨道上向前移动，移动至轨道尽头后，重复以上步骤，直至栈桥就位（栈桥横向移动与此类同）。栈桥就位后，主桥升降油缸顶起，使走行轮不受力，待固定后，将前后坡桥放下。
　　4 施工工艺流程及施工工艺
　　4.1 自行式液压长栈桥仰拱施工工艺流程
　　液压长栈桥二衬仰拱施工工艺流程为：施工准备→施工测量→初支仰拱顶面清渣→栈桥行走就位→初支仰拱顶面人工清渣→施工缝处理、结构防排水施工、钢筋安装→质量检查→仰拱弧形模板及端头模板安装→质量检查→仰拱混凝土浇筑→模板拆除→混凝土养护→下一个循环施工。
　　图2 仰拱弧形模板安装
　　4.2 施工工序安排
　　（1）隧道开挖到一定长度后安排进行仰拱施工，先完成首段仰拱浇筑。仰拱栈桥同时拼装并通过检验，此时可将栈桥移动就位。若此时首段仰拱混凝土强度未达到70%，栈桥后行走轮可设置在原地面上，栈桥就位后如图3所示：
　　图3 仰拱混凝土强度未达70%栈桥位置示意图
　　若首段仰拱混凝土强度达到70%，则可在栈桥后行走轮设置于前段仰拱表面上，栈桥下可以展开两段仰拱各工序平行施工。栈桥就位后如图4所示：
　　图4 仰拱混凝土强度达70%栈桥位置示意图
　　仰拱栈桥移动就位后，即可根据掌子面实际开挖进度进行仰拱施工。正常情况下，液压栈桥下仰拱施工可分为两段（也可一次浇筑24m仰拱），按照地基处理、结构防排水施工、仰拱钢筋绑扎施工、仰拱与仰拱填充浇筑的施工顺序进行施工，当完成栈桥下一段仰拱与仰拱填筑澆筑，且混凝土强度上来后即可将栈桥向前移动，如此进行循环施工。
　　仰拱开挖分左右两部分开挖，需栈桥横向移动。第一个循环先将左边或者右边的仰拱开挖好，栈桥停放在没有开挖的一侧；将运渣车停放在栈桥上，挖掘机在需开挖的面上，开挖时从栈桥的前端向后端开挖。一侧开挖好后，操作栈桥使得栈桥横移到另一侧，按照上一循环步骤进行开挖。开挖完成后将栈桥横移至中间位置左右，然后进行仰拱清底等工序。
　　5 自行式液压长栈桥施工要点
　　栈桥启动时要平稳，纵移、横移时行走要缓慢；
　　走行路面要平整，避免栈桥产生过大扭曲、振动，损坏栈桥结构；
　　走行轨道连接平顺，避免轨道连接处有较大错台；
　　禁止超过60t的机械设备通过栈桥；
　　栈桥前后支撑尽量放平，并与混凝土浇筑面或初期支护仰拱面接触牢固，防止载重机械通过时，对栈桥产生较大冲击荷载；
　　机械上栈桥时速度要缓慢，在栈桥上行驶速度也要缓慢，避免在栈桥上加速、减速，限速为5km/h；
　　加强日常维护与保养，及时清理栈桥上的残渣，油缸推杆防护、行走装置导向结构润滑等。
　　6 安全保障措施
　　施工前必须对施工班组及机械操作人员进行岗前安全教育，未经安全教育的管理人员及施工人员不准上岗工作；
　　作业班组实行每班班前、班中、班后安全检查工作，尤其是对栈桥结构、制动、行走系统检查和维护，严格按照栈桥使用维护说明书作业，对检查中发现的安全隐患，立即整改。在隐患没有消除前，不得进行施工作业； 　　操作液压仰拱栈桥移动行走人员，必须经过培训并考核合格后进行指挥作业。栈桥移动时，下放禁止施工作业；
　　用于施工的栈桥要安设牢固，结构稳定，以便车辆正常通过，避免施工干扰；
　　车辆通过栈桥时，下方作业人员必须避让；
　　栈桥上机械设备采用“一机一闸一漏”，线路上禁止带符合接电或断电，并禁止带点操作；
　　在栈桥两侧桁梁外侧布设安全防护网、在栈桥底部布设防坠网。
　　7 质量保障措施
　　自行式液压长栈桥施工中的主要优势是可以有效的提高仰拱及仰拱填充实体的质量，要想保证施工质量，就要严格控制各道工序，在隧道初支仰拱面清理过程中采用两次清底。首先人工配合机械将初支仰拱表面回填虚碴清理干净，其次在绑扎钢筋前采用高压风进行清扫确保再无虚碴；在钢筋绑扎过程中钢筋安装采用钢筋定位卡确保边墙两侧钢筋间距及保护层厚度，通过安装混凝土垫块，保证钢筋保护层厚度；预埋件和预留孔洞位置无偏差；止水带安装均要求沿施工缝居中顺直。其次混凝土浇筑过程中采用溜槽来防止因高差较大而导致混凝土离析，在混凝土振捣时候采用振动棒“快入慢出”，直至混凝土不冒气泡、不下沉、表面开始泛浆为止，混凝土浇筑完成后收面要平顺，最后进行混凝土的养护。
　　图5 采用工业吸尘器进行仰拱二次清底
　　实施并落实蒙华公司的“三检”制，“三检”即自检、复检、专检。自检由现场作业工班班组长负责，主要按工序规定的检查项目逐项自检、签字；复检由技术员负责，对班组长自检结果进行复检、签字确认；专检由专职质检工程师负责，对已完工序进行终检评定，同时加强对工序质量的过程管控，将控制关口前移，确保质量评定达优。通过实行“三检”制，班组长认真履行自己的职责，认真执行自检程序使得一次性通过报验的机率越来越高，提高了关键工序施工作业班组长的自检能力，节省了工序交接的时间，提高了工人的工作效率。
　　8 自行式液压长栈桥的优点
　　8.1 自行式液压长栈桥与简易栈桥的比较
　　简易栈桥为自己加工焊接的仰拱栈桥。简易栈桥成本低，但移动不方便，需要装载机或挖掘机配合移动；自行式液压栈桥带有行走装置，不需要装载机、挖掘机等机械拖拉，安全性好，实用性强，自动化程度高，具体对比情况如下表：
　　8.2 自行式液压长栈桥的特点与优势
　　（1）栈桥跨度大，满足一次性进行12m和24m两种工况的仰拱混凝土施工，提高了仰拱施工的速度；
　　（2）栈桥的强度高，可安全通过重量不超过60t的机械设备；
　　（3）可满足各类岩层的施工；
　　（4）栈桥上方便各种车辆通行，混凝土罐车可方便的在栈桥上倾倒混凝土；
　　（5）栈桥自带动力，可方便的进行前进、后退、左右横移，无需挖掘机、装载机等外界动力拖拽；
　　（6）栈桥的各部件全部采用液压传动，工作平稳，可靠性高；
　　（7）栈桥前端设有自动走行装置，具有自平液压系统，可自动适应局部高差0.5m內的不平整仰拱开挖面，保证栈桥始终处于平衡状态。
　　8.3 自行式液压长栈桥的使用效果
　　（1）仰拱施工每循环时间缩短（以一次性施工24m仰拱为例）
　　自行式液压栈桥走行速度为5m/min，栈桥到位后进行仰拱表面清渣作业约需2h，钢筋绑扎24m需要32小时，端头模板安装、止水带安装及其验收约需要6h，仰拱及仰拱填充混凝土一次性浇筑约16h，养护48h之后拆除端头模板，进行下一循环仰拱施工。每24m仰拱施工时间大约为4.5d。
　　（2）降低施工成本
　　简易栈桥施工24m仰拱一般需要3～4个循环，封堵端头模板需要3～4次，而利用自行式液压栈桥施工24m仰拱只需封堵一次仰拱端头。节约了安装模板的人工费，减少了用于加固模板钢筋的用量。
　　（3）工程质量明显提高
　　利用液压栈桥施工仰拱，有效减少了仰拱之间施工缝隙对接次数，提高了仰拱的整体性，对改善隧道混凝土质量通病、提高仰拱施工质量具有良好的效果。采用钻孔取芯、无损检测等方法对仰拱施工质量进行验证，结果证明结构尺寸、混凝土强度达到设计要求，仰拱混凝土均匀密实。
　　（4）改善施工环境
　　在满足各种机械车辆正常通行的前提下，可进行仰拱作业，且能满足不同工况的需要，可实现快速移动就位，减少了各工序之间的干扰，有利于隧道施工安全保障。文明施工和标准化作业水平有显著提高。
　　9 结语
　　前磨2号隧道在仰拱施工中将24米自行式液压长栈桥有效的应用起来，节约了施工时间、节约了施工成本、保证了施工安全与工程质量，使得隧道的仰拱开挖支护及混凝土浇筑顺利安全地进行。其优势在于解决了单洞交叉作业、立体施工、栈桥下施工空间狭窄不利于仰拱施工和混凝土振捣不密实、易出现仰拱基底质量缺陷等问题，有效减少了仰拱之间施工缝隙对接次数，大幅度提高了混凝土的密实度、强度，增强了仰拱的整体性，对改善隧底质量通病、提高仰拱施工质量具有极大效果。在今后的隧道建设中，可以采用自行式液压长栈桥来进行仰拱的施工，该设备不仅经济效益性高，而且安全性、可靠性以及时效性都较强。
　　参考文献
　　[1]Q/CR 9653—2017，客货共线铁路隧道工程施工技术规程[S].
　　[2]TB 10417-2003，铁路隧道工程施工质量验收标准[S].
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