基于隧道仰拱和填充分开施工的自带曲模自行式仰拱栈桥研制及应用

及应用

杨伟东

【摘 要】传统隧道仰拱施工过程中,采用简易仰拱栈桥施工,且多数施工过程中仰拱与填充不能实现分开浇筑工艺.本论述介绍了自带曲模的自行式仰拱液压栈桥,施工中仰拱开挖、仰拱混凝土、填充混凝土分三个区域流水施工,满足了仰拱与填充分开浇筑的要求.工程实践证明,自带曲模自行式仰拱栈桥施工工艺满足要求,安全可靠,经济便捷.该方法在本项目的成功实施,再次验证了自带曲模自行式仰拱栈桥施工工艺的先进性和可行性,对同类型工程的设计、组织和施工,均具有一定的指导和借鉴作用.

【期刊名称】《甘肃科技纵横》 【年(卷),期】2018(047)005 【总页数】3页(P26-28)

【关键词】隧道施工;仰拱填充;自带曲模栈桥;自行式栈桥 【作 者】杨伟东

【作者单位】中国铁路兰州局集团公司工程质量监督站,甘肃 兰州 730030 【正文语种】中 文 【中图分类】U25

1 概述

隧道施工过程中，仰拱施工作为隧道结构中较为关键的工序之一，需要与掌子面的开挖同时进行交叉施工作业，故而其施工组织难度较大，且施工过程中的质量控制不容易到位，从而导致隧道在后期的运营过程中极易出现翻浆、冒泥等质量事故。目前多数隧道采用自制简易栈桥施工，从而导致仰拱开挖时，其与掌子面的交通会出现中断状况。因此仰拱开挖一般在掌子面打钻工序时进行。开挖后栈桥前方铺架在未开挖基岩上，后方铺架在已施工完的填充面上，仰拱开挖时间过长会影响掌子面施工，同时简易栈桥铺架不稳或者通行车辆视线不清楚引发翻车、通行车辆滑落等安全事故；与此同时，采用简易栈桥施工时，现场为便于施工，一般提高填充混凝土标号与仰拱混凝土同时浇筑，不利于节约施工成本。而可移动式的仰拱栈桥结构，采用了当下较为先进的可移动式液压栈桥，其自带行走系统，行走移动速度快，仰拱施工与掌子面平行作业或施工，不影响交通，自带仰拱曲模、仰拱和填充分开浇筑，满足工法要求，且安全性高，使液压栈桥刚度大。此工艺不仅满足施工过程中车辆和机械正常通行的要求，而且在保证现场人员安全的前提下，极大的提高了施工效率，为施工质量提供了保障，降低整体施工成本，为本项目提供了极大的便利。因此，可移动式的仰拱栈桥结构是本项目的最优方案。 2 工程概况

当金山隧道全长20 140 m，为特长单线隧道，隧道进口高程为2 864.83 m，出口高程为3 107.00 m。隧道进口段470m为双线车站隧道，其余洞身为单线隧道。全隧单面上坡，洞身坡度依次为6‰/570 m、12.3‰/19 200 m、7‰/370 m。当金山隧道围岩总体较差，Ⅳ、Ⅴ级围岩占比达55.4%。由于当金山隧道地处高原缺氧环境，人工成本大，为此全隧道推行机械化配套施工，为了解决仰拱与填充分开浇筑的施工问题，现场采用了自带曲模、自行式液压栈桥施工。

3 可移动式仰拱栈桥的结构组成

本仰拱栈桥在设计时，通车状态距离填充层平面为318 mm，前部调高范围500 mm，后部行走机构调高范围200 mm，平移机构设置在中部滑梁上，一次平移范围200 mm，可多次移动。仰拱栈桥两侧可悬挂3～12 m仰拱模板，可左右调整，仰拱模板可在栈桥上前后滑动，通过调整栈桥高度实现仰拱模板上下调整。栈桥模板有调节丝杆可调节圆弧角度，使仰拱模板实现各方位调整，满足设计要求。 3.1 栈桥组成部件

该栈桥由仰拱模板、仰拱支架、主梁、横梁、横移机构、步板、行走机构、滑梁、支撑机构等组成。 3.1.1 模板

模板的横断面由两块边模构成。每节模板2 m宽，纵向由3节组合成6 m衬砌长度，模板之间皆由螺栓联接。模板板厚为6 mm，边弧板厚12 mm，采用数控切割工艺加工，边弧板宽度100 mm，各加强筋采用10号槽钢，间距250 mm。模板连接螺栓间距250 mm，呈品字型排列，螺栓规格M20×60高强螺栓，铰链板厚16 mm，铰链销采用φ40 mm，材质40Cr调质处理。 3.1.2 仰拱支架

仰拱支架由两个滑车悬挂与主梁构成，配4台0.4 kW电机，可实现仰拱模板前后移动。滑车配置横移机构用于调整仰拱模板左右移动，在横移机构两侧各配有两根纵梁，纵梁长度根据每次浇灌仰拱长度设定。纵梁上部设置短横梁，用于浇灌完仰拱吊起仰拱模板用。根据要求设置根数（每侧最少两根），外侧纵梁下部配有铰链与仰拱模板连接，用于固定仰拱模板，内侧纵梁下部配有螺旋吊杆，用于调节仰拱模板角度。 3.1.3 主梁

主梁主要承受车辆及模板的重量。主梁由两根45#工字钢、两根25#工字钢、二

十根180×80矩形管焊接组成。考虑运输方便，主梁可以分段运输，到施工现场再组焊成整体。 3.1.4 横梁

横梁主要承受步板重量及车辆重量，其结构由10#槽钢、20厚钢板组合焊接成工字型承重梁，并在主梁方向每3 m布置一根。 3.1.5 横移机构

横移机构支承在滑车横梁上。水平方向上的油缸（125/80-200）用来调整模板的衬砌中心与隧道中心是否对中，左右可调行程为100 mm；垂直方向上的油缸（2-160/100-500）用来支撑栈桥主梁，工作油压为13.5MPa。 3.1.6 步板

每件步板采用四根25#工字钢12厚端板及花纹钢板组焊而成，两端设置挂耳，方便与横梁搭接。 3.1.7 行走机构

仰拱栈桥设置两套行走机构，铰接在主梁上。主行走机构由Y型电机驱动一级蜗轮减速后，通过一级链条减速，其行走速度为10 m/min，行走轮直径为φ680 mm。 3.1.8 滑车

滑车由四根28#槽钢及20厚钢板组焊而成，其上布置支撑轮（支撑主梁）、走行轮（滑车行走）及横移油缸（与横移机构连接）。 3.1.9 支撑机构

前支撑机构油缸（2-160/100-500）设置在主梁前端，支撑栈桥桥体（工作中）；后支撑机构在行走机构上（2-125/80-200），支撑行走机构（行走中）。 3.2 栈桥安装

考虑到工程实施过程中的安全性和稳定性，栈桥安装过程需要按照一定的顺序进行，

并注意相关安装过程的细节，确保施工的正常进行。

（1）在施工完的仰拱填充面上安装滑梁，先将横移机构及与滑梁、两侧支撑机构组装到一起（两侧挂轮板、支腿先不安装），与隧道中心线居中。

（2）将组焊完成的主梁放置于滑车上，保证两主梁间距3 296 mm（横梁连接法兰间距），测量对角相等，并保证2根主梁水平。

（3）安装横梁并用螺栓连接好，螺栓不能完全紧固，需留有2～4 mm间隙，待所有横梁安装到位后一边调整主梁一边紧固。

（4）安装行走机构时先将行走机构与连接杆连接好并与主梁铰接，最后安装行走机构支撑油缸。

（5）安装所有油缸，泵站就位后并用油管连接泵站与油缸。管路排列整洁、不能与栈桥机械部分干涉。 （6）安装步板。

（7）安装电控柜并将所有电气元件线路接好，线路排列整洁，不能与栈桥机械部分干涉。 3.3 主要技术参数

考虑到本工程的特殊性，因而在施工前对所需要的设备和工法进行仔细的选择与设计，本工程主要技术参数如下。

（1）一个工作循环的理论衬砌长度：6 m。

（2）衬砌厚度（不包括超挖回填厚度）：450 mm。 （3）栈桥行走速度：10 m/min。 （4）液压系统工作压力：13.5 MPa。 （5）仰拱最大超挖长度不得大于15 m。 （6）栈桥重44 t。

4 可移动式仰拱栈桥的施工工艺流程和特点

可移动式液压栈桥施工工艺可以有效的减少行人与施工机具，以及各个工序之间的互相干扰，从而在保证施工质量的同时，极大的提高了施工效率。为保证该方法的顺利实施，需要对其工艺特点和施工过程有明确了解。 4.1 可移动式液压栈桥施工工艺

可移动式液压栈桥的施工工艺，包括以下四个步骤：（1）仰拱开挖

仰拱爆破作业后，利用挖掘机配合自卸装碴车出碴，一次开挖长度不超过3 m。栈桥初始停留在已施做完填充面上，挖掘机在栈桥前方3 m范围内出碴，开挖到位后，后支腿支撑稳定后，升起栈桥前坡板，将坡板下的石碴挖出。

（2）在栈桥前行之前需要对桁架、桥面、前后引桥等不同部位上面的残渣进行清理。栈桥前行，施做仰拱初支。仰拱基底虚碴清理干净后，升起后坡板，控制栈桥向前移动3 m，收起后支腿，前支腿支撑稳定后，施做仰拱初支混凝土。重复上述工序，再开挖3 m，施做仰拱初期支护。

（3）浇筑仰拱混凝土。施做完6 m仰拱初支后，一次性绑扎6 m仰拱钢筋，调整好仰拱曲模，封闭仰拱端头模板，浇筑仰拱混凝土。

（4）浇筑仰拱填充混凝土。待仰拱混凝土初凝后，浇筑6 m仰拱填充混凝土。 4.2 可移动式液压栈桥的工艺特点

（1）在单线隧道作业空间狭小断面下，仰拱施工与掌子面施工平行作业，不影响交通。该方法尤其适用于部分工期较紧的工程，施工机械化程度高，受施工空间的限制较小，而且栈桥本身安装过程简捷方便，行走方便，稳定安全，为施工提供了极大的便利。

（2）自带仰拱曲模，仰拱和填充分开浇筑，满足工法要求。由于本项目采用了可移动式的液压栈桥，故而自动化程度大大提高，且其设计比较合理，施工工艺先进，安全性能高，操作简单方便，满足施工现场对工法各方面的要求。

（3）安全性高，液压栈桥刚度大，栈桥两侧主桁架起到护栏作用，栈桥上方车辆

通行不危及桥下作业人员安全。如有必要，还可以配置专用的人行通道，在施工过程中做到人行和车行分离，不仅保证了施工中人员的安全，还可以极大的提高机械运输的效率。

（4）在Ⅱ、Ⅲ级硬质围岩中可一次开挖并施工12 m以上，经过改造甚至可一次性施工24 m以上，施工效率高。与普通的简易栈桥相比，虽然液压栈桥的购置和保养费用较高，但极大的提高了施工效率，加快了施工进度，从整体上减少了项目的开支，尤其在长大隧道的施工中，其对于项目经费的降低效果更为明显。 （5）自带行走系统，行走移动速度快。 5 结束语

自行式仰拱液压栈桥在保证栈桥上各种车辆设备正常通行不影响掌子面施工的情况下，桥下同时进行隧道的仰拱初期支护、钢筋绑扎、仰拱和填充施工，且增加了仰拱曲模，仰拱和填充分开浇筑，同时保证隧道出渣及进料与仰拱施工平行作业，减少了仰拱施工给隧道掘进造成的干扰，加快了隧道施工速度，降低了施工成本。 参考文献：

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