仰拱棧橋在鐵路隧道施工中的運用

楊 忠，蔣宗全，朱秀軍，朱浩波，周 永

(1.中國水電集團，北京 100048;2.北京鐵城監理有限公司，北京 100855;3.中國水電七局有限公司，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。

某新建鐵路三標段為隧道分布比較集中的標段，包括西渴馬一號隧道(2 788 m)、西渴馬二號隧道(978 m)、金牛山隧道(1 905 m)和鳳凰臺隧道(1 168 m)等長大隧道。中國水電集團在上述鐵路隧道施工中，開發研制了可移動式仰拱棧橋，從2008年3月上旬開始到2008年6月中旬經多次現場使用和改進后，于金牛山、鳳凰臺、西渴馬等隧道施工中得到成功應用。實現了減少工序間施工干擾，加快施工進度，降低成本，確保施工安全的目標。

1 可移動仰拱棧橋結構組成

棧橋結構采用國內外貝雷橋、鋼橋成熟的設計技術，采用標準化的結構形式，將整個棧橋分成若干段，每段9 m長、橋面3.5 m寬，兩側設置人行道。為滿足移動要求，在棧橋兩端設置移動行走機構，并設置限位預警裝置;行走時，棧橋抬起、放下由液壓系統執行機構完成。本移動棧橋主要由鋼橋、行走裝置、液壓系統、電氣系統、限位裝置和報警系統等組成。其結構組成見圖1，實物照片見圖2。

2 施工工藝流程及操作要點

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)隧道開挖到一定長度可安排進行仰拱施工，先完成首段仰拱澆筑、回填。仰拱棧橋同時拼裝并通過檢驗，此時即可將棧橋移動就位。若此時首段仰拱強度未達到70%，棧橋后輪可置在原地面上(最好是基巖或經過處理的地面)，其狀態如圖4。若首段仰拱強度達到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。就位后的狀態如圖5。

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

3)采用臺階法開挖時，臺階的開挖一般可以按照左右兩幅分別進行，棧橋須在隧洞內進行側向移動。這樣可以實現棧橋施工緊跟臺階開挖。

2.2 棧橋拼裝

2.2.1 拼裝流程

1)場內初裝時，搭建800 mm高的安裝支架。

圖1 仰拱棧橋結構組成

圖2 仰拱棧橋實物圖片

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

3)拼裝中間9 m標準段桁架→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標準段桁架→連接主橫梁(I28a)→連接底部拉桿。

5)拼裝后端3 m標準段桁架→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。

8)安裝報警裝置。

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

10)安裝橋面板。

11)安裝桁架頂部拉桿，以增加棧橋移動行走時的扭轉剛度。

12)一般以0.5 m/min的速度試拖動，進行行走試驗;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，要確保安全可靠。

2.2.2 拼裝注意事項

1)桁架節間拼接時，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)對行走機構等重要部位，應消除其移動過程中可能出現的安全隱患;并采取適當措施，保護好電氣、液壓系統。

2.3 棧橋縱移就位

2.3.1 移動就位步驟

1)清理殘渣:棧橋移動前，需清理橋面、桁架、前后引橋等上面的殘渣。

2)頂升油缸:操縱液壓控制閥，同時頂升、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仰拱面上的殘渣。同時在后引橋下方放置若干直徑為 φ 48 mm鋼管;以減小其拖動時的摩擦阻力。

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點偏轉向上。

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點)、牽引位置2(導向桿連接板前端拴節點)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:當棧橋前移滿足施工要求時，牽引鏟車停止行走;采用制動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，并根據需要放置墊塊，以保證棧橋工作時支撐可靠。

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:使用限位裝置進行限位，防止在使用過程中前行或者側向移動。

2.3.2 棧橋縱移注意事項

1)棧橋移動時，桁架頂部應安裝拉桿，以增加棧橋移動行走時的扭轉剛度。

2)牽引鏟車啟動要平穩，行走要緩慢。

3)行走路面要相對平整，防止橋體過大振動、扭曲，而損壞結構。

4)如果行走路面混凝土強度小，出現較大車輪碾壓痕跡，應鋪設鋼板或槽鋼，并通過倒換，使車輪落在鋼板或槽鋼上行走。

2.4 棧橋轉向

2.4.1 轉向操作流程

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90°。

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

4)拉出前端底部支撐平臺。

5)側向牽引前端車輪組平衡梁，實現側向移位。

2.4.2 轉向注意事項

1)側向移位時要注意平穩緩慢。

2)路面要相對平整，防止橋體過大振動、扭曲，而損壞結構。

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(移動)阻力，建議側向移位時將后輪落在鋼板上。

4)側向牽引力不能過大、過猛，牽引應緩慢。

3 可移動棧橋使用效果分析與特點

3.1 使用效果分析

棧橋在Ⅵ類以上圍巖隧道施工時效果極為顯著。以某隧道Ⅵ級圍巖段施工為例，大型仰拱棧橋與一般仰拱棧橋施工效益比較數據見表1，可知大型可移動棧橋與普通棧橋相比，每12 m仰拱施工可直接節約3 h。若以每24 m計，大型可移動棧橋可以使兩段仰拱施工實現流水作業，與普通棧橋相比可節約18.5 h。

表1 仰拱各工序施工時間對比

移動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量、施工進度和施工安全。

3.2 可移動棧橋的主要特點

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、臺階法開挖的長大隧道工程施工。

2)該棧橋采用可拆卸標準化部件組裝，可根據不同施工需求調整棧橋長度，并可重復使用。

3)通過該棧橋在隧道施工中的應用，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，棧橋跨度大，為仰拱施工提供了流水作業工作面;棧橋本身安裝方便快捷，行走較為靈活，機械化水平較高。這些都有利于加快隧道施工速度，特別是當隧道較長，工期較緊張的情況下，對于保證進度的效益更加明顯。

4)采用可移動仰拱棧橋與簡易棧橋相比，雖然制造或購置費用使成本有所提高，但由于有效提高生產效率，加快了進度，特別是長隧道的情況下，反會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 結語

由于安全質量控制及工期的需要，隧道施工的機械化是發展趨勢。仰拱棧橋的研制和使用正是這種趨勢的必然產物。實踐證明，這套移動棧橋對解決隧道施工中的一些難題是非常有效的。該移動棧橋的研制和使用成功提升我國以鉆爆法為主的隧道施工技術水平，具有重要意義。

［1］中華人民共和國鐵道部.TZ214—2005 客運專線鐵路隧道工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

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

［3］鐵道部第二工程局.隧道(上、下)［M］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—99 鐵道橋梁鋼結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2000.

［5］齊紅軍.跨京杭運河特大橋現澆箱梁門式支架設計及受力分析［J］.鐵道建筑，2009(5):9-11.