超寬平頂隧道鋼筋綁扎臺車設計與應用

洪彩葵，張愛武，馬 杰

(1.天津聯東興達科技有限公司，天津 301700；2.乾日安全科技(北京)有限公司，北京 101123)

1 工程概況

蘇錫常南部高速公路是江蘇省“五縱九橫五聯”高速公路網規劃中“橫六”的組成部分，而太湖隧道是蘇錫常南部高速公路工程項目的關鍵控制性工程。隧道全長10.79km，寬度為43.6m，最大高度為11.15m，兩側行車孔單孔凈寬17.45m、凈高7.25m，中間為管廊，隧道橫截面如圖1所示。施工時，分別從隧道兩端入口進行明挖，向湖中施工建設，最終匯合；在主體工程建設完成后，將進行回土、回水作業，并逐步恢復湖面。隧道主體澆筑順序為先底板、后墻體與頂板。

圖1 隧道橫截面

為提升隧道自身防水效果，保證隧道成型標準與施工安全，使用剛度大、自動化程度較高的超大型五位一體的全液壓澆筑臺車進行墻體與頂板澆筑。采用鋼筋綁扎臺車，在澆筑臺車前方完成鋼筋預綁扎，待澆筑節段養護后，澆筑臺車直接移入，進行下一倉混凝土施工，實現鋼筋綁扎與混凝土澆筑、養護在時間上的重疊，縮短施工周期。

2 工程特點與施工難點

該隧道位于太湖湖底，主體工程體量大，每次澆筑長度20m，澆筑混凝土約2 700m3，耗時約40h，特別是隧道頂面寬而平，最大厚度達1.4m，僅頂板鋼筋綁扎量達500t，耗時5～6d；另外太湖自然環境優美，環保要求高，施工受到汛期影響大，工期緊，不允許對水質造成污染。因此，在沒有類似成功經驗情況下，設計承載量大、污染少、能與澆筑臺車平行作業、為澆筑臺車提供綁扎好鋼筋籠的鋼筋綁扎臺車成為本工程施工的關鍵技術難題。

3 鋼筋綁扎臺車設計

3.1 方案比選

平頂隧道因頂板鋼筋的柔性，一般采用滿堂支架法或澆筑臺車獨立施工，很少使用鋼筋預綁扎臺車，其特點是直接在支架或臺車模板上綁扎鋼筋，主要優點是施工設施投入量少，其明顯的缺點是施工周期長。這種作業方式對工期不緊、鋼筋綁扎工作量小、模架成本低的項目比較適合，也是比較經濟的。

對本工程而言，隧道頂面寬、體量大、工期緊，為實現鋼筋預綁，采用大跨度橫跨門式起重機提吊頂板鋼筋籠是一種常規選擇，但需要強大的支撐基礎與強大的提吊桁架，總體投入量大，不經濟。

經過多次交流，參考國內外橋梁施工經驗，利用高速鐵路架橋機與移動模架造橋機的工作原理，設計了一種原位綁扎鋼筋、高位平衡提吊、使用輕巧、自動化程度較高的鋼筋綁扎作業車，為澆筑臺車連續施工提供預綁扎好的鋼筋籠。

其基本原理為：澆筑臺車施工本節段后，前方鋼筋籠已在鋼筋綁扎平臺上完成綁扎，由鋼筋吊架提吊鋼筋籠，綁扎平臺向前移出一個工位進行下一倉的鋼筋綁扎，留出的空間讓澆筑臺車進入，進行混凝土澆筑，實現隧道施工的連續作業，縮短施工工期。鋼筋綁扎臺車總體方案如圖2所示。

圖2 鋼筋綁扎臺車總體方案

3.2 臺車構成與用途

鋼筋綁扎臺車由鋼筋綁扎平臺與鋼筋吊架兩大部分組成。前者為隧道頂板鋼筋籠的綁扎提供作業空間，同時為鋼筋吊架起吊提供支承點；后者既能提吊頂板鋼筋籠，又能為綁扎平臺提供前移空間。

3.2.1鋼筋綁扎平臺

1)由兩個行車孔綁扎平臺與一個管廊綁扎平臺組成，以行車孔綁扎平臺為例，從下至上由行走系統、平臺結構、工作平臺與電液控制系統組成。

2)行走系統包括4組驅動輪箱，每組輪箱由液壓發動機、主動輪組、被動輪組、輪箱組成，安裝在支腿下方，為平臺提供行走動力。

3)平臺結構包括支腿、縱梁、橫梁與連接件。支腿為可伸縮結構，適應隧道高度變化，調整平臺標高；縱梁、橫梁與連接件形成空間立體結構，承擔平臺荷載，并能實現平臺中心線調整。

4)工作平臺由可橫移支架、平板與齒板組成。為作業人員提供安全保障，實現鋼筋快速擺放，并通過水平油缸動作，使平臺橫向尺寸適應隧道尺寸變化。

5)液壓系統由油缸、系統泵站及管路等組成，開啟泵站后實現平臺3個方向調整即平臺寬度調整、縱向移動與高度調整。

3.2.2鋼筋吊架

由吊梁、前后主支腿、中支腿、前后輔助腿、配重、吊輪組及液壓動力系統組成。

1)吊梁 由前后2節箱形梁、吊掛次梁組成。一節箱梁為承重梁，另一節為導梁，空載時由前后主支腿支撐，前主支腿支撐于隧道底板上，后主支腿支撐在模板臺車前端；重載時，由后主支腿和中支腿支撐，當中支腿支撐在綁扎平臺上承重時，前主支腿釋放。

2)前后主支腿 前主支腿由主門架、調整節、行走機構組成。通過加減調整節來適應隧道高度尺寸變化。后主支腿為獨立支撐柱結構，安裝在澆筑臺車前端，通過油缸實現高度變化。

3)中支腿 是一個獨立支撐柱結構，下方設有滾輪，安裝在主梁中部，可通過油缸動作調節高度。在主梁吊起鋼筋籠前，滾輪支撐于平臺軌道。

4)前后輔助支腿 由行走輪組與支座組成。當需要調換工位時，驅動主吊梁在已澆隧道頂面上行走至下一工區。

5)配重 為混凝土塊，按工況要求安裝于吊梁一端，使吊架在大懸臂移動時保持穩定。

6)吊輪 由定滑輪組、動滑輪組與鋼絲繩等組成，利用鋼絲繩的柔性，通過動滑輪組與捆綁鋼鏈相連，保持平衡吊起鋼筋籠。

7)液壓動力系統 吊架設有專用泵站，由油缸、系統泵站及管路等組成，分別控制前支腿與前后輔助腿的6個行走發動機，也可控制中支腿垂直油缸。

4 主要施工流程

鋼筋綁扎臺車滿足3種隧道高度施工、首節與末節施工2個工況。

隧道施工的鋼筋綁扎臺車操作工藝流程如圖3所示： ①工序1 在第N節段處安裝澆筑臺車與鋼筋綁扎臺車，安裝完成后綁扎鋼筋，并澆筑第N節段； ②工序2 第N+1節段鋼筋綁扎完成后，鋼筋吊架提吊鋼筋籠，綁扎臺車向前移動20m，進行第N+2節鋼筋綁扎； ③工序3 第N節段混凝土養護完成后，澆筑臺車脫模向前行走至第N+1段，鋼筋吊架下放鋼筋于澆筑臺車上，進行N+1段混凝土澆筑； ④工序4 鋼筋吊架向前移動到N+3節段處，作鋼筋起吊準備，依次類推。

圖3 施工工藝流程

5 鋼筋綁扎臺車關鍵技術

對超寬超高特大截面平頂隧道施工，采用鋼筋預綁扎臺車可以實現混凝土澆筑臺車不間斷連續施工，提高生產效率，降低成本，具有以下關鍵性技術。

1)澆筑臺車與鋼筋預綁扎臺車有效結合成套施工技術 一般采用滿堂支架或澆筑臺車與鋼筋胎架獨立進行隧道施工，不能實現鋼筋的快速布置，特別對超寬、平頂隧道，需要的人力與相應設施多，安全隱患多，且施工周期長。

2)鋼筋籠提吊與鋼筋綁扎臺車工作位預留技術 待澆位置鋼筋籠綁扎完成并提吊后，鋼筋綁扎臺車可向前方移出一個工位，供澆筑臺車就位。

3)鋼筋綁扎平臺與吊架接觸互鎖移動技術 為降低成本，減輕臺車質量，充分利用移出的綁扎平臺作為吊架的支撐點，使吊架在重載狀態下實現簡支小跨徑支撐，同時綁扎平臺在承載吊架支腿狀態下向前移出一個工位。

4)綁扎平臺寬度與標高變化技術 對于不同截面、不同標高隧道，需要變換不同的鋼筋卡位，實現鋼筋快速綁扎。通過液壓系統控制相應的液壓油缸動作，利用平臺重疊特點，快速變換與隧道相應的尺寸。

5)鋼筋綁扎平臺與吊架荷載轉換協調聯動技術 吊架懸吊鋼筋籠，平臺下降釋放荷載，荷載轉換至吊架，平臺支腿與吊架中支腿同步下放，保證吊梁懸吊鋼筋籠穩定。

6 經濟效益分析

采用3套臺車串聯連續施工，每個工作面按300m布置，每次澆筑20m長，施工標準周期為10d(2d準備工作與移動臺車+8d混凝土澆筑與養護)，比原計劃平均縮短4d，理論上完成一個工作面可縮短60d，按工期要求減少1套大型澆筑臺車，降低直接設備投入成本1 000多萬元。同時因機械化程度較高，有效保證了鋼筋綁扎質量，克服了傳統施工中平頂隧道鋼筋綁扎垃圾堆放而影響成型后的混凝土表面質量問題。

7 結語

近年來，隨著我國經濟建設的飛速發展，我國隧道建設事業進入了快速發展階段，大型湖底或海底隧道不斷涌現，隨著勞動力減少、人力成本與作業素質的提高，施工朝著標準化、機械化、綠色環保化發展是大勢所趨，傳統的作業模式將被淘汰。太湖隧道工程摒棄傳統施工方式，創新施工工藝，取得了明顯的經濟與社會效益，也為今后超寬超高特大型平頂隧道施工提供有力而行之有效的工法，此工法已申請了發明專利。