智能襯砌臺(tái)車在川藏鐵路隧道施工中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬利

一、工程概況

川藏鐵路東段于2018年底正式交付使用，當(dāng)年即通車運(yùn)行。川藏鐵路東段（成都至雅安段）于2018年12月28日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)；西段（拉薩至林芝段于2014年12月19日開(kāi)工建設(shè)， 2021年6月25日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)；中段（雅安至林芝段）是川藏鐵路建設(shè)最為困難的一段，隧線比高達(dá)83%共有隧道72座，長(zhǎng)度約838km，堪稱“高原地鐵”。

二、川藏鐵路隧道主要設(shè)計(jì)原則

川藏鐵路建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)嚴(yán)格的遵照“科學(xué)技術(shù)引領(lǐng)、重視環(huán)境持續(xù)發(fā)展、安全智能施工”，基于此原則開(kāi)展現(xiàn)代化智能襯砌臺(tái)車在川藏鐵路建設(shè)工程項(xiàng)目中的研究分析。

1.隧道選址

盡可能避開(kāi)不良地質(zhì)條件路段，降低對(duì)隧道施工的影響，以保證實(shí)際施工的質(zhì)量與安全性。

2.隧道分、合修

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外大型隧道建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行分析，收集到228個(gè)既往施工案例，其中隧道長(zhǎng)度超過(guò)10km的案例數(shù)量為191座；隧道長(zhǎng)度保持在10～15km的隧道基本上都是以合修為主，該部分比例占比占調(diào)研總數(shù)量的94%。

3.隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)

結(jié)合川藏鐵路隧道建設(shè)工程的實(shí)際地質(zhì)條件與施工環(huán)境特點(diǎn)來(lái)看，結(jié)合實(shí)際情況提出了“超前維護(hù)、爆破開(kāi)挖、高性能支護(hù)、安全儲(chǔ)備、控制變性”的設(shè)計(jì)理念，此外，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合大型機(jī)械施工特點(diǎn)，隧道工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與施工機(jī)械設(shè)備相互匹配協(xié)調(diào)，以保證工程項(xiàng)目得以順利竣工。

三、智能襯砌臺(tái)車總體設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1.總體設(shè)計(jì)

（1）總體施工方案

應(yīng)當(dāng)對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行優(yōu)化，將橫梁與縱梁設(shè)計(jì)為矩形桁架結(jié)構(gòu)，以保證襯砌臺(tái)車的整體穩(wěn)定性與安全性。適當(dāng)拓寬作業(yè)空間，相較之傳統(tǒng)的襯砌臺(tái)車而言，無(wú)骨架臺(tái)車作業(yè)空間的實(shí)際使用率增長(zhǎng)了60%，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提升了40%，原材料周轉(zhuǎn)率提升了40%。在滿足項(xiàng)目實(shí)際需求的前提下采用分層澆筑，頂柱部位應(yīng)該采用氣動(dòng)式振搗、智能化控制，同時(shí)對(duì)澆筑作業(yè)完成以后的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、拱頂部位的防脫空技術(shù)、施工過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)、質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)、混凝土澆筑的質(zhì)量缺陷進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。

（2）自動(dòng)布料帶壓澆筑系統(tǒng)

利用先進(jìn)的自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)布料設(shè)備，借助輸送管道、輸送泵完成混凝土的分倉(cāng)澆筑。可以有效地滿足分層澆筑的施工要求，自動(dòng)化完成布料作業(yè)，實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)布料。澆筑系統(tǒng)使用的是液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，主管路直接與油缸進(jìn)行連接。

2.智能襯砌臺(tái)車應(yīng)用分析

（1）拱頂澆筑設(shè)計(jì)

拱頂部位的混凝土可以直接利用灌注孔完成澆筑。為了確保拱頂部位混凝土澆筑部位的精準(zhǔn)性，一般都是將灌注孔設(shè)置在拱頂部位最高位置，兩側(cè)的頂板都存在灌注孔，可以有效地保證混凝土澆筑完成以后的飽滿度。

（2）帶模注漿施工

①安裝RPC管：從定位法蘭中試穿RPC注漿管，標(biāo)記和測(cè)量傳入的長(zhǎng)度。

②RPC注漿管管口制作，切除RPC注漿管多余長(zhǎng)度，并在端頭切割“十字”溢流槽，深度5mm，寬度3mm。

③安裝RPC注漿管，溢流槽端朝上，緊貼防水板或初支面，安裝RPC注漿管的固定法蘭。

④注漿：a.注漿順序?yàn)椋芍髯{孔（即靠近上一板二襯的注漿孔）向臺(tái)車端膜2號(hào)、3號(hào)注漿孔依次進(jìn)行注漿，4號(hào)孔為備用；b.當(dāng)下一個(gè)注漿孔出漿，且與制漿桶漿液密度一致時(shí)，則更換至下一個(gè)注漿孔，依次類推；c.當(dāng)注漿壓力表達(dá)到1MPa時(shí)，直接跳轉(zhuǎn)至下一個(gè)注漿孔；d.各孔注漿結(jié)束，當(dāng)臺(tái)車端膜最高處出漿，且與制漿桶液密度一致時(shí)，則可結(jié)束帶模注漿；e.每孔結(jié)束注漿后，要關(guān)閉止?jié){閥門。

（3）振搗系統(tǒng)

拱頂部位的混凝土澆筑完成以后應(yīng)當(dāng)使用柱塞式振搗棒進(jìn)行振搗作業(yè)，可以有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化振搗作業(yè)，在拱頂部位設(shè)置多排氣動(dòng)式振搗裝置，結(jié)合施工需要合理地設(shè)置振搗時(shí)間，保證混凝土振搗密實(shí)。

（4）施工縫搭接研究

襯砌臺(tái)車接縫應(yīng)當(dāng)選擇使用V型零搭接方式進(jìn)行施工；V型領(lǐng)零搭設(shè)備施工較為簡(jiǎn)單便捷，不需要在設(shè)置臨時(shí)模板搭接區(qū)域，可以有效地消除施工過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)際搭接過(guò)程中，可以使用V型橡膠條將施工縫壓成V型斜面，緩沖沖擊壓力，確保施工縫不會(huì)被壓毀，且還可以保證不會(huì)出現(xiàn)施工質(zhì)量缺陷。此外，能夠有效地保證搭接部位連接的密實(shí)性，混凝土澆筑過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，在一定程度上保證了混凝土的澆筑質(zhì)量。

（5）拱頂防脫空控制系統(tǒng)

拱頂部位的防脫空檢測(cè)是依靠裝置在防水板后側(cè)的傳感器來(lái)完成的，傳感器按照800m的間隔設(shè)置傳感帶，當(dāng)混凝土澆筑至最高節(jié)點(diǎn)時(shí)，傳感器會(huì)在混凝土澆筑過(guò)程中受到擠壓而發(fā)出信號(hào)，一旦信號(hào)發(fā)出那么控制系統(tǒng)的顯示燈則會(huì)由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，當(dāng)指示燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色則可以判定出混凝土澆筑比較飽滿，達(dá)到規(guī)范要求。

（6）自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研究

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是依靠PLC組件來(lái)完成控制，該系統(tǒng)集成了混凝土澆筑進(jìn)度檢測(cè)、混凝土澆筑狀況檢測(cè)、拱頂壓力加測(cè)、混凝土溫度檢測(cè)、拱頂防脫空檢測(cè)等功能。

（7）快速信息評(píng)估與控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)可以有效地改善傳統(tǒng)混凝土澆筑過(guò)度依賴施工經(jīng)驗(yàn)的弊端，借助拱頂部位預(yù)留的注漿孔對(duì)混凝土澆筑的狀況進(jìn)行判斷，假若注漿孔作業(yè)過(guò)程中，并未完全將巖壁封堵，那么則有一定的可能性會(huì)出現(xiàn)拱頂空洞現(xiàn)象。先進(jìn)的襯砌臺(tái)車使用的是信息化手段，第一次對(duì)拱頂部位混凝土澆筑完成的控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化。

針對(duì)于襯砌拱頂部位的壓力、混凝土澆筑的實(shí)際狀況、布料情況、混凝土的溫度、液壓控制系統(tǒng)、臺(tái)車行走系統(tǒng)估測(cè)，可以利用檢測(cè)到的數(shù)據(jù)作為估測(cè)混凝土澆筑完成的依據(jù)。

四、應(yīng)用效果分析

1.妥善處理隧道拱頂部位的空洞問(wèn)題

利用反斜向孔完成對(duì)拱頂部位混凝土的灌注作業(yè)，混凝土灌注部位應(yīng)當(dāng)是在接近搭接部位設(shè)置一個(gè)60°傾角，通過(guò)輸送泵完成一次性灌注。確保混凝土朝向堵頭部位流動(dòng)。借助混凝土的流動(dòng)性以及帶壓澆筑確保混凝土可以進(jìn)行回流，從而達(dá)到減低壓力的效果，保證拱頂空間充滿混凝土，然后使用振搗器進(jìn)行振搗，保證拱頂部位的空氣全部排出。

智能襯砌臺(tái)車可以利用自身信息化實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土澆筑完成的控制。拱頂部位受到的壓力標(biāo)準(zhǔn)為：混凝土自身的強(qiáng)度達(dá)到0.3MPa后，應(yīng)該停止?jié)仓炷粒偈挂呀?jīng)澆筑的混凝土穩(wěn)定3～5min。拱頂防脫空預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)為，在土工布與防水板之間設(shè)置15個(gè)傳感器；當(dāng)傳感器亮綠燈時(shí)，說(shuō)明拱頂混凝土澆筑完成。

2.實(shí)際操作注意事項(xiàng)

（1）實(shí)際搭接過(guò)程中，可以使用V型橡膠條將施工縫壓成V型斜面，緩沖沖擊壓力，確保施工縫不會(huì)被壓毀，且還可以保證不會(huì)出現(xiàn)施工質(zhì)量缺陷。

（2）拱頂部位的混凝土澆筑完成以后應(yīng)該使用柱塞式振搗棒進(jìn)行振搗作業(yè)，可以有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化振搗作業(yè)，在拱頂部位設(shè)置多排氣動(dòng)式振搗裝置，結(jié)合施工需要合理地設(shè)置振搗時(shí)間，保證混凝土振搗密實(shí)。

（3）利用先進(jìn)的自動(dòng)化旋轉(zhuǎn)布料設(shè)備，借助輸送管道、輸送泵完成混凝土的分倉(cāng)澆筑。相較之傳統(tǒng)的澆筑方法而言，這種方法的作業(yè)效率大幅度提升，混凝土澆筑的時(shí)間有效縮短，減少作業(yè)人員的數(shù)量，降低施工成本，保證了混凝土澆筑的質(zhì)量。可以在一定程度上降低施工成本，且可以有效地保證混凝土澆筑的質(zhì)量。

五、結(jié)語(yǔ)

本文主要是針對(duì)于現(xiàn)代化智能襯砌臺(tái)車在鐵路建設(shè)工程項(xiàng)目中的運(yùn)用情況進(jìn)行研究分析。結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出自動(dòng)鋪料澆筑管理系統(tǒng)、自動(dòng)振搗管理系統(tǒng)，端部搭接采用的是V型搭接方式，配備智能化信息采集控制系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，隧道工程施工過(guò)程中的施工縫質(zhì)量可以妥善得到處理，襯氣質(zhì)量缺陷可以被全部消除，從而有效提高施工質(zhì)量。