新型自行式仰拱棧橋技術在高鐵隧道施工應用研究

摘要：仰拱施工是隧道結構施工的重要工序，需與隧道掌子面開挖施工同時實施，其施工操作難度大，如不能科學應用施工技術，易導致隧道后期使用的冒泥、翻漿等病害。常規的簡易仰拱棧橋施工技術存在建成構造復雜、實施不便捷、安全性差、易于掌子面施工沖突、投資費用高等弊端。依托高鐵隧道仰拱棧橋應用實際，分析自行式仰拱棧橋實現原理，介紹仰拱棧橋分類，在綜合現有隧道仰拱棧橋特征的基礎上，建立了一種新型自行式仰拱棧橋施工技術，并詳細闡述了技術實現方法及技術優勢。

關鍵詞：自行式；仰拱棧橋；高鐵隧道；液壓行走

0" "引言

仰拱施工與掌子面開挖施工相互有序實施，可有效提升高鐵隧道施工效率。新型自行式仰拱棧橋摒棄了常規仰拱棧橋結構繁瑣、應用不便、投資費用高等劣勢，在實現液壓可移動功能的基礎上，增加了中點水溝模板和全圓弧曲模結構，實現了仰拱結構、仰拱曲模混凝土各自澆筑、互不干擾，施工行進速度快、支撐剛度高、安全可靠，滿足了高鐵隧道施工中機械、車輛的有序通過要求，真正實現掌子面與仰拱施工協同施工作業，具備安裝簡便快速、操作便捷高效、降低勞動強度、投入成本低等優點，為高鐵隧道工程的順利實施提供了保障。

1" "自行式仰拱棧橋實現原理及分類

1.1nbsp; " "實現原理

仰拱棧橋主要通過在隧道仰拱施工操作區域搭建橋梁的方式，保障仰拱安全施工、隧道開挖工料的裝運。應用仰拱棧橋的目的是使隧道掌子面開挖免受仰拱作業影響，達到隧道仰拱作業與開挖作業協同操作、提升隧道施工效率的目的[1]。自行式仰拱棧橋繼承了常規簡易棧橋的優勢，并對其功能進行了優化，增加了可移動行走配置、電控裝置及液壓助力系統，無需搭載裝載機等外部驅動裝置，整體性能突出，應用性好，集成度高，可有效提升高鐵隧道施工效率。

1.2" " 自行式仰拱棧橋分類

自行式仰拱棧橋結構分為棧橋主體、前端引橋和后端引橋部分，依據跨載隧道基坑的方式不同可分為懸挑結構自行仰拱棧橋和橋跨結構自行仰拱棧橋[2]。

1.2.1" "懸挑結構自行仰拱棧橋

懸挑結構自行仰拱棧橋通過利用前端引橋跨載隧道基坑，將棧橋后端引橋及主體部分架設于仰拱填充區域，棧橋行走部分位于仰拱填充區。在正常隧道施工中，懸挑結構自行式仰拱棧橋與隧道基坑作業及掌子面挖掘施工之間，互相干擾程度較小。其棧橋主體可實現自行動力控制，能夠根據需求任意移動進出隧道仰拱基坑，極大提升了仰拱施工便利。利用棧橋主體部分及后端引橋部分的總體配重，實現前端引橋部分的懸挑功能，前端引橋跨越基坑的距離主要由棧橋主體和后端引橋的質量決定[3]。懸挑自行式仰拱棧橋結構如圖1所示。

1.2.2" "橋跨結構自行式仰拱棧橋

橋跨結構自行式仰拱棧橋利用棧橋主體實現隧道基坑跨載，主橋與前、后端引橋相互連接，主橋其余部分置于仰拱填充區域同掌子面臺階上方，基于隧道掌子面挖掘及襯砌施工安全作業的基礎上，可完成較大跨度施工操作[4]。

橋跨結構自行式仰拱棧橋整體結構的前支腿安裝于基坑內部，由于受限于基坑實際情況不同，橋跨結構仰拱棧橋的行進速率及移動靈活性會受到制約。通常棧橋在行進出入隧道過程中，通過拆解一部分棧橋框架并借助附加坡道才能完成。在實施仰拱操作過程中，一旦棧橋發生故障或施工工藝發生改變，橋跨結構自行仰拱棧橋便難以完成便捷移動出入，對后續工序實施造成不利影響。橋跨自行式仰拱棧橋結構如圖2所示。

2" "新型自行式仰拱棧橋施工技術結構與原理

結合懸挑結構自行仰拱棧橋的行進移動便捷性，及橋跨結構自行仰拱棧橋的穩固性優勢，對現有自行式仰拱棧橋進行結構優化，在仰拱棧橋結構中加設中點水溝模板和全圓弧曲模結構，以實現仰拱作業效率的有效提升。

2.1" " 結構構成

液壓自行式步履仰拱棧橋通過棧橋主體、前端支腿、中間支腿、后端支腿、前端引橋、后端引橋等部位構成[5]。棧橋主體的縱向主梁由箱梁結構搭建，并通過D狀邊梁框架與橫梁主體相連。這樣的框架結構承重效果突出，整體穩定效果好。棧橋整體跨度可達到每次仰拱24m或12m的距離。

前端支腿為龍門框架，支腿橫梁設立半移液壓缸裝置，以完成棧橋整體前側的平行移動。中間支腿為H式結構，配置導軌，利用驅動輪箱的牽引作用，實現棧橋主體的前后行進。后端支腿利用驅動輪箱與升降器一體化設計，支腿下降時，利用輪箱傳動作用牽引棧橋移動。

前后兩端引橋部分為拉升結構，牽引提升通過液壓缸助力，可實現較大角度的升降區間，且沖擊性小、操作穩定，具備較好的安全性。新型液壓自行式步履仰拱棧橋如圖3所示。

2.2" " 工作原理

2.2.1" "移動行進裝置

液壓自行式步履仰拱棧橋借助中間支腿與輪箱的相互運動，牽引輪箱降速裝置，帶動聚氨酯輪胎旋轉，進而實現利用步履方式完成棧橋的前后移動行進。棧橋主體后側配備了中間支腿牽引輪箱，前側配備了驅動張緊輪箱，其間利用中間支腿環及鏈條相連，在牽引輪箱帶動鏈條作用下，完成中間支腿在棧橋主體導軌下前后移動。

2.2.2" "液壓驅動裝置

利用液壓驅動裝置控制棧橋的平行移動、升降及引橋的提落，液壓裝置內配備平衡閥及液壓鎖，可實現液壓油缸的伸縮同步及操作穩定。利用自控裝置遠端控制電磁閥，實現液壓系統操作。

2.2.3" "自控裝置

自控裝置由主體控制箱和無線操控裝置構成，可實現設備監測、設備控制、故障提示和處置、無線遠程操控等功能[6]。利用自控裝置邏輯操控能實現液壓缸的規定驅動指令操作，避免了人為誤操作的弊端。無線遠程操作可使操作更方便安全，感應裝置可隨時監測設備運行狀態，出現告警即能提供提示信號。

2.2.4" "輔助裝置

液壓自行式步履仰拱棧橋可根據高鐵隧道實際需求，配置仰拱填充攤鋪機、中點水溝模板、一體化仰拱、全圓弧曲模、填充模板、移動溜槽等輔助裝置[7]。通過下掛方式連接，棧橋主體下方配置牽引動力車，用于完成輔助裝置的行進和固定。單獨的液壓系統可實現輔助模板的起落和脫模等功能，其一體化設計可完成仰拱填充和仰拱的機械化全幅作業，避免了人工操作誤差，定位準確、快速，可實現隧道仰拱混凝土全幅一次成型澆筑，效率大大提升。

3" "新型自行式仰拱棧橋施工技術優勢

3.1" " 適用性強

棧橋設計科學合理，自帶全圓弧曲模裝置可實現混凝土填充及仰拱單獨作業，安全穩定性高，便于控制操作，隧道環境施工適應能力較強。

3.2" " 施工效率高

單條隧道施工斷面空間有限條件下，可實現掌子面挖掘與仰拱作業同時進行，互不干擾，針對工期要求緊的施工特別適用。棧橋自動機械集成度高，組裝快速方便，可實現有限空間靈活作業，行走系統便于移動，行進速度快，運行穩定可靠，有助于提升施工效率。

3.3" " 綜合費用低

針對圍巖硬度等級高的情況，優化后的新型棧橋可單次挖掘施工超過24m。盡管提高了設備自身購買及維護成本，但施工效率有效提升及施工工期的減少，實現了綜合費用的整體降低，特別針對高鐵大長隧道施工，費用節省程度更加明顯。

3.4" " 安全性高

由于新型棧橋具備較大剛度，兩端主體桁架可提供良好防護功能，上方機械及車輛行進不對下方操作造成安全影響，使得安全性極大提升。如施工需要，還能配備專用行人通道，實現施工時的車、人各自通行，提高安全性的同時，也提升了機械施工效率。

3.5" " 操控性好

新型棧橋采用自動化無線遠程程序控制，各個獨立部件的單獨操作，并可及時收到監測收集運行數據和告警提示。模塊化的設計可根據隧道施工需要個性化定制功能模塊，無線人機操作界面便于使用者操作，具有靈活、安全的優勢。實現隧道的全部仰拱作業，減少了安裝和拆模操作工序，自控裝置控制定位及行進，減少了人工施工強度和成本，實現了施工質量和效率的大幅提升。移動可快速與模板系統形成配合，實現模板系統整體操作，定位更精確。

4" "新型自行式仰拱棧橋技術的應用要點

4.1" " 安裝新型自行式仰拱棧橋

在制造車間完成液壓自行式步履仰拱棧橋構件后，將其運送到高鐵隧道施工場地，參照隧道入口的實際施工進度，在入口約50m內進行起吊，組裝行進移動裝置，進行相應調試后移至隧道指定施工地點。

4.2" " 新型自行式仰拱棧橋移動及定位

行進移動裝置牽引移動到高鐵隧道基坑位置，調節仰拱模板兩端高度和支腿高度至合適節點，調節棧橋前側仰拱模板橫向點位及橫向構件的橫向位移點至設計位置。采用精確調節，使自行式仰拱棧橋準確定位。

4.3" " 全圓弧曲模安裝及定位

在棧橋鋼架位置固定全圓弧曲模，曲模的三大鋼模利用鉸鏈形成互連，翻轉折疊后完成組裝。測量安裝精度，根據測量數據利用液壓缸實施精調，參照仰拱端模、端面標高實施全圓弧曲模的精準定位，并進行加固處理，防止混凝土澆筑過程發生移位。安裝過程中，保證仰拱底座潤滑，將止水帶安裝在中心位置，模板安裝位置應與測量位置同側。

4.4" " 新型棧橋仰拱開挖及鋼筋綁扎施工

仰拱開挖順序為由前至后，邊挖掘邊清理基底土石和積水。成型后的仰拱襯砌鋼筋根據設計尺寸完成綁扎和焊接，使鋼筋構件尺寸與設計要求保持一致。4級以上軟質圍巖地質，鋼筋構件長度對比基坑寬度應不多于5m距離；3級以下硬質圍巖地質，鋼筋構件長度對比基坑寬度應不多于10m距離；堅硬程度較高圍巖，鋼筋構件長度對比基坑寬度應不多于15m.

4.5" " 新型棧橋定模澆筑及振搗施工

應用新型棧橋進行混凝土澆筑時，按從底部向兩端巖壁順序澆筑，巖壁用滑槽澆筑，底部用繩桶澆筑，澆筑速度應控制在2.5m/h左右。利用往復連續振搗保證澆筑密均勻、實度，避免振搗過度產生漏漿。為澆筑方便，在全圓弧曲模上端安裝混凝土澆筑口。拔出振動機械時應保持緩慢，防止出現氣泡，同時避免與鋼筋、模板等構件的接觸。

4.6" " 新型棧橋仰拱脫模施工

待仰拱施工混凝土強度值約為8MPa后，實施新型棧橋仰拱脫模施工。卸載絲杠件，液壓缸牽引全圓弧曲模，脫模結束。待仰拱施工實施完畢，及時清理模板的混凝土殘留物及其他雜物，放開伸縮裝置，校正就位，使模板恢復初始態。

4.7" " 中點水溝模板定位

中點水溝模板由連接模架和液壓模板構成，利用新型棧橋自行移動裝置牽引制動完成中點水溝定位，利用液壓裝置完成中點水溝模板的支、脫模操作。借助仰拱填充端模進行仰拱混凝土的填充。

5" "結語

作為高鐵隧道施工的關鍵工序，仰拱施工技術的應用效果關系到隧道施工安全和質量。本文通過總結常規仰拱棧橋施工技術的弊端和優勢，將現有技術優化，提出一種新型自行式仰拱棧橋施工技術。系統論述了新型自行式仰拱棧橋技術的實現模式，并分析其在高鐵隧道施工的實際應用狀況。新型自行式仰拱棧橋技術具有安裝簡便快速、操作便捷高效、自動化程度高、投入成本低等特點，仰拱施工與掌子面挖掘作業可同時實施，為高鐵隧道工程的順利實施提供了保證。

參考文獻

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