高速鐵路隧道仰拱全工序履帶式棧橋設(shè)計(jì)與應(yīng)用

薛江松， 李金鵬

(1. 中鐵隧道股份有限公司， 河南 鄭州 450003； 2. 石家莊鐵道大學(xué)， 河北 石家莊 050043)

0 引言

高速鐵路隧道仰拱襯砌采取全幅施工，仰拱弧型面一次成型，縱向不留施工縫，仰拱與仰拱回填分層澆筑。仰拱襯砌配套工藝工裝是影響隧道仰拱施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本的關(guān)鍵因素，研制新型仰拱棧橋，集成仰拱襯砌機(jī)械化施工裝備，對(duì)于保證仰拱襯砌質(zhì)量、提高仰拱施工效率、降低仰拱施工成本具有重要意義。

針對(duì)高速鐵路隧道仰拱施工裝備，國內(nèi)外學(xué)者已有較多研究。文獻(xiàn)[1]中設(shè)計(jì)的新型組合弧形鋼模板解決了仰拱與邊墻一次澆筑成型的問題； 文獻(xiàn)[2]中設(shè)計(jì)的簡易棧橋解決了仰拱施工區(qū)域車輛正常通行的問題； 文獻(xiàn)[3]中設(shè)計(jì)的加長型仰拱棧橋減少了仰拱模板的立模時(shí)間； 文獻(xiàn)[4-6]中設(shè)計(jì)的自行式仰拱棧橋和下掛式仰拱模板，解決了整車移動(dòng)以及模板定位、脫模機(jī)械化作業(yè)； 文獻(xiàn)[7-8]以鐵路隧道仰拱機(jī)械化施工資源配置情況為例，定量分析了隧道施工安全、進(jìn)度、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)，認(rèn)為隧道仰拱機(jī)械化配套施工具有良好的經(jīng)濟(jì)性。上述研究解決了隧道施工車輛正常通過仰拱施工區(qū)域的問題，但當(dāng)前、后行走路面高差大以及路況環(huán)境差時(shí)，棧橋移動(dòng)難問題尚未得到很好解決，且仰拱施工輔助工裝機(jī)械化程度低，仰拱模板和中心水溝模板移動(dòng)及定位依靠人工實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致模板定位精度低、仰拱襯砌縱向直線度誤差大，嚴(yán)重影響仰拱施工質(zhì)量。

本文根據(jù)高速鐵路隧道仰拱施工要求，研制出新型仰拱施工裝備，將棧橋底部分成3個(gè)有效作業(yè)區(qū)域，每個(gè)作業(yè)區(qū)域設(shè)計(jì)了獨(dú)立、操作性強(qiáng)的施工裝備，采用四桿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，將仰拱模板懸掛在棧橋兩側(cè)，設(shè)計(jì)縱向梁，提高模板直線度，并采用液壓履帶行走機(jī)構(gòu)，解決了仰拱模板定位精度差和棧橋行走機(jī)構(gòu)難以適應(yīng)隧道仰拱施工惡劣工況的問題。

1 研究背景

1.1 工程概況

鄭萬(鄭州—萬州)高鐵是聯(lián)系西南地區(qū)和中原地區(qū)的主要客運(yùn)快速通道，線路自鄭州經(jīng)平頂山、南陽、鄧州、襄陽至重慶萬州，全長約785 km。向家灣隧道位于湖北興山至巴東北區(qū)間，中心起始里程為DK584+091.62，全長4 663.24 m，最大埋深為1 025 m。隧道設(shè)計(jì)為14‰和30‰的單面上坡，屬Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)低瓦斯隧道(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖占比分別為35%、56%、9%)，采用鉆爆法大型機(jī)械化配套施工。隧道地質(zhì)主要以灰?guī)r、碳質(zhì)頁巖為主，巖層中—強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙相對(duì)發(fā)育，地質(zhì)情況復(fù)雜，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。

1.2 仰拱全工序履帶式棧橋設(shè)計(jì)要求

針對(duì)向家灣隧道進(jìn)口施工組織特點(diǎn)，在保證設(shè)備基本功能的前提下，需要對(duì)棧橋性能進(jìn)一步優(yōu)化，主要內(nèi)容如下。

1)棧橋行走驅(qū)動(dòng)部分。考慮到前端行走路面為平整度極差的仰拱初期支護(hù)面，后端行走路面為仰拱回填面，需滿足前、后端行走路面標(biāo)高不同的要求，而且整車要移動(dòng)快速、性能穩(wěn)定、操作簡便，無其他設(shè)備輔助，一人即可完成整車的移動(dòng)。

2)根據(jù)隧道仰拱施工組織安排，仰拱基底清理、鋼筋綁扎、仰拱襯砌、仰拱回填等仰拱全工序作業(yè)時(shí)間與前端掌子面開挖全工序進(jìn)度同步(Ⅳ級(jí)圍巖施工進(jìn)度為8 m/d)。

3)根據(jù)隧道仰拱施工要求，仰拱襯砌采取全幅施工，兩側(cè)弧型面與底部拱形一次成型。為提高施工效率，仰拱模板的定位和移動(dòng)必須具備操作方便、定位快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)，同時(shí)為保證施工質(zhì)量，仰拱模板采用的連接方式需能避免主橋上車輛通行引起振動(dòng)。

2 仰拱全工序履帶式棧橋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 棧橋的結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)向家灣隧道施工組織要求，結(jié)合隧道斷面圖，棧橋主結(jié)構(gòu)采用貝雷梁的設(shè)計(jì)技術(shù)[4]，保證施工車輛正常通行，橋面車輛通過區(qū)域?qū)挾仍O(shè)計(jì)為3.6 m，橋面設(shè)計(jì)額定載荷為50 t。棧橋總長51.6 m，其結(jié)構(gòu)組成見圖1。

圖1 棧橋整體結(jié)構(gòu)圖(單位： mm)

2.2 棧橋的主橋設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)高速鐵路隧道仰拱施工工藝流程如下： 測(cè)量放線(分段、高程控制、中線控制)—清底—棧橋就位—施作初期支護(hù)(或找平)—鋼筋綁扎—立模(安裝縱向止水帶)—澆灌仰拱混凝土—填充堵頭立模、中心水溝安裝、橫向排水管安裝—填充混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后脫?！B(yǎng)護(hù)—混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度—移動(dòng)仰拱棧橋進(jìn)行下一循環(huán)施工[3]。各工序需要在同一區(qū)域按照工藝流程逐步實(shí)施。為提高施工效率，該棧橋主橋有效工作長度設(shè)計(jì)為36 m，分3個(gè)作業(yè)區(qū)域，其中： 第1個(gè)作業(yè)區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)底面清理、鋼筋綁扎工作區(qū)； 第2個(gè)作業(yè)區(qū)域?yàn)檠龉耙r砌、仰拱回填工作區(qū)；第3作業(yè)區(qū)域?yàn)檠龉梆B(yǎng)護(hù)工作區(qū)?？紤]主橋前、后端搭接長度不小于1 m，預(yù)留行走機(jī)構(gòu)安裝空間，主橋設(shè)計(jì)總長為42.8 m，采用工字鋼拼接成貝雷梁結(jié)構(gòu)，主橋梁身高度為2.3 m。

2.3 棧橋前、后坡橋的設(shè)計(jì)

前坡橋是橋面行車道與仰拱開挖面之間的過渡部件，后坡橋是橋面行車道與仰拱回填面之間的過渡部件。前、后坡橋與行車道之間采用鉸接方式連接，通過2根液壓油缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)坡橋的起升和降落，為保證車輛正常通行，考慮車輛重載爬坡能力，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)尺寸，前坡橋設(shè)計(jì)坡度為19%，后坡橋設(shè)計(jì)坡度為16%[6]。

為保證前坡橋提升系統(tǒng)性能的穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。設(shè)計(jì)考慮將坡橋升降油缸設(shè)置在坡橋底部，油缸鉸接機(jī)構(gòu)耳板中心孔采用50 mm長孔[7]，油缸通過一聯(lián)換向閥控制，主油路高壓油液經(jīng)過一個(gè)液壓鎖，然后通過三通分流，分別流入2根升降油缸，解決了前坡橋起升后，底部可操作空間小，不容易清理坡橋下部虛碴的問題，實(shí)現(xiàn)了坡橋和坡橋油缸長期處于浮動(dòng)狀態(tài)，可防止虛碴面回填不密實(shí)、液壓系統(tǒng)流量差異導(dǎo)致坡橋油缸損壞的問題。經(jīng)過改進(jìn)后的坡橋結(jié)構(gòu)見圖2，在油缸定位長度不改變的情況下，坡橋前端可實(shí)現(xiàn)200 mm的上下浮動(dòng)(見圖2中狀態(tài)1和狀態(tài)3比較)； 改變油缸定位長度，坡橋下端可提供3 900 mm高的作業(yè)空間(見圖2狀態(tài)2)。

圖2 棧橋前坡橋結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)

2.4 棧橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

棧橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是棧橋的核心部件，其功能的穩(wěn)定性、安全性、可操作性是評(píng)價(jià)棧橋設(shè)備性能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。國內(nèi)近幾年研制出了不同形式的棧橋驅(qū)動(dòng)方式，主要有4種，每種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 國內(nèi)幾種棧橋驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

根據(jù)表1的對(duì)比分析，為提高仰拱施工效率，棧橋驅(qū)動(dòng)采用液壓履帶，履帶與主橋間通過鉸接銷連接，采用旋轉(zhuǎn)芯盤，實(shí)現(xiàn)履帶360°旋轉(zhuǎn)，可有效調(diào)整棧橋行走過程中產(chǎn)生的左右偏差。履帶的主要參數(shù)如下： 液壓系統(tǒng)流量設(shè)計(jì)為32 L/min，行走速度為5 m/min，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)矩為60 000 N·m，額定載荷為50 t[9]。

2.5 棧橋仰拱襯砌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)仰拱全幅一次成型和仰拱模板快速、準(zhǔn)確定位，棧橋仰拱襯砌系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是將仰拱模板與主橋加工成整體[7]，通過主橋兩側(cè)設(shè)置連桿機(jī)構(gòu)，采用可調(diào)節(jié)支撐絲桿連接主架與仰拱模板，實(shí)現(xiàn)圖3所示的平行四邊形仰拱模板支撐系統(tǒng)。在該平行四邊形對(duì)角線上設(shè)計(jì)模板提升油缸，通過改變油缸長度和調(diào)整仰拱模板支撐系統(tǒng)平行四邊形對(duì)角線長度，實(shí)現(xiàn)仰拱模板相對(duì)位置的改變，最終依靠油缸液壓鎖穩(wěn)定模板支撐體系，實(shí)現(xiàn)仰拱模板的定位和脫模[10]。改進(jìn)后的仰拱模板支撐系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)見圖3，圖中左側(cè)為模板定位狀態(tài)，支撐絲桿長度分別為1 259 mm和1 884 mm，模板提升油缸長度為1 200 mm； 右側(cè)為模板脫模狀態(tài)，支撐絲桿長度分別為1 071 mm和1 882 mm，模板提升油缸長度為800 mm。通過改變支撐絲桿1和提升油缸的長度，實(shí)現(xiàn)仰拱模板的精準(zhǔn)定位和脫模，脫模空間離已襯砌仰拱面最小距離為211 mm。

圖3 仰拱模板定位、脫模狀態(tài)圖(單位： mm)

Fig. 3 State diagram of invert formwork locating and demoulding(unit： mm)

2.6 棧橋輔助工裝的設(shè)計(jì)

為提高環(huán)、縱向仰拱止水帶的安裝質(zhì)量，棧橋采用4 mm厚輕質(zhì)鋼板，按照仰拱弧度設(shè)計(jì)了雙層弧形仰拱鋼堵頭板，實(shí)現(xiàn)環(huán)向止水帶精確定位； 通過縱向梁附加夾具的結(jié)構(gòu)形式，配合1 t緊線器，可提高縱向止水帶的直線度，保證止水帶的安裝質(zhì)量[11]。

為提高仰拱回填的施工速度，將仰拱回填堵頭模板和中心水溝模板都設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)，采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模板快速定位及脫模。在對(duì)中心水溝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證水溝整體脫模，其截面加工成具有一定拔模角度的梯形截面，具體結(jié)構(gòu)見圖4。

1—止水帶夾具； 2—模板支撐體； 3—仰拱回填堵頭板； 4—中心水溝模板； 5—仰拱堵頭板； 6—仰拱模板。

圖4 Ⅳ級(jí)圍巖仰拱襯砌正視圖(單位： mm)

Fig. 4 Front view of invert lining in Grade Ⅳ surrounding rock(unit： mm)

2.7 棧橋主要部件強(qiáng)度校核

主橋是棧橋主要承力部件，考慮主橋兩側(cè)懸掛仰拱模板，主橋必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度。因此，必須對(duì)主梁的抗彎性能和撓度進(jìn)行校核，整車三維模型見圖5。

圖5 棧橋三維模型圖

2.7.1 主橋受力分析

分析主梁在不同工況條件下的受力狀態(tài)，其承受的外力包括： 1)載荷1， 棧橋允許通過最大車輛質(zhì)量為50 t； 2)載荷2， 主梁自重G=70 t。其中： 載荷1簡化為集中載荷，集中載荷F1=500 kN； 載荷2簡化為均布載荷，均布載荷集度q=G/L=18 kN /m，L為主梁受力模型兩支點(diǎn)間距離，取為39 m。

當(dāng)載荷1運(yùn)行至主梁前、后支撐中間點(diǎn)時(shí)，主梁該處產(chǎn)生的彎矩最大。最大彎矩Mmax=F1×L/2+q×L2/8=13 172 kN·m， 其受力簡圖見圖6。

圖6 主梁受力圖(單位： mm)

2.7.2 主橋強(qiáng)度校核

假設(shè)主梁截面為等截面梁，主梁剖面見圖7。通過核算，該截面的抗彎系數(shù)W=105 248.1 cm3。

圖7 主梁剖視圖

主梁危險(xiǎn)截面在最大彎矩作用下的應(yīng)力σ=Mmax/W=125.15 MPa。主梁所用材料為Q235，其極限應(yīng)力σs=235 MPa，取其安全系數(shù)ns=1.8，則其許用應(yīng)力[σ]=σs/ns=131 MPa[12]。主梁危險(xiǎn)截面應(yīng)力小于主梁材料的許用應(yīng)力，主梁的強(qiáng)度滿足要求。

2.7.3 主橋剛度校核

主梁簡化為簡支梁，在均布荷載和集中載荷共同作用下，最大撓度在前、后端支撐點(diǎn)中心位置，擾度計(jì)算公式[13]為：

Ymax=5qL4/(384EI)+ 8FL3/(384EI)。

(1)

式中：Ymax為梁跨中的最大撓度，mm；q為均布線荷載標(biāo)準(zhǔn)值，取為18 kN/m；E為鋼的彈性模量，對(duì)于工程用結(jié)構(gòu)鋼取為210 000 N/mm2；I為主梁的截面慣矩，取為1.1×1011mm4；L為主梁支撐點(diǎn)間距，取為39 m；F為集中荷載，取為500 kN。

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式(1)，得Ymax=50 mm。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，梁的擾度必須小于L/400=97.5 mm，計(jì)算梁的撓度為50 mm，主梁的剛度滿足要求。

2.8 棧橋的主要參數(shù)

根據(jù)對(duì)全工序履帶式棧橋的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)重要部件強(qiáng)度、剛度的校核，最終確定棧橋的主要技術(shù)參數(shù)，見表2。

表2棧橋主要技術(shù)參數(shù)

Table 2 Main technical parameters of full process crawler-type invert trestle

項(xiàng)目 參數(shù) 整車外形尺寸(長×寬×高)/(mm×mm×mm)51 600×13 000×5 130工作長度/m36額定載荷/t50行車道寬/mm3 600前、后坡橋坡度19%、16%模板脫模方式液壓式棧橋移動(dòng)方式液壓履帶式整車自重/t96

3 仰拱全工序履帶式棧橋現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 仰拱施工工藝

向家灣隧道采用鉆爆法加強(qiáng)型機(jī)械化全斷面施工工法，本棧橋主要針對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖施工，仰拱清底后，棧橋移動(dòng)就位，棧橋底部3個(gè)作業(yè)區(qū)域同步作業(yè)。

3.1.1 仰拱鋼筋綁扎

根據(jù)仰拱施作長度(12 m)，提前把仰拱鋼筋采用擠壓套筒連接至設(shè)計(jì)仰拱長度，鋼筋搭接長度符合設(shè)計(jì)要求； 通過仰拱弧形模板和初期支護(hù)的間隙，把仰拱鋼筋放置在仰拱初期支護(hù)上，按照設(shè)計(jì)要求，分層綁扎鋼筋[14]。

3.1.2 仰拱弧形模板定位，堵頭板、止水帶安裝

通過操作液壓油缸控制手柄，按照?qǐng)D3所示仰拱模板定位尺寸，結(jié)合測(cè)量放樣，確定仰拱模板位置，使仰拱模板準(zhǔn)確定位。模板前后采用定制工裝，通過精軋螺紋鋼專用螺母將模板固定，防止模板上下浮動(dòng)(現(xiàn)場(chǎng)加固照片見圖8)，然后將油缸、支撐絲桿銷軸拆除，防止車輛通行產(chǎn)生的振動(dòng)影響仰拱襯砌質(zhì)量。利用雙層弧形仰拱鋼堵頭板，實(shí)現(xiàn)環(huán)向止水帶精確定位。利用縱向止水帶夾具，調(diào)整夾具水平長度，配合1 t緊線器，實(shí)現(xiàn)縱向止水帶平直安裝。

圖8 仰拱模板端部的固定方式

3.1.3 仰拱混凝土澆筑

混凝土罐車行至棧橋上，采用梭槽澆筑混凝土。底部仰拱采取分片分層澆筑，采用插入式振搗器，加強(qiáng)混凝土振搗攤鋪。仰拱模板底部混凝土的澆筑順序?yàn)橄葟闹虚g模板上的泵送口壓入混凝土再從仰拱兩側(cè)口壓入混凝土，采用附著式平板振動(dòng)器振搗?；炷翝仓俣炔灰颂?，澆筑速度不超過30 m3/h。

3.1.4 立仰拱回填堵頭模板和中心水溝模板

通過操作液壓油缸控制手柄，將仰拱回填堵頭模板與中心水溝同時(shí)定位，人工調(diào)整模板位置，保證模板與仰拱端部對(duì)齊，避免仰拱與仰拱回填端面有較大錯(cuò)臺(tái)。

3.1.5 仰拱混凝土養(yǎng)護(hù)

為加快混凝土強(qiáng)度增長，保證棧橋移動(dòng)前后端行走區(qū)域混凝土強(qiáng)度達(dá)到5 MPa以上，要求混凝土澆筑完成后立即開展養(yǎng)護(hù)工作，仰拱表面及時(shí)使用土工布或草墊覆蓋，避免行車過程中的雜物掉落至回填混凝土內(nèi)，根據(jù)隧道空氣溫度和濕度及時(shí)噴水養(yǎng)護(hù)。

3.1.6 仰拱施工工藝流程

仰拱施工每道工序需要的人員、材料、施工機(jī)械按照鐵路隧道施工定額進(jìn)行配置，3個(gè)作業(yè)區(qū)域具體工作內(nèi)容及工序循環(huán)時(shí)間見圖9。

3.2 棧橋施工現(xiàn)場(chǎng)使用情況

仰拱全工序履帶式棧橋應(yīng)用在鄭萬高鐵湖北段9標(biāo)向家灣隧道進(jìn)口施工現(xiàn)場(chǎng)，整體性能達(dá)到前期設(shè)定的目標(biāo)要求，滿足仰拱施工要求?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用照片見圖10。

3.3 仰拱施工質(zhì)量

保證仰拱模板直線度誤差和定位精度是控制仰拱襯砌質(zhì)量的關(guān)鍵。相對(duì)于普通仰拱棧橋襯砌模板難以精確定位、容易跑模和施工質(zhì)量難以保證，導(dǎo)致后續(xù)隧道拱墻襯砌臺(tái)車搭接困難、縱向施工縫錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重的問題，全工序仰拱棧橋配置的仰拱模板整體剛度好，模板組裝完成后直線度誤差小，且采用液壓油缸輔助定位，定位精度高，避免了上述問題，并能使混凝土達(dá)到內(nèi)實(shí)外美的效果，仰拱堵頭板封堵牢固，止水帶安裝位置符合設(shè)計(jì)規(guī)范，能避免澆筑時(shí)止水帶變形(形成波浪形)影響隧道防水效果的問題[15]。

圖9 仰拱施工工序及其時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖

(a) 棧橋后端(b) 棧橋全景(c) 仰拱模板(d) 仰拱端部堵頭板

圖10現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用照片

Fig. 10 Site application photos of full process crawler-type invert trestle

3.4 仰拱施工經(jīng)濟(jì)效益分析

3.4.1 仰拱施工進(jìn)度分析

根據(jù)向家灣隧道每延米成洞仰拱施工情況，套用相關(guān)定額計(jì)算工日及能源消耗。普通仰拱棧橋?yàn)閱喂ば蜃鳂I(yè)，與全工序仰拱棧橋施工進(jìn)度對(duì)比見表3。

從表3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知： 不同機(jī)械配置下每延米仰拱施工循環(huán)時(shí)間分別為5.5 h和3 h，完成12 m仰拱全工序作業(yè)時(shí)間分別為66 h和36 h。對(duì)比2種施工組織模式，普通機(jī)械化仰拱棧橋施工時(shí)仰拱混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足，嚴(yán)重影響仰拱質(zhì)量； 采用仰拱全工序履帶式棧橋，不僅保證了仰拱襯砌質(zhì)量，而且節(jié)約30 h仰拱施工關(guān)鍵路線工序時(shí)間，效率提高了45.5%。

表3 12 m仰拱施工進(jìn)度

3.4.2 仰拱施工成本分析

按照隧道總長4 663 m對(duì)設(shè)備采購價(jià)進(jìn)行分?jǐn)?，全工序仰拱棧橋設(shè)備采購價(jià)為98萬； 普通仰拱棧橋設(shè)備采購價(jià)為30萬。人工費(fèi)執(zhí)行《鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計(jì)概(預(yù))算編制辦法》綜合工費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，為25.82元/工日； 施工用鋼材價(jià)格按照2017年市場(chǎng)平均采購單價(jià)4 000元/t核算，比較2種設(shè)備的仰拱施工直接成本。

3.4.2.1 普通仰拱棧橋施工直接成本

1)人工費(fèi)。包括： ①開挖班2人，施工1個(gè)工班；②清底班4人，施工1個(gè)工班；③鋼筋綁扎6人，施工2個(gè)工班；④立模澆筑班8人，施工2個(gè)工班。施工12 m仰拱共計(jì)34個(gè)工班，人工費(fèi)共計(jì)10 534.5元，每延米人工費(fèi)用為877.88元。

2)輔助材料費(fèi)。每延米仰拱模板、中心水溝槽模板定位及止水帶安裝需要消耗的鋼筋為30 kg，每延米輔助材料費(fèi)為120元。

3.4.2.2 全工序仰拱棧橋施工直接成本

1)人工費(fèi)。包括： ①開挖班2人，施工1個(gè)工班；②清底班4人，施工1個(gè)工班；③鋼筋綁扎6人，施工2個(gè)工班；④立模澆筑班4人，施工2個(gè)工班。施工12 m仰拱共計(jì)27個(gè)工班，人工費(fèi)共計(jì)8 365.68元，每延米費(fèi)用為697.14元。

2)輔助材料費(fèi)。每延米仰拱模板、中心水溝槽模板定位及止水帶安裝需要消耗的鋼筋為5 kg，每延米輔助材料費(fèi)為20元。

3.4.2.3 施工成本對(duì)比

不同機(jī)械配置下每延米仰拱施工直接成本對(duì)比見表4?？芍?采用全工序仰拱棧橋比普通仰拱棧橋每延米節(jié)省134.91元，向家灣隧道施工完成節(jié)省費(fèi)用62.91萬元。全工序仰拱棧橋采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，各部件采用螺栓連接，設(shè)備可重復(fù)使用，其投資價(jià)值更高。

表4 每延米仰拱施工直接成本

4 結(jié)論與建議

本文以鄭萬高鐵湖北段9標(biāo)向家灣隧道為依托工程，研制了全工序履帶式仰拱棧橋，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了該設(shè)備具有良好的工作性能和經(jīng)濟(jì)效益，得到以下主要結(jié)論：

1)全工序履帶式仰拱棧橋采用液壓履帶行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了操控簡便、行走靈活、安全可控；

2)全工序履帶式仰拱棧橋有效作業(yè)長度為36 m，實(shí)現(xiàn)了基底清碴、鋼筋綁扎、仰拱澆筑、仰拱回填、仰拱養(yǎng)護(hù)等工序在3個(gè)不同區(qū)域同步作業(yè)，極大地提高了施工效率，減少了仰拱施工時(shí)間；

3)全工序履帶式仰拱棧中的仰拱模板與主橋之間采用四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了仰拱襯砌矮邊墻高度過大，仰拱模板定位、移動(dòng)困難的問題，并研制出多種仰拱襯砌工藝工裝，降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了襯砌施工質(zhì)量；

4)全工序履帶式仰拱棧橋改進(jìn)了前、后坡橋連接結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)液壓回路，增加控制閥塊，降低了設(shè)備故障率，保證了整車性能的穩(wěn)定，提高了仰拱施工效率；

5)全工序履帶式仰拱棧橋不僅能減少施工人員的投入，而且能降低仰拱模板、中心水溝槽模板固定鋼筋消耗量，節(jié)約施工成本。

全工序仰拱棧橋在鄭萬高鐵9標(biāo)向家灣隧道中取得了較好的應(yīng)用效果，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，下一步可在此研究基礎(chǔ)上增設(shè)自動(dòng)振搗系統(tǒng)、自動(dòng)布料系統(tǒng)和自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)等功能，進(jìn)一步減少施工人員數(shù)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人為因素對(duì)施工質(zhì)量的影響，從而提高施工質(zhì)量和效率。此外，在降低設(shè)備成本方面，對(duì)主橋結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、輕便化、裝配式設(shè)計(jì)是進(jìn)一步研究的方向。