24m全自動液壓仰拱棧橋的研發(fā)與應(yīng)用

譚楊輝，丁辰昱，周 權(quán)，許國見

（中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 400012）

1 工程概況

新建鄭州至萬州鐵路重慶段站前工程ZWCQZQ-7標(biāo)段，正線起止里程為DK744+512.65～D1K779+552，線路總長35.039km。共有隧道4.7座（包括：中臺山隧道3.870km，黃嶺坡隧道6.826km，太陽灣隧道9.355km，棲霞隧道7.623km，黃石隧道8.256km，總計33.462km），橋梁4座（1.448km），路基1段（0.058km），無砟道床70.08km，橋隧比高達99.83%，其中隧道占比95.5%，屬于典型的密集長大隧道群，施工風(fēng)險高、管理難度大、單頭掘進長、工期控制壓力大。因此，極有必要應(yīng)用較為先進的配套設(shè)備對各施工工序循環(huán)進行優(yōu)化，以減少工序間的干擾，進而加快施工進度。

筆者通過現(xiàn)場實踐，對隧道施工工序循環(huán)間的作業(yè)時間及相互影響關(guān)系進行了調(diào)查分析，認(rèn)為隧道施工期間仰拱施工與掌子面開挖出渣進料間的相互干擾較大，使得隧道施工效率和安全均受到很大的影響。為此，經(jīng)廣泛調(diào)研［1-5］和大量實踐，提出采用大跨度全自動液壓仰拱棧橋可較好地解決上述問題。

2 全自動液壓仰拱棧橋設(shè)計

仰拱棧橋的運用目的是為減少仰拱施作與前方工作面相關(guān)工序之間的干擾，用于供人員、車輛、設(shè)備等隧道內(nèi)立體交通的簡易構(gòu)件。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)重點考慮其結(jié)構(gòu)安全性、功能適用性、制作簡易性以及移動靈活性。

基于上述思路和原則，經(jīng)多次試驗和改進，設(shè)計了全新的大跨度全自動液壓棧橋，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖1，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 24m全自動液壓仰拱棧橋技術(shù)參數(shù)表

本次設(shè)計完成的24m全自動液壓仰拱棧橋整體由前橋、后橋、主橋、前支架座、后走行輪架、自動走行裝置、前支架、后橫移機構(gòu)、液壓自動平衡系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等部件組成，具體如圖1所示。

（1）在安全性方面，采用了型鋼加工制作，經(jīng)檢算，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全可靠，能夠滿足隧道內(nèi)所有大型設(shè)備和荷載的通過。同時，為確保棧橋下仰拱作業(yè)人員的安全，對棧橋行車通道采用鋼板全封閉，如圖2所示。

圖1 24m全自動液壓仰拱棧橋

圖2 全封閉安全行車通道

（2）在功能適用性方面，該仰拱棧橋全長達38.4m，其中有效施工長度達24m，為棧橋下仰拱作業(yè)提供了足夠的空間，減少了掌子面開挖施工運輸和仰拱施工之間的干擾，可以有效地組織起流水施工，提高了施工效率。

（3）在制作和移動的便捷性方面，該仰拱棧橋采用了模塊化設(shè)計，拼裝簡單，并安裝了必要的液壓控制與行走系統(tǒng)，施工過程中行走靈活，移動就位方便，提高了工效。

通過上述改進以及現(xiàn)場實踐，表明24m全自動液壓棧橋可較好地適用于工期緊張、受到施工空間限制、各道工序間相互影響，采用全斷面法、臺階法開挖方法的長大隧道工程的施工，達到了仰拱與前方工作面開挖等工序平行作業(yè)的目的。

3 基于24m全自動液壓仰拱棧橋的快速施工與組織

通過在長大隧道施工中采用帶有行走裝置的大跨度仰拱棧橋跨越仰拱作業(yè)區(qū)段，來解決仰拱作業(yè)與隧道開挖出渣進料工序間的相互干擾，各種車輛設(shè)備和人員在棧橋上正常通行，棧橋下同時進行隧道的仰拱初期支護、襯砌、回填等工序的施工，滿足隧道仰拱混凝土整幅澆筑一次成型和安全快速施工的需求。具體施工工藝流程如圖3所示。

3.1 總體施工工序安排

（1）隧道進洞一定長度后，便可進行仰拱施工。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。值得注意的是，若此時首段仰拱強度未達到70%，棧橋后輪可設(shè)在原地面上（最好是基巖或經(jīng)過處理的地面）；若首段仰拱強度達到70%，則可將棧橋后輪設(shè)于仰拱上，棧橋下可展開兩段仰拱的施工。就位后的狀態(tài)如圖4。

圖3 施工工藝流程圖

圖4 棧橋就位

（2）仰拱棧橋移動就位后，即可依托棧橋在掌子面正常掘進的情況下進行仰拱施工。通常棧橋下可分為兩段，按照基礎(chǔ)處理、防水板安裝、仰拱鋼筋綁扎、仰拱澆筑填充進行流水施工安排。當(dāng)完成棧橋下一段仰拱澆筑與填充，且強度達標(biāo)后即可向前移動棧橋，如此循環(huán)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，這樣可以實現(xiàn)棧橋施工緊跟臺階開挖，則棧橋須在隧洞內(nèi)進行側(cè)向移動。

3.2 棧橋安裝

（1）主橋安裝。主橋鋼箱梁及橫梁在地面上用螺栓連接成整體，將節(jié)點連接板用螺栓和連接銷與主橋整體連接構(gòu)成一體，以確保棧橋的穩(wěn)定性，如圖5所示。

（2）前支架安裝。將前支架與加高節(jié)用螺栓連接并擰緊，將其立于枕木之上，吊入主橋使其與主橋前支架座合并為整體。

圖5 主橋安裝

（3）安裝后走行結(jié)構(gòu)。通過將后行走結(jié)構(gòu)整體與主橋后行走輪架鉸銷連接，輪胎與地面貼合，如圖6所示。

圖6 安裝后行走結(jié)構(gòu)

（4）前后橋安裝。前橋、后橋與橋面板前、后端鉸銷連接，如圖7所示。

圖7 前橋安裝完成

（5）液壓管路、配接電氣線路安裝。所有液壓元件、油缸已在廠內(nèi)安裝完畢，且須保持現(xiàn)場及管路的清潔。

（6）部件檢查。棧橋安裝完畢后，全面檢查各部件各部位螺栓連接是否有松動，各連接銷是否轉(zhuǎn)動靈活，相關(guān)液壓原件及管路是否有滲漏，電氣接線是否安全絕緣等。

3.3 安裝仰拱模架

棧橋安裝就緒后，可進行仰拱作業(yè)，仰拱作業(yè)從仰拱模架安裝開始。具體步驟為：仰拱模版后端走行輪承力→自動行走裝置移至仰拱模版處與其通過牽引銷軸連接→自動行走裝置左后及右后支腿油缸提升牽引梁0.4m左右→棧橋的自動行走裝置及仰拱模整體移動，如圖8所示。

圖8 仰拱弧形模板安裝完成

3.4 全自動液壓仰拱棧橋工作要點

為確保施工安全，全自動液壓仰拱棧橋工作過程中應(yīng)重點注意以下事項：

（1）棧橋前后支撐盡量放平，并與混凝土澆筑面或初期支護仰拱面接觸牢固，以防止載重汽車通過時對棧橋產(chǎn)生過大沖擊。

（2）嚴(yán)禁過載運輸，且車輛等重載設(shè)備上、下橋及行駛過程時速度要慢，盡可能避免在橋面上瞬間加、減速。若棧橋工作時振動較大，應(yīng)查明原因，采取措施，減小振動，以延長其疲勞壽命。

（3）加強日常維護和保養(yǎng)，包括：及時清理橋面上的殘渣，油缸推桿防護、行走裝置導(dǎo)向機構(gòu)潤滑等。

4 全自動液壓棧橋工作安全與質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量驗收

嚴(yán)格按照GB50205-2010《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》等規(guī)范對仰拱棧橋進行檢查驗收，確保棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料規(guī)格、構(gòu)造連接等滿足強度和設(shè)計要求，并經(jīng)過車負(fù)載試驗合格后方可投入使用。

4.2 使用規(guī)定

（1）必須等待仰拱混凝土強度達到設(shè)計要求后方可將棧橋放置到仰拱混凝土上，避免對成品混凝土質(zhì)量的損壞。

（2）棧橋移動等操作須緩慢，操作棧橋移動人員必須經(jīng)過培訓(xùn)并考核合格才能進行作業(yè)，并應(yīng)注意觀察自動行走裝置滾輪與主橋位置未發(fā)生偏移。施工作業(yè)車輛通過棧橋行車速度不得大于5km/h，并在棧橋上設(shè)置減速和警示標(biāo)識。

（3）棧橋應(yīng)安設(shè)牢固，使用期間定期對棧橋撓度等進行監(jiān)測、評估、維護，確保使用過程中安全可靠。

（4）現(xiàn)場電器設(shè)備采用“一機一閘一漏”制，線路上禁止帶負(fù)荷接電或斷電，并禁止帶電操作。定期按照施工設(shè)計及有關(guān)電氣安全技術(shù)規(guī)程進行檢查，確保棧橋施工用電安全。

（5）經(jīng)過棧橋人員必須從側(cè)邊人行道通過，避免交通事故，并應(yīng)防止石渣墜落傷到下方施工作業(yè)人員。

（6）棧橋道及施工現(xiàn)場要注意撒水防塵，定時清理仰拱棧橋上建筑垃圾，做好防護并盡量減少車輛通過時的塵渣對棧橋下仰拱施工人員的影響。

4.3 維護保養(yǎng)

棧橋移動、就位及使用須嚴(yán)格按照說明書要求操作，并指定專業(yè)人員進行操作及管理。

（1）電氣控制部分應(yīng)保證工作電壓36V，電壓穩(wěn)定，絕不允許有漏電現(xiàn)象。各潤滑點應(yīng)及時加注潤滑脂或潤滑油，并定期檢查電氣控制系統(tǒng)是否符合電氣規(guī)范。電控柜在長時間運行后，要定期檢查柜內(nèi)接線或元件是否有松動或者脫落現(xiàn)象，已免導(dǎo)致故障或觸電危險，隔3個月進行一次檢查。

（2）保持泵站的清潔，嚴(yán)禁雜物、混凝土及其他顆粒落入。在進行仰拱施作、仰拱填充作業(yè)后須及時清除附在仰拱模板上的混凝土，作業(yè)期間須防止液壓油管上粘附混凝土。

（3）定期檢查各類螺栓是否聯(lián)接緊固、是否有滑絲現(xiàn)象，以及液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)液壓箱油量不足時，應(yīng)予補加；檢查各油管，各接頭，應(yīng)滿足無漏油現(xiàn)象，軟管無老化、損壞；檢查油泵和液壓油缸，油泵工作應(yīng)正常，無異常響聲，油缸應(yīng)無泄漏；夏季每5～6個月更換N46低溫抗磨液壓油，冬季5～6個月更換N32低溫抗磨液壓油，同時清洗吸油濾油器。

5 與既有簡易棧橋的比較

經(jīng)前期應(yīng)用與實踐，與既有常規(guī)的簡易棧橋相比，新研制的24m全自動液壓棧橋具有如下優(yōu)越性：

（1）棧橋跨度大，很好地解決了隧道施工過程中仰拱施工與前方工作面作業(yè)的工序干擾問題，為隧道整個工序循環(huán)的流水化、快速作業(yè)提供了有利的基礎(chǔ)保障。

（2）機械化程度高，采用了全自動液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)了仰拱棧橋的靈活移動與便捷行走，大大縮短了就位時間。

（3）保證了施工質(zhì)量，大跨度仰拱棧橋為仰拱施工提供了足夠的空間，使得仰拱能夠一次性澆筑完成，保證了仰拱結(jié)構(gòu)的整體性。

誠然，本次研制的24m全自動化液壓仰拱棧橋在前期投入上較傳統(tǒng)的簡易棧橋大，但其有效地提高了生產(chǎn)效率，加快了進度，特別是當(dāng)隧道較長且工期緊張時，其對降低施工成本、解決工程進度等方面均具有顯著的效益。

6 結(jié)束語

中建股份鄭萬鐵路項目部采用全自動液壓仰拱棧橋，從2017年5月至2017年9月上旬經(jīng)多次現(xiàn)場使用和改進后，于中臺山、太陽灣、棲霞、黃石隧道得到了成功應(yīng)用，實現(xiàn)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(biāo)，取得了良好的應(yīng)用效果。