隧道仰拱棧橋設(shè)計技術(shù)與安全管理初探

王力

【摘 要】隧道施工中簡易仰拱棧橋目前被廣泛應(yīng)用，針對簡易仰拱棧橋的設(shè)計及使用過程中的安全問題也逐漸凸顯出來，這些安全問題通過加強設(shè)計與安全管理工作是可以避免的。本文依托龍廈鐵路象山隧道施工中在簡易仰拱棧橋廣泛應(yīng)用初期的設(shè)計和安全應(yīng)用管理進行闡述，并展望了移動棧橋在仰拱棧橋中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】隧道；仰拱棧橋；安全管理

1工程概況

1.1隧道施工中仰拱棧橋的使用

新建龍巖至廈門鐵路設(shè)計時速為200km/h，客貨共線。其中ZD-1標象山隧道是全線重點控制性工程，設(shè)計為雙洞單線，左、右線分別長為15898m、15917m。隧道仰拱超前襯砌采用一次全幅灌注方式，為解決仰拱施工與開挖運輸作業(yè)面的干擾，采用仰拱棧橋來保證仰拱施工時運輸?shù)缆返耐〞场?/p>

1.2隧道簡易仰拱棧橋安全風(fēng)險分析

仰拱是隧道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它要將隧道上部的地層壓力通過隧道邊墻結(jié)構(gòu)或?qū)⒙访嫔系暮奢d有效的傳遞到地下，而且還有效的抵抗隧道下部地層傳來的反力。實際上它是能承受地層永久荷載和路面臨時荷載（動荷載）的一種地基梁（板）。仰拱作為隧道主要結(jié)構(gòu)之一，為防止運營期間出現(xiàn)路面沉降開裂，翻漿冒泥病害及結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等，目前在隧道設(shè)計中均要求全幅施工，所以在鉆爆法施工的隧道多采用棧橋配套方法進行仰拱施工。自仰拱全幅設(shè)計、施工要求后，簡易仰拱棧橋便量的在隧道施工中應(yīng)用，但由于加工無設(shè)計或設(shè)計檢算不規(guī)范，簡易仰拱棧橋的安全穩(wěn)定性及仰拱施工期間安全管理不到位等問題，極易引發(fā)棧橋變形、斷裂，或車輛側(cè)翻、掉落棧橋等風(fēng)險，引發(fā)生產(chǎn)安全事故等。

2象山隧道仰拱棧橋設(shè)計與驗算

2.1行走車輛及驗算荷載

隧道施工期間通過仰拱棧橋的主要施工機械有ZL50D裝載機、CAT320C反鏟挖掘機、后四輪自卸汽車、WOHO混凝土運輸車等。其中需要進行仰拱混凝土澆筑，自重（含載重）最大的是WOHO混凝土運輸車，其空車重13.1t，最大運載量為10m3，滿載時最大重量為37.1t。

因此，以WOHO硅運輸車滿載時作為仰拱棧橋的驗算荷載。其前橋重量為7.1t，后橋重量為30t；前中排輪距為4.0m，中后排輪距為1.4m。由此可得，前排輪單則承載3.55t，后橋由間距1.4m的中后排輪承載，單側(cè)每排輪承載7.5t。

2.2棧橋長度、寬度及每片板梁工字鋼數(shù)量的確定

仰拱視圍巖情況單次撿底6～8m，若按最大8m計算，預(yù)留工作面1m，則棧橋的跨度確定為9m。仰拱棧橋全幅由兩片板梁組成，單片板梁寬1.2m，兩片板梁中心距離1.9m（砼運輸車的輪距），則棧橋的外緣寬度3.lm，內(nèi)緣寬度0.7m。每片梁板采用5根12m的工30b工字鋼，兩端與仰拱槽各搭接1.5m。工字鋼之間橫向每隔1.5m采用工I18a工字鋼焊接，使板梁形成整體，并在橋面采用5mm厚鋼板或φ22螺紋鋼進行橫向連接。假設(shè)此橫向聯(lián)結(jié)剛度足夠大，計算時不考慮行車荷載的橫向分布系數(shù)，板梁作為一個整體共同變形。

2.3最不利受力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)驗算

2.3.1計算簡圖

由于砼運輸車單排輪接地長度為0.2m，對于橋的跨度9m而言，可視為集中荷載，工字鋼自重與其上的荷載相比較小，計算時暫不考慮，故37.lt汽車的移力荷載通過仰拱單幅棧橋時的荷載可簡化為3個集中荷載（P1=75KN，P2=75KN，P3=35.5KN）同時作用于一簡支梁上，該簡支梁一側(cè)固定鉸支，另一側(cè)可動鉸支，受力簡圖如圖1所示。由于砼運輸車在隧道內(nèi)施工段的行車速度一般控制在5-10km/h，通過棧橋時限制在5km/h，故可以不考慮行車的動載效應(yīng)。

在土建工程中，梁的撓度要求一般為跨長L的1/250～1/1000，若容許撓度取L/250，則[f]=3.6cm，f<[f]。仰拱棧橋的剛度條件基本能滿足要求，能正常工作，但富余量不大，在加工過程中，必須采用在工字鋼腰部增焊鋼板的形式進行補強。

2.4 不同跨度和型材條件下棧橋驗算結(jié)果

按上述方法對不同跨度和不同型材組合的棧橋進行驗算，計算結(jié)果見下表1。

上述計算是基于棧橋單幅板梁中多根工字鋼間有可靠的橫向聯(lián)結(jié)、多根工字鋼作為一個整體共同受力進行的。單幅板梁中多根工字鋼可靠的橫向聯(lián)結(jié)是防止工字鋼側(cè)翻或單根工字鋼因受力、變形過大引起棧橋失穩(wěn)的重要手段，施工中必須保證單幅板梁中多根工字鋼有可靠的橫向聯(lián)結(jié)。

2.5棧橋選用

根據(jù)本工程仰拱施工需要，為保證施工安全，決定采用由5根130b工字鋼組成的棧橋，具體尺寸詳見附圖。在棧橋使用過程中，必須保證跨度小于9m，兩片棧橋標高一致，間距均等，行車速度不得大于5km/h，以保證施工安全。

3.簡易仰拱棧橋安全管理

3.1隧道內(nèi)空間狹窄、作業(yè)面受限，運輸量大、車輛頻繁通過棧橋，針對仰拱棧橋作為安全管理的危險源納入安全生產(chǎn)管理，針對棧橋人員、車輛通行設(shè)置專項制度，

3.2仰拱棧橋設(shè)計必須經(jīng)過嚴格的檢算，考慮長期頻繁移動，安全系數(shù)不得小于1.5。重點對施工結(jié)構(gòu)不力荷載及強度、撓度等進行檢算，確保其具有足夠的強度和安全系數(shù)；仰拱棧橋設(shè)計時，其承載力不得小于最大通行荷載的1.5倍，以滿足預(yù)留安全系數(shù)的要求；仰拱棧橋設(shè)計時，其最大撓度f/L不得大于1/250；棧橋加工焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)，焊縫高度不小于6mm、寬度不小于8mm。

3.3仰拱棧橋就位時，要保證安設(shè)平整和安設(shè)寬度滿足不同輪距的車輛均能通過仰拱棧橋。棧橋必須設(shè)置防滑措施，仰拱棧橋上部的殘余混凝土和碴塊、泥水必須設(shè)專人及時清除，防止車輛震顫、打滑，引發(fā)車輛傾覆等事故。

3.4移動機械，或車輛通過棧橋時必須鳴笛、減速，限速5km/h緩慢通過，并且棧橋下方嚴禁人員施工，確保施工安全。

3.5施工機械必須定期保養(yǎng)，使其保持良好的工作狀態(tài)，安全裝置要齊全，所有機具設(shè)備的操作人員必須經(jīng)過嚴格訓(xùn)練，持證上崗，并嚴格遵守操作規(guī)程，嚴禁違章作業(yè)。

3.6施工過程中，應(yīng)加強棧橋撓度觀測和控制，定期進行檢查，發(fā)現(xiàn)撓度超過要求應(yīng)及時檢修；應(yīng)加強棧橋各焊接部位的質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)有焊縫脫落、焊縫開裂，應(yīng)及時補焊；應(yīng)加強棧橋主梁工字鋼、上下鋼板的質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)有開裂、塑性變形、疲勞破壞，應(yīng)及時修補加強。

4.結(jié)論

簡易仰拱棧橋結(jié)構(gòu)簡單牢固，制作方便，造價低，自重小，操作工藝簡單，同時根據(jù)不同的隧道開挖進度及養(yǎng)護時間需要，配備相應(yīng)數(shù)量的仰拱棧橋來滿足施工，使用靈活，具有一定的優(yōu)勢。但從隧道施工機械化配套及安全管理角度出發(fā)，可以從以下方面對仰拱棧橋進行改進：一是在滿足承受施工荷載和穩(wěn)定的情況下，采用輕質(zhì)高強代替型鋼鋼材，以減小棧橋的自重，使可移動仰拱棧橋更加靈活；二是增加自動行走系統(tǒng)，使可移動仰拱棧橋就位更加方便快捷。通過在傳統(tǒng)棧橋的基礎(chǔ)上增加行走設(shè)施、安裝液壓系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)等措施，方便移動；三是加大棧橋跨度、增加棧橋轉(zhuǎn)向和升降等功能改造，使得隧道施工的空間相對得以拓展，整個施工作業(yè)面可以平面展開，在保證棧橋上各種車輛設(shè)備正常通行不影響掌子面施工的情況下，橋下同時進行隧道的仰拱初期支護、鋼筋綁扎等施工，減小施工干擾，降低交叉作業(yè)的安全風(fēng)險。

參考文獻：

[1]楊忠，蔣宗全，朱秀軍，朱浩波，周永.仰拱棧橋在鐵路隧道施工中的運用[J].鐵道建筑，2010年12期.

[2]王軍濤.太行山隧道8#斜井工區(qū)仰拱棧橋施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2007年z1期.