路基拱形骨架護(hù)坡機(jī)械化施工裝備與工藝研究

傅重陽(yáng)

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

近年來(lái)，中國(guó)鐵路工程集團(tuán)有限公司全力推行“機(jī)械化、工廠化、專業(yè)化、信息化”管理模式下，采用新設(shè)備、新工藝已然成為工程建設(shè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理的一大發(fā)展方向。目前，路基邊坡拱形截水骨架護(hù)坡施工中存在拱形骨架溝槽采用傳統(tǒng)人工開挖工藝，施工效率低、溝槽開挖質(zhì)量難控制；骨架溝槽底及內(nèi)部核心土采用傳統(tǒng)人工鐵鍬拍打夯實(shí)不密實(shí)，質(zhì)量控制難度大；空心六棱磚采用傳統(tǒng)人工掛線定位工藝，安裝工效低、線形精度差等一系列問題。隨著路基邊坡防護(hù)機(jī)械化水平的不斷提高，骨架基槽逐漸采用人工輔助挖掘機(jī)鏟斗開挖的方法，盡管降低了人工成本，提高了工效，但存在鏟斗剮蹭槽壁及核心土易被破壞等問題，工程質(zhì)量過程控制主要依靠工人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的測(cè)量工具而定，質(zhì)量控制難度極大。同時(shí)，在穿越城市鐵路沿線的路基邊坡綠化景觀帶在城市中既起著防護(hù)作用，同時(shí)起到美化城市環(huán)境的作用，骨架護(hù)坡內(nèi)嵌空心六棱磚的鋪設(shè)質(zhì)量及內(nèi)部客土值草存活率，嚴(yán)重影響了道路沿線景觀。

本文通過介紹骨架基槽高效銑挖設(shè)備、骨架基槽銑挖深度精確控制及預(yù)警裝置、拱形骨架基槽底及骨架內(nèi)預(yù)留土機(jī)械夯實(shí)設(shè)備、空心六棱磚精確鋪設(shè)裝置等內(nèi)嵌空心磚拱形骨架護(hù)坡施工所需關(guān)鍵工裝及設(shè)備，同時(shí)結(jié)合相關(guān)工裝及設(shè)備的使用方法，對(duì)嵌空心六棱磚骨架護(hù)坡機(jī)械化高效施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步完善我國(guó)路基邊坡防護(hù)機(jī)械化施工配套裝備及工藝，對(duì)路基邊坡防護(hù)機(jī)械化綠色施工起到了良好的示范作用。

1 內(nèi)嵌空心六棱磚骨架護(hù)坡施工設(shè)備

1.1 路基邊坡骨架基槽銑挖及夯實(shí)設(shè)備

路基邊坡骨架基槽銑挖及夯實(shí)設(shè)備，主要包括橫向（豎向）銑挖頭、精確控制及預(yù)警裝置、液壓平板夯實(shí)實(shí)機(jī)、鏟斗和快速接頭（圖1）。

圖1 路基邊坡骨架基槽銑挖及夯實(shí)設(shè)備

1）橫向（豎向）銑挖頭 銑刨頭上設(shè)置橫向或縱向輥軸，輥軸外圓面設(shè)有螺旋葉片和溝槽挖掘鉆頭，通過銑刨頭內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過快速接頭與挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)連接，銑刨頭末端殼體中間設(shè)銑牙，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。通過挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)銑刨頭內(nèi)部機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)橫向或縱向輥軸及其表面鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)溝槽土體進(jìn)行挖掘，利用鉆頭及銑牙松散土層，借助螺旋葉片控制開挖面的平整度。

圖2 橫向銑挖頭、豎向銑挖頭設(shè)計(jì)圖

2）銑挖深度預(yù)警裝置 在銑刨頭外圓面上設(shè)置調(diào)整支架，在調(diào)整支架上裝設(shè)距離傳感器，通過距離傳感器檢測(cè)其到預(yù)置在核心土表面的成型板之間的距離，并將檢測(cè)到的距離信號(hào)發(fā)送至槽深監(jiān)控器，接收到距離信號(hào)后發(fā)出預(yù)警警報(bào)，實(shí)現(xiàn)洗挖深度精確控制，避免超挖和欠挖，具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 銑挖機(jī)挖槽深度預(yù)警裝置

3）平板夯實(shí)設(shè)備 夯實(shí)設(shè)備基座一端設(shè)置快速接口，與快換接頭匹配，另一端安裝激振裝置和夯實(shí)板，夯實(shí)板采用四邊形，在邊緣處設(shè)計(jì)為45°斜面，可使夯實(shí)機(jī)夯土?xí)r對(duì)前方土屑形成擠壓，避免嗆土現(xiàn)象，具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 一種液壓平板夯實(shí)機(jī)

4）快換接頭（圖5）安裝與挖機(jī)臂前端，可實(shí)現(xiàn)橫向銑挖頭、豎向銑挖頭、鏟斗、液壓平板夯實(shí)機(jī)的快速更換。

圖5 快換接頭

1.2 骨架內(nèi)嵌空心六棱磚精確高效鋪裝設(shè)備

圖6 為空心六棱磚鋪設(shè)快速精確定位裝置，使用時(shí)將定位裝置兩端平行扣在左右兩側(cè)擋水沿上并固定牢固，通過定位凹槽對(duì)相鄰空心六棱磚限位，確?？招牧獯u鋪設(shè)縫隙均勻、線形順直，減少二次返工。

圖6 空心六棱磚鋪設(shè)快速精確定位裝置

2 施工技術(shù)原理

1）采用橫向銑挖頭實(shí)現(xiàn)豎向溝槽的銑挖（圖7），豎向銑挖頭實(shí)現(xiàn)弧形溝槽的銑挖（圖8），在銑刨頭表面分布有合金銑牙，用于銑削土體；同時(shí)，橫向銑刨頭表面上設(shè)計(jì)有螺旋葉片，以便于將銑削下來(lái)的碎土在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)離心甩出槽外。

圖7 采用橫向銑挖頭實(shí)現(xiàn)豎向溝槽的銑挖

圖8 采用豎向銑挖頭實(shí)現(xiàn)弧形溝槽的銑挖

2）弧形溝槽開挖時(shí)，按照開挖輪廓安裝上下弧形導(dǎo)向架，確保開挖線型圓順。

3）采用專用的平板夯實(shí)機(jī)具，通過快速接頭安裝于挖掘機(jī)前臂，對(duì)開挖的溝槽底部進(jìn)行整平、夯實(shí)。

4）空心六棱磚鋪設(shè)前，采用平板夯實(shí)機(jī)具對(duì)骨架內(nèi)開挖預(yù)留土進(jìn)行夯擊，圓弧邊角位置采用電錘夯輔助夯實(shí)，保證了開挖預(yù)留土夯實(shí)質(zhì)量，有效防止了因夯實(shí)不密實(shí)導(dǎo)致的局部出現(xiàn)不均勻沉陷等問題。

5）采用空心六棱磚鋪設(shè)定位裝置進(jìn)行精確定位，減少二次返工。

3 關(guān)鍵施工工藝

1）測(cè)量放線 利用全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器，按照骨架開槽設(shè)計(jì)圖紙的尺寸對(duì)骨架開挖邊坡部位進(jìn)行放線，并用白灰畫出輪廓，提高溝槽開挖精度。

2）豎槽開挖 ①豎槽分上、下兩部分開挖，挖掘機(jī)安裝橫向銑刨頭進(jìn)行豎槽銑挖；②下部開挖：先由挖機(jī)在坡底進(jìn)行下部豎槽銑挖，分3 層進(jìn)行，每層深度15～20cm，表層沿白灰輪廓自下而上開挖，中、下層自上而下銑挖豎槽，每銑刨1 層，用銑挖頭將槽內(nèi)虛土清出槽外，往復(fù)3 次即可開挖出符合要求的豎槽；③上部開挖：挖機(jī)位于坡頂，自上而下分3 層開挖，工藝標(biāo)準(zhǔn)與下部開挖相同。

3）上弧槽和護(hù)肩開挖 按白灰線輪廓安裝固定上下拱形導(dǎo)向架。上弧槽及護(hù)肩銑挖深度分3層進(jìn)行，基本均分，每層厚度為15～20cm。銑挖作業(yè)前，確保豎銑頭與開挖面垂直，以避免銑挖時(shí)碰撞槽壁。每層銑挖時(shí)，沿上拱邊緣銑出上拱輪廓，再逐層銑挖至護(hù)肩設(shè)計(jì)邊緣線。在銑挖頭上標(biāo)識(shí)刻度線可進(jìn)行深度控制。

4）中部弧槽開挖 按白灰線輪廓安裝固定上下拱形導(dǎo)向架。弧槽銑挖深度分3 層進(jìn)行，每層厚度為15～20cm。銑挖作業(yè)前，確保豎銑挖頭與開挖面垂直，以避免銑挖時(shí)碰撞槽壁。每次從左端往中間銑至弧槽2/3 行程時(shí)，調(diào)頭從右端再往中間銑至接通，清土完成后，依次進(jìn)行下一層銑挖。

5）第一次清土 挖機(jī)通過快換接頭換上鏟斗，利用鏟斗將上部豎槽中虛土沿豎槽向下清理。

6）下部弧槽開挖 挖機(jī)安裝豎向銑挖頭在坡底作業(yè)?；〔坫娡谏疃确? 層進(jìn)行，每層厚度為15～20cm。工藝標(biāo)準(zhǔn)與中部弧槽開挖相同。

7）第二次清土 挖機(jī)通過快換接頭換上鏟斗，利用鏟斗將下部豎槽中積土沿豎槽向下清理。

8）槽底夯實(shí) ①挖掘機(jī)通過快換接頭安裝平板夯實(shí)機(jī)，將其底板平放于豎槽底，操作挖機(jī)臂拖動(dòng)平板夯底板延槽底坡面從上而下夯實(shí)壓平；圓弧槽底夯實(shí)，先從左側(cè)方向進(jìn)入槽底向右拖動(dòng)底板夯實(shí)壓至2/3 處，提出平板夯，再?gòu)挠覀?cè)進(jìn)入槽底向左拖動(dòng)夯實(shí)剩余的部分；②平板夯底板總是平行于槽底面，且與槽底面保持接觸。夯實(shí)作業(yè)時(shí)平板夯的振幅、振頻調(diào)節(jié)到較小的量值，否則可能對(duì)槽壁、槽口的槽型造成破壞。

9）骨架模板安裝固定 拱形骨架基槽驗(yàn)收合格后，進(jìn)行帶蓋組合拱形截水骨架鋼模板安裝。

10）拱形截水骨架混凝土澆筑 ①采用混凝土輸送泵車對(duì)拱形截水骨架混凝土進(jìn)行澆筑，通過帶蓋模板上預(yù)留的混凝土澆筑窗口自上而下完成混凝土分層澆筑（每層澆筑約30cm）；②每層澆筑完成后，通過預(yù)留澆筑窗口，人工采用振搗棒對(duì)混凝土進(jìn)行振搗。

11）安裝自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)并拆模 ①模板拆除前，提前安裝自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa 后，進(jìn)行帶蓋組合鋼模板拆除；②拆模后，在拱形截水骨架混凝土表面覆蓋土工布，設(shè)置自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)。

12）空心六棱磚鋪砌 ①挖掘機(jī)通過快換接頭安裝平板夯實(shí)機(jī)，將其底板平放于拱形骨架內(nèi)開挖預(yù)留土上，操作挖機(jī)臂拖動(dòng)平板夯底板延槽底坡面從上而下夯實(shí)壓平；骨架內(nèi)圓弧邊角位置采用電錘夯輔助夯實(shí)；②將空心六棱磚鋪設(shè)快速精確定位裝置固定在兩段骨架擋水沿上，在固定凹槽中依次放置空心六棱磚，全部鋪設(shè)完成后，在空心磚內(nèi)進(jìn)行培土。

13）草籽種植，自動(dòng)噴淋綠化養(yǎng)護(hù) 草籽種植完成成后，按照草籽灌注周期設(shè)定自動(dòng)噴淋系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，更換360°霧化噴頭進(jìn)行自動(dòng)噴淋綠化養(yǎng)護(hù)。

4 施工質(zhì)量控制措施

1）挖掘機(jī)豎槽作業(yè)前，應(yīng)使挖掘機(jī)正對(duì)豎槽，以保證豎槽垂直坡底；弧形槽作業(yè)前，應(yīng)使挖掘機(jī)位于兩道豎槽中間，以便于弧槽銑挖時(shí)線形控制。

2）弧槽銑挖作業(yè)前，應(yīng)確保豎銑頭與開挖面垂直，以避免銑挖作業(yè)時(shí)銑挖頭碰撞槽壁或拱形導(dǎo)向架。

3）豎槽和弧形槽銑挖作業(yè)時(shí)，應(yīng)在橫向、豎向銑挖頭上標(biāo)記深度刻度線，以便于司機(jī)控制銑挖深度。

4）使用夯實(shí)機(jī)壓實(shí)槽底時(shí)，應(yīng)控制振動(dòng)力度及平板夯移動(dòng)速度，保證槽底全面壓實(shí)，且不對(duì)槽壁進(jìn)行過大擾動(dòng)。

5）拱形導(dǎo)向架應(yīng)固定緊固，防止挖掘機(jī)銑挖頭碰撞導(dǎo)向架進(jìn)而破壞槽壁或核心土。

5 經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)先進(jìn)性

新舊施工工藝工效指標(biāo)、成本對(duì)照如表1 所示。與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比創(chuàng)新如表2 所示。

表1 新舊施工工藝工效指標(biāo)、成本對(duì)照表

表2 與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比表

6 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)嵌空心六棱磚骨架護(hù)坡機(jī)械化高效施工技術(shù)，解決了傳統(tǒng)施工工藝工效低、工序繁瑣、質(zhì)量難控制、資源投入大等問題，保證了關(guān)鍵工序施工質(zhì)量及線路沿線路基邊坡綠化美觀，對(duì)內(nèi)嵌空心六棱磚骨架護(hù)坡機(jī)械化施工起到了良好的示范作用。

該技術(shù)2016 年～2020 年期間，先后在濟(jì)青高鐵、京張鐵路、鄭濟(jì)客專等項(xiàng)目中成功應(yīng)用，在路基邊坡防護(hù)新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用等方面綜合效益顯著，適用于鐵路、公路、市政內(nèi)嵌空心六棱磚骨架護(hù)坡施工，具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。