談高速鐵路隧道施工優(yōu)化改造技術(shù)

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摘要：結(jié)合漢十高鐵武當(dāng)山隧道群施工項(xiàng)目，對(duì)高鐵隧道施工過(guò)程中的成套化機(jī)械設(shè)備、施工工裝優(yōu)化改造展開(kāi)技術(shù)研究。研究主要針對(duì)隧道開(kāi)挖支護(hù)臺(tái)架、仰拱臺(tái)車、二襯臺(tái)車、槽道組裝定位臺(tái)架等。通過(guò)對(duì)以上施工工裝優(yōu)化改造的研究和工程實(shí)踐，有效提高了施工效率和施工質(zhì)量，并為后期鐵路運(yùn)營(yíng)提供了安全保障。

關(guān)鍵詞：工裝設(shè)備；優(yōu)化改造；鐵路隧道

我國(guó)高鐵經(jīng)過(guò)近年來(lái)的飛速發(fā)展，現(xiàn)階段隧道施工機(jī)械化設(shè)備基本齊全。隨著施工標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和施工技術(shù)的不斷完善，現(xiàn)有的工裝設(shè)備在施工過(guò)程中逐漸暴露出生產(chǎn)效率低下、施工精度不足、適應(yīng)性差等問(wèn)題[1-2]。如何通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工裝設(shè)備的優(yōu)化改造，使其能適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)使用需求，成為高鐵隧道施工工程中亟待解決的一個(gè)難題[3]。在漢十高鐵武當(dāng)山隧道群項(xiàng)目施工過(guò)程中，對(duì)相關(guān)機(jī)械設(shè)備施工工裝優(yōu)化改造進(jìn)行了研究與應(yīng)用，取得了良好的效果。

1工程概況

漢十高鐵武當(dāng)山隧道群項(xiàng)目位于十堰市武當(dāng)山特區(qū)和丹江口市六里坪鎮(zhèn)境內(nèi)，主要包括肖家溝隧道、胡家隧道、鐵家溝隧道三座隧道，是全線的重點(diǎn)工程和控制性工程；隧道群地層分區(qū)隸屬昆侖秦嶺區(qū)武當(dāng)山區(qū)，下伏基巖為元古界武當(dāng)山群云母石英片巖，隧道區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，局部存在斷層；三座隧道全長(zhǎng)8.81km，設(shè)置平行導(dǎo)坑輔助進(jìn)行施工。

2開(kāi)挖支護(hù)臺(tái)架優(yōu)化改造

本工程隧道正洞開(kāi)挖工作面通過(guò)平導(dǎo)展開(kāi)，為保證正洞的掘進(jìn)速度，需要加快平導(dǎo)施工進(jìn)度。以鐵家溝隧道平導(dǎo)施工中發(fā)現(xiàn)由于鐵家溝平導(dǎo)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖交錯(cuò)布置，不同等級(jí)圍巖相互穿插。在圍巖變化時(shí)，施工工法需要進(jìn)行轉(zhuǎn)變，區(qū)別于正洞大斷面，平導(dǎo)斷面較小，臺(tái)階轉(zhuǎn)換速度較快。原有的施工臺(tái)架采用工字鋼進(jìn)行焊接連接，在轉(zhuǎn)變臺(tái)階時(shí)改裝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響平導(dǎo)的正常掘進(jìn)。為加快臺(tái)階轉(zhuǎn)變時(shí)施工臺(tái)架的拼裝效率，對(duì)平導(dǎo)施工臺(tái)架進(jìn)行改裝：（1）根據(jù)平導(dǎo)施工臺(tái)階高度將臺(tái)架分為上、下兩個(gè)組成部分，上、下之間采用法蘭連接。（2）門架采用I18型鋼焊接成門型臺(tái)架，共4排，同時(shí)采用2根I18工字鋼雙拼焊接作底縱梁，橫梁與其兩側(cè)縱梁之間設(shè)有用于傾斜支撐的斜撐梁，側(cè)翼分兩層，上下兩層用三角形鋼板加固。（3）臺(tái)階法施工時(shí)采用下部臺(tái)架作業(yè)，工法變換為全斷面后將上、下臺(tái)階拼裝螺栓連接，既節(jié)省了臺(tái)架改裝時(shí)間，又減少了臺(tái)架頻繁改裝對(duì)材料的浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)改裝的隧道多功能拼裝臺(tái)架是一種多功能隧道開(kāi)挖作業(yè)臺(tái)架，制作簡(jiǎn)單、使用靈活方便、剛度大、炮眼位置及方向容易控制，可以同時(shí)滿足16臺(tái)以上風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)。改造后的臺(tái)架能夠適應(yīng)快速施工的要求，有效地解決了隧道洞身開(kāi)挖頻繁轉(zhuǎn)換工法中存在的問(wèn)題，其操作簡(jiǎn)單、快速，轉(zhuǎn)換工法時(shí)只需將上門架拆除，不需暫停掌子面進(jìn)行工法轉(zhuǎn)換，不需要再次更換臺(tái)架，減少了人工消耗。隧道開(kāi)挖臺(tái)架組裝示意圖如圖1所示。

3仰拱臺(tái)車優(yōu)化改造

隧道仰拱施工過(guò)程中頂層鋼筋的安裝質(zhì)量依賴于底層鋼筋安裝位置的準(zhǔn)確性和精度；仰拱鋼筋安裝間距和排距難度大，簡(jiǎn)易定位的鋼筋安裝不牢固，易在混凝土澆筑過(guò)程中擾動(dòng)變形，影響施工質(zhì)量[4]。隧道仰拱鋼筋安裝，對(duì)原有的仰拱臺(tái)車進(jìn)行優(yōu)化改造，增加仰拱鋼筋定位卡槽裝置：（1）該裝置由絲桿、12m槽鋼、翻轉(zhuǎn)裝置和底板組成。（2）在外側(cè)槽鋼中孔設(shè)置可拉伸絲桿，絲桿下穿外側(cè)槽鋼，內(nèi)側(cè)槽鋼用鋼筋連接焊接在絲桿上，通過(guò)絲桿移動(dòng)，控制內(nèi)側(cè)鋼筋卡槽位置，并可翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。（3）內(nèi)側(cè)槽鋼上分別設(shè)置有多個(gè)橫向鋼筋卡槽，相鄰橫向鋼筋卡槽之間的間距與仰拱鋼筋間距一致。（4）底板通過(guò)螺帽和翻轉(zhuǎn)裝置與仰拱臺(tái)車和外側(cè)鋼筋卡槽連接，可翻轉(zhuǎn)。如圖2所示，仰拱鋼筋定位卡槽三維示意圖如圖2所示。與現(xiàn)有隧道仰拱臺(tái)車相比，改造后的仰拱臺(tái)車有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能快速、準(zhǔn)確定位仰換鋼筋，確保鋼筋間距、排距滿足設(shè)計(jì)要求；（2）可一次對(duì)仰拱頂層鋼筋和底層鋼筋同時(shí)定位，與傳統(tǒng)施工方法相比較，施工速度快，能大大縮短施工時(shí)間，提高施工效率；（3）卡槽可翻轉(zhuǎn)，安拆方便。

4二襯臺(tái)車優(yōu)化改造

傳統(tǒng)的隧道二襯臺(tái)車在進(jìn)行二襯混凝土澆筑時(shí)，需要來(lái)回倒管，依次進(jìn)行兩側(cè)混凝土澆筑，倒管需要時(shí)間較長(zhǎng)，施工人員工作量較大，且由于倒管過(guò)程中送料停頓，易造成堵管現(xiàn)象；由于兩側(cè)混凝土注入量不同，存在偏差，易造成臺(tái)車位移導(dǎo)致二襯錯(cuò)臺(tái)。針對(duì)傳統(tǒng)的隧道二襯臺(tái)車存在的不足，對(duì)隧道施工二襯臺(tái)車進(jìn)行優(yōu)化改造：（1）配置了混凝土分層逐窗澆筑裝置，設(shè)置三通分料和滑槽設(shè)施，頂部布設(shè)主料斗2個(gè)，分料斗4個(gè)，泵管采用三通結(jié)構(gòu)滿足2個(gè)主料斗同時(shí)進(jìn)料。（2）澆筑窗口數(shù)量、位置及層高根據(jù)臺(tái)車長(zhǎng)度及高度確定，一般情況縱向間距≤3m，層高≤2m，梅花形布設(shè)。（3）通過(guò)主料斗、主溜槽、“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽結(jié)合的方式，簡(jiǎn)單操作相應(yīng)的插板閥門，使混凝土流向各工作窗口，實(shí)現(xiàn)二次襯砌拱墻混凝土的逐窗進(jìn)料澆筑。優(yōu)化改造后的二襯臺(tái)車具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）與來(lái)回倒管相比，可同時(shí)向臺(tái)車兩側(cè)送料，避免臺(tái)車偏壓，大大減少了襯砌錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象；（2）避免來(lái)回倒管（只需要倒一次管，即封頂時(shí)倒一次），較大地節(jié)約時(shí)間，提高襯砌進(jìn)度，減少冷縫現(xiàn)象，同時(shí)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；（3）與原來(lái)的送料方式相比，減少了倒管造成的停頓時(shí)間及堵管現(xiàn)象。

5槽道組裝定位臺(tái)架優(yōu)化改造

高鐵隧道槽道組形式多樣，施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有以下問(wèn)題：（1）槽道組裝時(shí)因人為操作及焊接易呈“八”字形；（2）人工反復(fù)復(fù)核耗時(shí)、耗力；（3）投入資源多，一組槽道焊接需三個(gè)人工配合。針對(duì)以上問(wèn)題，項(xiàng)目部對(duì)槽道組定位工藝進(jìn)行了研究，并改裝制作了槽道組裝定位臺(tái)架：槽道組裝定位臺(tái)架采用線切割的方式加工而成，模具由底板（3根縱向槽鋼）、6個(gè)槽鋼支腿和撐板（3塊橫向支撐板和1塊擋板）組成，使用時(shí)用水平尺將四個(gè)角調(diào)至水平，保證整個(gè)臺(tái)架水平，然后把2根槽道安放到模具上，其中槽道的一端與模具的基準(zhǔn)面對(duì)齊，然后進(jìn)行焊接即可。槽道組裝定位臺(tái)架示意圖如圖3所示。槽道組裝定位臺(tái)架能夠保證兩根槽道安裝后是平行的，兩根槽道內(nèi)弧面與襯砌臺(tái)車面密貼無(wú)縫隙，兩根槽道端頭在同一個(gè)基面上，兩根槽道綜合接地扁鋼焊接質(zhì)量，解決了因人工焊接誤差造成的槽道組精度不足，減少了槽道組裝的人工投入、提高了施工效率。

6水溝電纜槽移動(dòng)式鋼筋卡具優(yōu)化改造

現(xiàn)場(chǎng)水溝電纜槽施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，人工打眼植筋太費(fèi)時(shí)費(fèi)力，存在縱橫向鋼筋間距定位控制不標(biāo)準(zhǔn)、鋼筋保護(hù)層厚度控制不合格、綁扎鋼筋耗費(fèi)大量時(shí)間等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，項(xiàng)目部?jī)?yōu)化改造出一種由角鋼、鋼管和鋼筋移動(dòng)裝置焊接而成的移動(dòng)式水溝電纜槽鋼筋卡具：（1）橫向角鋼用來(lái)控制縱向鋼筋間距，中間標(biāo)準(zhǔn)20cm一道開(kāi)槽，開(kāi)槽尺寸為16mm，保證鋼筋定位標(biāo)準(zhǔn)。（2）縱向槽鋼用來(lái)控制三根橫向鋼筋，距離頂口20cm往下開(kāi)三道槽，開(kāi)槽尺寸為16cm，角鋼在制作時(shí)精準(zhǔn)預(yù)留7cm鋼筋保護(hù)層。（3）整個(gè)裝置設(shè)置三排雙輪結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)角鋼和外側(cè)鋼管下各設(shè)置直徑20cm的滑輪，用來(lái)快速移動(dòng)。（4）內(nèi)側(cè)角鋼和外側(cè)鋼管之間距離50cm，利用C6鋼筋焊接牢固。移動(dòng)式水溝電纜槽鋼筋卡具示意圖如圖4所示。

7結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在漢十高鐵武當(dāng)山隧道施工中的隧道開(kāi)挖支護(hù)臺(tái)架、仰拱臺(tái)車、二襯臺(tái)車、槽道組裝定位臺(tái)架、水溝電纜槽移動(dòng)式鋼筋卡具等施工工裝的優(yōu)化改造，有效提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量，也為后期鐵路運(yùn)營(yíng)提供了安全保障，對(duì)于類似隧道施工工程具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，新的機(jī)械設(shè)備不斷涌現(xiàn)，只有不斷地實(shí)踐和創(chuàng)新，才能提高我國(guó)高速鐵路建設(shè)的施工水平。

參考文獻(xiàn)

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作者：孔軍豪 單位：中鐵七局集團(tuán)武漢工程有限公司