仰拱栈桥在铁路隧道施工中的运用

2010-05-08蒋宗全朱秀军朱浩波

铁道建筑 2010年12期

杨忠，蒋宗全，朱秀军，朱浩波，周永

(1.中国水电集团，北京 100048;2.北京铁城监理有限公司，北京 100855;3.中国水电七局有限公司，成都 610031)

在铁路隧道施工中，由于受空间限制，各道工序间的相互影响，如仰拱施工与掌子面开挖出渣、进料间的干扰使得隧道施工效率和安全受到很大的影响，特别是当隧道施工工期紧张的情况下，干扰问题更加突出。

某新建铁路三标段为隧道分布比较集中的标段，包括西渴马一号隧道(2 788 m)、西渴马二号隧道(978 m)、金牛山隧道(1 905 m)和凤凰台隧道(1 168 m)等长大隧道。中国水电集团在上述铁路隧道施工中，开发研制了可移动式仰拱栈桥，从2008年3月上旬开始到2008年6月中旬经多次现场使用和改进后，于金牛山、凤凰台、西渴马等隧道施工中得到成功应用。实现了减少工序间施工干扰，加快施工进度，降低成本，确保施工安全的目标。

1 可移动仰拱栈桥结构组成

栈桥结构采用国内外贝雷桥、钢桥成熟的设计技术，采用标准化的结构形式，将整个栈桥分成若干段，每段9 m长、桥面3.5 m宽，两侧设置人行道。为满足移动要求，在栈桥两端设置移动行走机构，并设置限位预警装置;行走时，栈桥抬起、放下由液压系统执行机构完成。本移动栈桥主要由钢桥、行走装置、液压系统、电气系统、限位装置和报警系统等组成。其结构组成见图1，实物照片见图2。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程与工序总体安排

施工工艺流程如图3所示。

施工总体工序安排如下:

1)隧道开挖到一定长度可安排进行仰拱施工，先完成首段仰拱浇筑、回填。仰拱栈桥同时拼装并通过检验，此时即可将栈桥移动就位。若此时首段仰拱强度未达到70%，栈桥后轮可置在原地面上(最好是基岩或经过处理的地面)，其状态如图4。若首段仰拱强度达到70%后，则可将栈桥后轮置于仰拱上，栈桥下可展开两段仰拱的施工。就位后的状态如图5。

2)仰拱栈桥移动就位后，即可依托栈桥在掌子面正常推进的情况下进行仰拱的施工。正常情况下，栈桥下可分为两段，按照基础处理、防水板安装、仰拱钢筋绑扎、仰拱浇筑填充等进行流水施工安排。当完成栈桥下一段仰拱浇筑与填充，且强度达到预期后即可向前移动栈桥。如此循环推进。

3)采用台阶法开挖时，台阶的开挖一般可以按照左右两幅分别进行，栈桥须在隧洞内进行侧向移动。这样可以实现栈桥施工紧跟台阶开挖。

2.2 栈桥拼装

2.2.1 拼装流程

1)场内初装时，搭建800 mm高的安装支架。

图1 仰拱栈桥结构组成

图2 仰拱栈桥实物图片

2)定位前端9 m标准段桁架→ 连接主横梁(I28a)→连接底部拉杆→安装支撑梁(I32a)→安装左侧导向承载装置→安装前端油缸及右侧导向承载装置→连接端部支撑→安装前端车轮组。

3)拼装中间9 m标准段桁架→连接主横梁(I28a)→连接底部拉杆→安装中间支撑及手链起升装置。

图3 施工工艺流程

4)拼装后端9 m标准段桁架→连接主横梁(I28a)→连接底部拉杆。

5)拼装后端3 m标准段桁架→连接主横梁(I14a)→连接底部拉杆→安装液压站→安装液压油缸→连接端部支撑→安装导向板安装后端车轮组→安装后支脚。

6)安装液压油路。

7)安装电气系统。

8)安装报警装置。

9)顶升前后液压缸→放置前后工作支撑→收回前后液压缸，使桁架落在工作支撑上。

图4 栈桥就位第一种工况

图5 栈桥就位第二种状态

10)安装桥面板。

11)安装桁架顶部拉杆，以增加栈桥移动行走时的扭转刚度。

12)一般以0.5 m/min的速度试拖动，进行行走试验;并放下工作支撑，采用装满渣料的自卸汽车在栈桥上通过，进行安全检查。

安装支架可以采用800 mm×800 mm条形方木，或者采用型钢搭设，要确保安全可靠。

2.2.2 拼装注意事项

1)桁架节间拼接时，上弦杆螺栓及下弦杆铰销连接要可靠。

2)控制吊装速度，吊装要缓慢。

3)对行走机构等重要部位，应消除其移动过程中可能出现的安全隐患;并采取适当措施，保护好电气、液压系统。

2.3 栈桥纵移就位

2.3.1 移动就位步骤

1)清理残渣:栈桥移动前，需清理桥面、桁架、前后引桥等上面的残渣。

2)顶升油缸:操纵液压控制阀，同时顶升、锁定前后液压缸，使前后钢支墩离地，并尽量保持桥面水平。

3)排除障碍:拆除前后引桥、钢支墩、桁架等底部所有障碍物;清除栈桥前部初期支护仰拱面上的残渣。同时在后引桥下方放置若干直径为 φ 48 mm钢管;以减小其拖动时的摩擦阻力。

4)提升引桥:铲车行使至前引桥前部，铲斗通过钢丝绳提起前引桥前端，使之绕栈桥上的铰节点偏转向上。

5)拴紧钢绳:按图6中的牵引位置1(栈桥前端双工字钢梁底部拴节点)、牵引位置2(导向杆连接板前端拴节点)拴紧钢绳。

6)牵引行走:牵引铲车缓慢匀速行走(一般控制在0.5 m/min左右)。

7)驻桥支护:当栈桥前移满足施工要求时，牵引铲车停止行走;采用制动装置使栈桥完全停止后，放下前引桥，平整引桥端部、栈桥钢支墩的支撑面，并根据需要放置垫块，以保证栈桥工作时支撑可靠。

图6 栈桥牵引示意

8)收缩油缸:操纵液压控制阀，同时收缩、锁定前后液压缸，使前后钢支墩充分接触地面，要求保持桥面水平、支撑可靠。

9)限位:使用限位装置进行限位，防止在使用过程中前行或者侧向移动。

2.3.2 栈桥纵移注意事项

1)栈桥移动时，桁架顶部应安装拉杆，以增加栈桥移动行走时的扭转刚度。

2)牵引铲车启动要平稳，行走要缓慢。

3)行走路面要相对平整，防止桥体过大振动、扭曲，而损坏结构。

4)如果行走路面混凝土强度小，出现较大车轮碾压痕迹，应铺设钢板或槽钢，并通过倒换，使车轮落在钢板或槽钢上行走。

2.4 栈桥转向

2.4.1 转向操作流程

1)缩回前液压缸，在前端支撑作用下前轮抬起离地。

2)人工将前端车轮组旋转90°。

3)伸长前液压缸，使前端导向承载装置底板落入车轮组平衡梁上的两个上连接板间并定位，此时前端支撑梁(I32a)离开底部支撑平台。

4)拉出前端底部支撑平台。

5)侧向牵引前端车轮组平衡梁，实现侧向移位。

2.4.2 转向注意事项

1)侧向移位时要注意平稳缓慢。

2)路面要相对平整，防止桥体过大振动、扭曲，而损坏结构。

3)由于后端车轮与初凝混凝土摩擦力较大，为防止破坏初凝混凝土面、减小轮组磨损、降低后轮滑转(移动)阻力，建议侧向移位时将后轮落在钢板上。

4)侧向牵引力不能过大、过猛，牵引应缓慢。

3 可移动栈桥使用效果分析与特点

3.1 使用效果分析

栈桥在Ⅵ类以上围岩隧道施工时效果极为显著。以某隧道Ⅵ级围岩段施工为例，大型仰拱栈桥与一般仰拱栈桥施工效益比较数据见表1，可知大型可移动栈桥与普通栈桥相比，每12 m仰拱施工可直接节约3 h。若以每24 m计，大型可移动栈桥可以使两段仰拱施工实现流水作业，与普通栈桥相比可节约18.5 h。

表1 仰拱各工序施工时间对比

移动栈桥有效地减少了工序之间、车辆与行人的干扰，为仰拱施工提供了广阔的施工空间。从根本上保证了隧道的施工质量、施工进度和施工安全。

3.2 可移动栈桥的主要特点

1)该类型栈桥适用于工期紧张、受施工空间限制、各道工序间相互影响，采用全断面法、台阶法开挖的长大隧道工程施工。

2)该栈桥采用可拆卸标准化部件组装，可根据不同施工需求调整栈桥长度，并可重复使用。

3)通过该栈桥在隧道施工中的应用，掌子面所需要的工装料具可以从栈桥上部通过，减少了开挖施工和仰拱施工之间的干扰;同时，栈桥跨度大，为仰拱施工提供了流水作业工作面;栈桥本身安装方便快捷，行走较为灵活，机械化水平较高。这些都有利于加快隧道施工速度，特别是当隧道较长，工期较紧张的情况下，对于保证进度的效益更加明显。

4)采用可移动仰拱栈桥与简易栈桥相比，虽然制造或购置费用使成本有所提高，但由于有效提高生产效率，加快了进度，特别是长隧道的情况下，反会起到降低工程施工成本的作用。

5)配置专用人行道，采用人、车分道通行方式，大大提高了施工车辆的通行效率，从根本上保证了行人安全。