浅析新设备在长大隧道施工中的应用

方波

摘要：随着铁路客运专线的高速发展，隧道施工技术的日新月异，长大隧道施工机械化程度得到越来越广泛的应用，尤其在隧道初支、仰拱、水沟电缆槽及保温中心水沟施工上采用了一系列的新型设备和新的施工工艺，为长大隧道施工进度、质量及效益上带来了较好的改善。本文通过对京沈客运专线同盛隧道初支采用湿喷机械手，仰拱、中心保温水沟施作采用移动桁架，水沟电缆槽采用一体机进行研究，并结合以往常规设备施工进行对比，总结了一些适应隧道施工的新型设备及新型工艺，为今后铁路客运专线长大隧道施工提供了参考。

Abstract： With the rapid development of railway passenger dedicated line and the rapid development of tunnel construction technology， the mechanization of long and large tunnel construction is more and more widely used， especially in the construction of the first branch， the invert， the ditch groove and the insulation center of the tunnel，a series of new equipment and new construction technology is applied， which brings improvement for the progress， quality and efficiency of the construction of long and large tunnels. This paper studies the construction of Tongsheng Tunnel of Beijing-Shenyang Passenger Dedicated Line. Wet-jet manipulator was used in the early support， mobile truss was used in inverted arch and center insulation ditch construction， and integrated machine was used in the ditch cable duct. The construction methods are compared with the conventional equipment construction. Some new equipment and new technology to adapt to the construction of tunnel is summarized， which provides reference for the construction of long and large tunnels in railway passenger dedicated line.

關键词：长大隧道；客运专线；隧道；设备；应用

Key words： long and large tunnel；passenger line；tunnel；equipment；application

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）17-0145-03

1 工程概述

京沈客运专线又名京沈高铁，即北京至沈阳铁路客运专线是《中长期铁路网规划》“四纵四横”客运专线主骨架京哈高速铁路的重要组成部分，是铁路“十二五”规划的重大项目。线路自北京铁路枢纽星火站引出，途经河北省承德市，辽宁省朝阳市、阜新市后接入沈阳铁路枢纽沈阳站，线路全长709公里，新建线路全长697.626公里，设计时速350公里。同盛隧道位于辽宁省朝阳市大王杖子乡同盛号村。隧道全长3780m，隧道地层岩性主要以凝灰岩、安山岩为主。

2 新设备、新工艺应用的价值

在特长隧道施工中，机械设备的应用是实现隧道快速施工的重要途径，从工程的总体规划考虑，既要充分考虑人的因素、以满足对工程的工期、质量、安全、环保等各项要求为前提，合理进行机械配置以满足施工需要；施工机械应与施工环境、施工方法相配套；根据地质条件、工期要求，通过比选，确定切合实际机械配套施工方案；又要充分考虑施工机械之间的配合及协调工作能力。企业的发展战略要求，技术装备能力是企业展示自己重要手段，借助于重点大型工程，提高企业的装备能力，既可以加快工程进度，又可以创造企业信誉，树立企业形象，同时也促进了企业的技术进步。

3 新设备、新工艺在隧道施工中的应用

3.1 湿喷机械手

为保证隧道安全、快速完成施工任务，对隧道的初期支护提出更高要求，传统干喷法已经无法满足隧道施工质量、环保、职业健康方面要求，而且工效较低，采用机械化喷射混凝土作业成为喷射混凝土发展的一种趋势。为此，项目部自工程开工，专门引进2台湿喷机械手，供隧道初期支护喷砼施工作业。

3.1.1 机械参数

本隧道采用 WXCHP25混凝土喷浆机（湿喷机械手），主要参数如表1。

3.1.2 传统干喷机与湿喷机械手对比

工作效率：①湿喷机械手：喷射混凝土最大速度可达25m3/h，隧道喷射混凝土平均喷射速度可达12m3/h。②普通干喷机：喷射混凝土速度一般不超过5m3/h。

经济效益：①湿喷机械手：湿喷作业回弹率控制在10%～15%；②普通干喷机：喷射混凝土回弹率在30%～35%。

职业健康：①湿喷机械手：工作时粉尘密度较小；②普通干喷机：工作时粉尘密度较大。产生粉尘大小直接关系到施工人员身体健康，粉尘密度的减小，从而减少对工人身心的危害。

质量方面：相对于干喷工艺，湿喷工艺混凝土强度、密实度较好。对施工质量、安全是很好的保障。

湿喷机械手施工现场照片见。

3.2 仰拱移动桁架

为提高施工工效，降低劳动者施工强度，项目部自行设计仰拱移动桁架，使施工便捷高效。

仰拱移动桁架配置：仰拱桁架采用工字钢、槽钢、角钢焊接而成，仰拱边模采用钢板和工字钢制作而成，制作时模板弧度与仰拱边墙部位弧度一致。仰拱边模拼装成为整体后，采用移动模架吊装。边模与移动模架之间采用丝杆连接，使边模拆装实现机械升降，移动模架通过机械起吊可前后移动。

传统仰拱模板与仰拱移动桁架对比：

工作效率：与传统施工工艺相比，仰拱桁架可以实现一次定位，两次浇筑的目的。一是仰拱桁架定位后可以进行仰拱施工，待仰拱施工完毕满足仰拱填充施工要求后，可以拧动丝杆，将下半部分仰拱边模提起，即可灌注仰拱填充混凝土，从而通过机械化施工、优化工序安排，实现了平行作业，提高了工效；二是整体模板加固简便、牢固，线形易于控制，从而提高施工水平以及外观质量。

经济效益：按照每板仰拱长12m施工成本进行分析，将传统模板与新型移动边模施工成本对比分析，对比分析结果如表2所示。

3.4 水沟电缆槽一体机

隧道水沟两侧各3个槽（电力、排水、通信信号）。为确保施工进度、质量，项目部自主引进2台隧道侧沟电缆槽一体机设备。

3.4.1 水沟电缆槽一体机配置情况

水沟电缆槽一体机设计分为门架系统、行走系统、模板、液压系统、横移提吊系统。

①门架行走系统：门架系统采用I25、I20槽钢制作，横向长度9m，门架内车辆行走通道7.5m（净宽）×4.3m（净高）。②行走系统：采用电动主动轮机构。③模板：采用1cm钢板制作，纵向长度12.1m。④液压系统：泵站4个，液压管64根。⑤横移提吊系统：横移提吊系统采用全液压油缸，在台车两头共计设置4处。每处液压泵站根据使用功能设置8个液压手柄，主要分为垂直调整、水平调整、电力电缆槽模板起吊、侧沟槽模板起吊、通信信号电缆槽模板起吊、边墙槽模板起吊、边墙水平调整上、边墙水平调整下。

3.4.2 水沟电缆槽一体机使用优点

①工作效率：1）采用水沟电缆槽一体机施工，减少了组装模板的工作量。通过模架把大块模板和定位系统组成一个整体，代替传统小钢模、方木支撑零散拼装施工。通过机械牵引将移动模架整体移动至下一工作面，劳动强度低、速度快。2）引入水沟电缆槽一体机之前每施工一模水沟电缆槽需要耗时9小时，引入后施工耗时4.5小时。

②外观质量：与传统模板相比线性、线条顺直，整体性、外观质量良好。

③人员组织：传统模板施工需要8人，水沟电缆槽一体机施工需要5人。

④效益分析：每循环电缆槽施作节省工时：8人×9小时-5人×4.5小时=49.5小时，工时每循环节省费用49.5小时×20元/小时=990元，节省率：（1-5人×4.5小时/8人×9小时）×100%=68.75%

隧道水沟电缆槽施工效果图如图8～图10。

4 总结

通过采用混凝土濕喷机械手、仰拱移动桁架、保温中心水沟移动桁架、水沟电缆槽一体机等先进的施工设备，实现了铁路长大隧道的快速掘进施工，为长大铁路隧道的机械化配套施工做出了有益的探索和实践。随着铁路客运专线的高速发展，隧道施工技术的日新月异，长大隧道施工机械化程度将得到越来越广泛的应用，尤其是在隧道初期支护、仰拱衬砌施工、水沟电缆槽以及保温中心水沟施工上采用了一系列的新型设备和新的施工工艺，为长大隧道施工进度、质量及效益上带来更好的改善。隧道施工新型机械设备的引入及其不断的发展将对隧道的初期支护及二次衬砌和附属工程的施工质量有着直接影响，关系着整个项目的效益，必须严抓不放。搞好文明施工，创造良好的施工作业环境是实现快速施工的前提。良好的工作环境，既能激发职工的劳动潜力，又能提高工作效率。

参考文献：

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]王磊.浅谈长大隧道机械化施工设备配套.

[3]汤宪高.长大铁路隧道机械化施工配套技术经济分析研究[M].北京：人民交通出版社，2010.