复杂岩层大断面隧道多功能台车拱架安装关键技术研究

何建国，高云涛，芦博文

（浙江交工集团股份有限公司；浙江交工金筑交通建设有限公司，浙江 杭州 310051）

随着“交通强国战略”纲领的实施，我国公路隧道项目里程数显著增加，大断面特长和长大隧道以及大规模隧道群不断涌现。目前，我国钻爆法隧道施工机械化水平还比较低，但近年来在装备引进投入方面也注重投入、不遗余力，与此同时自主研制的隧道施工机械也大量涌现，隧道施工正逐步由单一工序机械化施工走向全工序机械化施工[1-3]。隧道开挖后使围岩受力发生改变，需要即时进行搭设拱架，传统用机械吊装后人工在台车上进行组装，吊运过程中安全隐患较大，安装过程中拱架顺直度、连接板对接偏差较大，总体安装质量不易控制[4-6]。

对钢架作业技术现状调研发现，目前公路隧道钢架施工还存在作业人员多工效长、不同单元钢拱架拼装错位等问题，影响初支作业效果，降低掌子面作业安全性，需要开展钢拱架工艺及相关技术研究。为了解决上述问题，本文对施工机械进行改进，提出采用多功能台车拱架进行拱架施工，研究成果可为类似公路隧道施工提供经验借鉴。

1 工程概况

杭绍台高速公路第HST-TJ03合同段路线全长7.06km，路线向南上跨绍诸高速，经龙虎山久荣果园，往南穿龙虎山水库库尾，随后经葫芦嘴隧道、竹家坞隧道，跨十里筠溪，进入平水隧道至本合同段终点。其中，涉及中短隧道959m/2座（葫芦嘴分离式隧道312m、竹家坞分离式隧道647m），平水分离式特长隧道本标段施工长度2526m（隧道全长4381m）。

2 基于连接板定位器的钢架加工制作技术

如图1所示，定位器主要由与连接板设计尺寸相同的钢板及2宽小钢板组成的“L”型卡槽组成。主钢板中间部分应加工成与工字钢尺寸相符的预留孔，以便与工字钢定位，最后焊接连接把手。

图1 连接板定位器和安装过程

现场采用连接板定位器进行作业时应注意三点：将定位器套入冷弯好的工字钢端部并对齐；将加工好的连接板靠入定位器“L”型预留槽内，端部对齐；点焊定位后取出定位器，按设计及规范要求进行后续加工。

3 基于多功能拱架台车的钢架快速拼装技术

本文对传统拱架台车进行了改进升级，主要在台车平台顶层安装液压伸缩臂，便于对钢支撑进行顶升作业。图2为改进后的多功能拱架台车，主要由行走系统、液压支脚系统、钢拱升降系统组成。工作时将4个液压支腿放下，台车稳定性较传统台车有大幅提升；同时可实现上下前后移动、调整台车中线，克服平面翘曲、倾斜等质量通病，提高安装精度。由台车自带升降系统进行拱架搬运，实现半自动化拱架安装，避免机械吊运拱架带来的安全隐患。

图2 多功能拱架台车

基于改进后的多功能拱架台车，复杂岩层大断面隧道拱架安装关键施工工艺如下所述。

（1）施工准备。对进场的钢架等材料进行检查，符合要求后才能进场加工。爆破后的隧道及时通风，保证隧道内空气流通，钢架施工前需要通水、通电和通风。

（2）测量放样。定位出工字钢内弧施工半径，跟踪控制同一榀工字钢在一个桩号上面，使受力状态最好，查开挖断面轮廓、中线及高程，保证钢架安装准确。

（3）清除底部浮渣。清除底脚虚渣及杂物，保证两侧拱脚落在牢固的地基上。

（4）台车安装。利用挖掘机吊装人工辅助进行台车的拼装，先安装行走系统，场地的平整度决定台车拼装质量，行走系统四角顶部标高误差在3mm之间；安装两侧的纵梁，安装完成后对两侧顶面标高再次抄平检查，确保两侧纵梁在同一水平面上，为上部结构的安装奠定基础；然后，再安装龙门架；在安装顶部纵梁之前，先将顶模横梁利用挖掘机吊放在龙门架上，以便纵梁安放到位后横梁可以与纵梁连接起来。利用挖掘机将纵梁吊起至龙门架顶部，机臂向前伸，将纵梁穿插进龙门架顶部。

（5）安装钢架。将拱架在加工厂区试拼，拱架试拼尺寸合格后进行堵头板的焊接，焊接完成后用装载车进行装运入施工地点；利用台车升降装置将钢架分段提升至工作平台后由人工分送至各平台，由台车顶部顶升装置将钢架顶起，人工辅助安装连接螺栓（见图3）。拱架连接完成后调整台车顶升装置至钢架设计高程，并完成俩侧底角钢架单元安装就位，将相邻钢架用纵向连接筋固定，钢架与壁面间用钢楔或混凝土垫块楔紧。

图3 钢架连接钢板螺栓连接

（6）锚杆焊连定位。为了使钢拱架与隧道围岩连接紧密，把拱架和打设的锚杆焊接，在纵向上焊接纵向钢筋，焊接符合相关标准。

4 应用效果

工程应用效果表明，多功能拱架台车通过举升装置将拱架举升至安装高度，再通过前后牵引装置将拱架精确定位，操作人员只需将螺栓连接紧固，减小了拱架在安装间距和倾斜度的偏差。

台车采用液压支腿来保证整体稳定性，消除直接由人力配合机械进行钢拱架吊运安装过程中的安全隐患，降低劳动强度。

传统拱架安装时间一般需要4h，台车拼装仅需要3h，达到“及时支护”的设计理念，降低隧道施工过程中的作业风险。

5 结语

针对公路隧道钢拱架安装，本文研发了一种钢拱架连接板定位器，改进了具备拱架自动提升、定位安装、挂设钢筋网、安装锚杆等多功能的拱架台车，具有拱架精确定位、吊运安装机械化、作业效率高等特点。“十四五”期间，全国范围内预计建设公路山岭隧道年均约2000km，本文研究成果应用前景广阔，有助于推进隧道施工“机器换人”，适应行业长足发展需要。