自行式仰拱棧橋在隧道施工中的應用

【摘 要】本文對隧道施工中自行式仰拱棧橋的實際應用情況進行了研究總結。為解決隧道施工中掌子面、仰拱、二次襯砌施工之間相互干擾的問題，采用自行式仰拱棧橋輔助施工，提高了隧道施工的機械化水平和作業效率，降低了施工成本。

【關鍵詞】自行式;仰拱棧橋;機械化

0.引言

某新建鐵路客運專線全長857公里，某標段線路總長62km，總投資42.35億元，標段中有3座長度大于4000米的隧道，工期緊，施工難度大，工序間施工干擾嚴重。總結多年隧道施工經驗，經過現場調研，反復論證，引進了24米自行式仰拱棧橋，使掌子面、仰拱、二次襯砌能同時施工，大大提高了施工工效，加快施工進度、降低成本、確保施工安全。

1.自行式仰拱棧橋

1.1自行式仰拱棧橋結構

為確保仰拱與拱墻襯砌混凝土防水系統統一，仰拱每循環施工長度和襯砌一致，仰拱施工縫和拱墻襯砌施工縫保持在同一位置。確定棧橋凈跨度為24米，考慮兩端搭接及坡道，確定棧橋總長為28米。在襯砌前，通過仰拱棧橋的主要施工設備為裝載機、自卸汽車、挖掘機等，根據設備的空載重量、重載重量確定以自卸汽車重載時作為自行式仰拱棧橋的驗算荷載，考慮一定的安全系數取45噸。

自行式仰拱棧橋由棧橋主體、液壓系統、電氣控制系統、走行系統等各部分組成。

棧橋主橋主體尺寸：長28米，主橋寬3.9米，高1.5米。

主橋主體構成：橋底部沿隧道縱向平行布置8根40b#工字型鋼，其上沿隧道橫向布置4根20#槽鋼和6根20b#工字型鋼，兩側是箱型結構，中間用25#工字型鋼支撐 連接。各種型鋼作為不同厚度的板組成，具體尺寸如下：

液壓系統包括各升降油缸及相關液壓泵站、管路；電氣系統負責控制各系統的運作，主要由各種繼電器、開關、斷路器等構成。

行走系統由電機減速機、傳動鏈條、箱體、行走輪等構成。共有4組，分別置于棧橋主體端部兩側，以實現棧橋主體的自動行走。行走裝置可以實現橫向和縱向行走，靈活方便。

1.2仰拱棧橋行走原理

為滿足移動要求，在棧橋兩端設置移動行走機構，并設置限位預警裝置；行走時，棧橋兩端坡橋的抬起、放下由液壓系統執行機構完成。自行式仰拱棧橋主要由主橋、行走裝置、液壓系統、電氣系統、限位裝置和報警系統等組成。棧橋移動時使用電機驅動，通過齒輪條傳動，帶動走行輪在走行軌道上移動，其工作步驟如下：啟動裝于棧橋端部的主橋升降油缸，使棧橋坡橋離地，然后由工人配合，將棧橋行走軌道向前拖動，軌道拖至盡頭后，收縮主橋升降油缸，啟動走行電機。棧橋在軌道上向前移動，移動至軌道盡頭后，重復以上步驟，直至棧橋就位（棧橋橫向移動與此類同）。棧橋就位后，主橋升降油缸頂起，使走行輪不受力，待固定后，將前后坡橋放下。

1.3自行式仰拱棧橋施工工序

1.3.1自行式仰拱棧橋施工順序

(1)仰拱開挖分成左右兩部分，先進行一半的開挖。

(2)第一個循環先將左邊或者右邊的仰拱開挖好，棧橋停放在沒有開挖的一側；將運渣車停放在棧橋上，挖掘機在需開挖的面上，開挖時從棧橋的前端向后端開挖，挖掘機一直停在仰拱標高面上，這樣就能保證挖掘機能向運渣車里面裝渣。

(3)將其中一側開挖好后，操作棧橋使得棧橋橫移到已經開挖好的那一側，同樣將運渣車停放在棧橋上，挖掘機在需開挖的面上，開挖時從棧橋的前端向后端開挖，挖掘機一直停在仰拱標高面上，這樣就能保證挖掘機能向運渣車里面裝渣；此時仰拱開挖和仰拱襯砌可以同步進行。

(4)同樣重復以上過程完成下一個循環的仰拱施工。

1.3.2施工工藝流程圖

1.4與簡易棧橋的比較

施作仰拱對掘進干擾大一直是國內隧道鉆爆法施工中未能很好解決的一大難題。目前，大多數鉆爆法施工的隧道采用半側施作或簡易棧橋的方法進行仰拱施工。但是由于傳統棧橋采用的是固定結構，適應性、靈活性差，不但仰拱施工質量難以控制，而且開挖、襯砌不能同步進行，導致勞動強度高、安全事故頻發、功效非常低，大大影響了隧道施工速度。施工企業為了完成任務，不得不在隧道狹小的空間里密集配備資源，單一推進掌子面掘進的同時，無法很好的兼顧其他作業面的良好進展，導致二次襯砌的跟進難以保證。采用自行式仰拱棧橋與簡易棧橋相比，雖然制造或購置費用使成本有所提高，但由于有效提高生產效率，加快了進度，特別是長隧道的情況下，會起到降低工程施工成本的作用；同時，由于提高了機械化程度，無須人工移動棧橋，大大提高了施工作業的安全性。

1.5采用自行式仰拱棧橋施工的優點

(1)減少施工干擾：仰拱棧橋的成功使用，減少了掌子面開挖施工運輸和仰拱施工之間的干擾，掌子面所施工的工裝料具可以從棧橋上通過，不影響棧橋下部仰拱施工；同時，棧橋跨度大，為仰拱施工提供了流水作業工作面，提高了施工效率。

(2)該仰拱棧橋易于拼裝，施工中行走靈活，能實現縱向及橫向移動，移動就位方便，提高了工效。

(3)為仰拱下仰拱作業提供了足夠的空間，可以有效地組織起流水施工。

(4)施工安全性高。采用型鋼加工制作的仰拱棧橋，結構穩定，安全可靠；在棧橋一側設置一條可以自動折疊人行通道，采用人員和設備分開通過的方式；橋下設置防護網，保證棧橋下施工作業人員安全。

(5)在完成一個工作面后，在不需要拆卸的情況下利用其行走設施就可以滑動至下一個工作面，節約了傳統棧橋重復拼裝時間，確保了隧道施工的安全性，避免了人員傷亡事故的頻繁發生。

2.自行式仰拱棧橋的實際使用為實現各工序正常、有序施工，節余施工時間，提高隧道施工整體工作效率，使用自行式仰拱棧橋，滿足了在安全質量可控的情況下，最大的體現工期成本優勢。同時，使用自行式仰拱棧橋時，應注意：

(1)操作棧橋移動人員，必須經過培訓并考核合格才能進行作業。

(2)仰拱棧橋就位時，要注意安設的平整性及安設寬度符合設計要求，保證車輛行車安全及不同輪距車輛均能正常通過。

(3)應根據現場實際情況確定車輛通過棧橋時的限速，以保證工作時仰拱棧橋的穩定性及安全性；施工人員在棧橋下作業時嚴禁車輛通過，以確保作業人員安全。

(4)在棧橋兩側桁架外側布設安全防護網，防止石渣墜落傷到下方施工操作人員。自行式仰拱棧橋上不的參與混凝土及雜物應及時清理，以保持棧橋上部的清潔。

3.結語

自行式仰拱棧橋操控簡便，行走靈活，結構穩定，安全可控。能在不影響掌子面施工的前提下，同時進行隧道仰拱開挖、鋼筋綁扎、仰拱澆筑等作業，實現掌子面開挖與仰拱施工的平行作業，極大地節約了施工時間，提高了隧道施工的整體效率。由于設置了自動行走裝置，減少了人工移動棧橋的麻煩，提高了隧道施工的自動化水平，增強了安全性。

在滿足目前荷載的情況下，如果能采用輕型高強度材料代替型鋼，能大大減少自行式仰拱棧橋的自重，提高設備的靈活性。同時，需增加安全設備為橋下施工人員提供更舒適的作業空間。