淺析新設備在長大隧道施工中的應用

方波

摘要：隨著鐵路客運專線的高速發展，隧道施工技術的日新月異，長大隧道施工機械化程度得到越來越廣泛的應用，尤其在隧道初支、仰拱、水溝電纜槽及保溫中心水溝施工上采用了一系列的新型設備和新的施工工藝，為長大隧道施工進度、質量及效益上帶來了較好的改善。本文通過對京沈客運專線同盛隧道初支采用濕噴機械手，仰拱、中心保溫水溝施作采用移動桁架，水溝電纜槽采用一體機進行研究，并結合以往常規設備施工進行對比，總結了一些適應隧道施工的新型設備及新型工藝，為今后鐵路客運專線長大隧道施工提供了參考。

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.

關鍵詞：長大隧道；客運專線；隧道；設備；應用

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

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）17-0145-03

1 工程概述

京沈客運專線又名京沈高鐵，即北京至沈陽鐵路客運專線是《中長期鐵路網規劃》“四縱四橫”客運專線主骨架京哈高速鐵路的重要組成部分，是鐵路“十二五”規劃的重大項目。線路自北京鐵路樞紐星火站引出，途經河北省承德市，遼寧省朝陽市、阜新市后接入沈陽鐵路樞紐沈陽站，線路全長709公里，新建線路全長697.626公里，設計時速350公里。同盛隧道位于遼寧省朝陽市大王杖子鄉同盛號村。隧道全長3780m，隧道地層巖性主要以凝灰巖、安山巖為主。

2 新設備、新工藝應用的價值

在特長隧道施工中，機械設備的應用是實現隧道快速施工的重要途徑，從工程的總體規劃考慮，既要充分考慮人的因素、以滿足對工程的工期、質量、安全、環保等各項要求為前提，合理進行機械配置以滿足施工需要；施工機械應與施工環境、施工方法相配套；根據地質條件、工期要求，通過比選，確定切合實際機械配套施工方案；又要充分考慮施工機械之間的配合及協調工作能力。企業的發展戰略要求，技術裝備能力是企業展示自己重要手段，借助于重點大型工程，提高企業的裝備能力，既可以加快工程進度，又可以創造企業信譽，樹立企業形象，同時也促進了企業的技術進步。

3 新設備、新工藝在隧道施工中的應用

3.1 濕噴機械手

為保證隧道安全、快速完成施工任務，對隧道的初期支護提出更高要求，傳統干噴法已經無法滿足隧道施工質量、環保、職業健康方面要求，而且工效較低，采用機械化噴射混凝土作業成為噴射混凝土發展的一種趨勢。為此，項目部自工程開工，專門引進2臺濕噴機械手，供隧道初期支護噴砼施工作業。

3.1.1 機械參數

本隧道采用 WXCHP25混凝土噴漿機（濕噴機械手），主要參數如表1。

3.1.2 傳統干噴機與濕噴機械手對比

工作效率：①濕噴機械手：噴射混凝土最大速度可達25m3/h，隧道噴射混凝土平均噴射速度可達12m3/h。②普通干噴機：噴射混凝土速度一般不超過5m3/h。

經濟效益：①濕噴機械手：濕噴作業回彈率控制在10%～15%；②普通干噴機：噴射混凝土回彈率在30%～35%。

職業健康：①濕噴機械手：工作時粉塵密度較小；②普通干噴機：工作時粉塵密度較大。產生粉塵大小直接關系到施工人員身體健康，粉塵密度的減小，從而減少對工人身心的危害。

質量方面：相對于干噴工藝，濕噴工藝混凝土強度、密實度較好。對施工質量、安全是很好的保障。

濕噴機械手施工現場照片見。

3.2 仰拱移動桁架

為提高施工工效，降低勞動者施工強度，項目部自行設計仰拱移動桁架，使施工便捷高效。

仰拱移動桁架配置：仰拱桁架采用工字鋼、槽鋼、角鋼焊接而成，仰拱邊模采用鋼板和工字鋼制作而成，制作時模板弧度與仰拱邊墻部位弧度一致。仰拱邊模拼裝成為整體后，采用移動模架吊裝。邊模與移動模架之間采用絲桿連接，使邊模拆裝實現機械升降，移動模架通過機械起吊可前后移動。

傳統仰拱模板與仰拱移動桁架對比：

工作效率：與傳統施工工藝相比，仰拱桁架可以實現一次定位，兩次澆筑的目的。一是仰拱桁架定位后可以進行仰拱施工，待仰拱施工完畢滿足仰拱填充施工要求后，可以擰動絲桿，將下半部分仰拱邊模提起，即可灌注仰拱填充混凝土，從而通過機械化施工、優化工序安排，實現了平行作業，提高了工效；二是整體模板加固簡便、牢固，線形易于控制，從而提高施工水平以及外觀質量。

經濟效益：按照每板仰拱長12m施工成本進行分析，將傳統模板與新型移動邊模施工成本對比分析，對比分析結果如表2所示。

3.4 水溝電纜槽一體機

隧道水溝兩側各3個槽（電力、排水、通信信號）。為確保施工進度、質量，項目部自主引進2臺隧道側溝電纜槽一體機設備。

3.4.1 水溝電纜槽一體機配置情況

水溝電纜槽一體機設計分為門架系統、行走系統、模板、液壓系統、橫移提吊系統。

①門架行走系統：門架系統采用I25、I20槽鋼制作，橫向長度9m，門架內車輛行走通道7.5m（凈寬）×4.3m（凈高）。②行走系統：采用電動主動輪機構。③模板：采用1cm鋼板制作，縱向長度12.1m。④液壓系統：泵站4個，液壓管64根。⑤橫移提吊系統：橫移提吊系統采用全液壓油缸，在臺車兩頭共計設置4處。每處液壓泵站根據使用功能設置8個液壓手柄，主要分為垂直調整、水平調整、電力電纜槽模板起吊、側溝槽模板起吊、通信信號電纜槽模板起吊、邊墻槽模板起吊、邊墻水平調整上、邊墻水平調整下。

3.4.2 水溝電纜槽一體機使用優點

①工作效率：1）采用水溝電纜槽一體機施工，減少了組裝模板的工作量。通過模架把大塊模板和定位系統組成一個整體，代替傳統小鋼模、方木支撐零散拼裝施工。通過機械牽引將移動模架整體移動至下一工作面，勞動強度低、速度快。2）引入水溝電纜槽一體機之前每施工一模水溝電纜槽需要耗時9小時，引入后施工耗時4.5小時。

②外觀質量：與傳統模板相比線性、線條順直，整體性、外觀質量良好。

③人員組織：傳統模板施工需要8人，水溝電纜槽一體機施工需要5人。

④效益分析：每循環電纜槽施作節省工時：8人×9小時-5人×4.5小時=49.5小時，工時每循環節省費用49.5小時×20元/小時=990元，節省率：（1-5人×4.5小時/8人×9小時）×100%=68.75%

隧道水溝電纜槽施工效果圖如圖8～圖10。

4 總結

通過采用混凝土濕噴機械手、仰拱移動桁架、保溫中心水溝移動桁架、水溝電纜槽一體機等先進的施工設備，實現了鐵路長大隧道的快速掘進施工，為長大鐵路隧道的機械化配套施工做出了有益的探索和實踐。隨著鐵路客運專線的高速發展，隧道施工技術的日新月異，長大隧道施工機械化程度將得到越來越廣泛的應用，尤其是在隧道初期支護、仰拱襯砌施工、水溝電纜槽以及保溫中心水溝施工上采用了一系列的新型設備和新的施工工藝，為長大隧道施工進度、質量及效益上帶來更好的改善。隧道施工新型機械設備的引入及其不斷的發展將對隧道的初期支護及二次襯砌和附屬工程的施工質量有著直接影響，關系著整個項目的效益，必須嚴抓不放。搞好文明施工，創造良好的施工作業環境是實現快速施工的前提。良好的工作環境，既能激發職工的勞動潛力，又能提高工作效率。

參考文獻：

[1]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]王磊.淺談長大隧道機械化施工設備配套.

[3]湯憲高.長大鐵路隧道機械化施工配套技術經濟分析研究[M].北京：人民交通出版社，2010.