超寬平頂隧道鋼筋綁扎臺(tái)車設(shè)計(jì)與應(yīng)用

洪彩葵，張愛武，馬 杰

(1.天津聯(lián)東興達(dá)科技有限公司，天津 301700；2.乾日安全科技(北京)有限公司，北京 101123)

1 工程概況

蘇錫常南部高速公路是江蘇省“五縱九橫五聯(lián)”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中“橫六”的組成部分，而太湖隧道是蘇錫常南部高速公路工程項(xiàng)目的關(guān)鍵控制性工程。隧道全長10.79km，寬度為43.6m，最大高度為11.15m，兩側(cè)行車孔單孔凈寬17.45m、凈高7.25m，中間為管廊，隧道橫截面如圖1所示。施工時(shí)，分別從隧道兩端入口進(jìn)行明挖，向湖中施工建設(shè)，最終匯合；在主體工程建設(shè)完成后，將進(jìn)行回土、回水作業(yè)，并逐步恢復(fù)湖面。隧道主體澆筑順序?yàn)橄鹊装?、后墻體與頂板。

圖1 隧道橫截面

為提升隧道自身防水效果，保證隧道成型標(biāo)準(zhǔn)與施工安全，使用剛度大、自動(dòng)化程度較高的超大型五位一體的全液壓澆筑臺(tái)車進(jìn)行墻體與頂板澆筑。采用鋼筋綁扎臺(tái)車，在澆筑臺(tái)車前方完成鋼筋預(yù)綁扎，待澆筑節(jié)段養(yǎng)護(hù)后，澆筑臺(tái)車直接移入，進(jìn)行下一倉混凝土施工，實(shí)現(xiàn)鋼筋綁扎與混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)在時(shí)間上的重疊，縮短施工周期。

2 工程特點(diǎn)與施工難點(diǎn)

該隧道位于太湖湖底，主體工程體量大，每次澆筑長度20m，澆筑混凝土約2 700m3，耗時(shí)約40h，特別是隧道頂面寬而平，最大厚度達(dá)1.4m，僅頂板鋼筋綁扎量達(dá)500t，耗時(shí)5～6d；另外太湖自然環(huán)境優(yōu)美，環(huán)保要求高，施工受到汛期影響大，工期緊，不允許對水質(zhì)造成污染。因此，在沒有類似成功經(jīng)驗(yàn)情況下，設(shè)計(jì)承載量大、污染少、能與澆筑臺(tái)車平行作業(yè)、為澆筑臺(tái)車提供綁扎好鋼筋籠的鋼筋綁扎臺(tái)車成為本工程施工的關(guān)鍵技術(shù)難題。

3 鋼筋綁扎臺(tái)車設(shè)計(jì)

3.1 方案比選

平頂隧道因頂板鋼筋的柔性，一般采用滿堂支架法或澆筑臺(tái)車獨(dú)立施工，很少使用鋼筋預(yù)綁扎臺(tái)車，其特點(diǎn)是直接在支架或臺(tái)車模板上綁扎鋼筋，主要優(yōu)點(diǎn)是施工設(shè)施投入量少，其明顯的缺點(diǎn)是施工周期長。這種作業(yè)方式對工期不緊、鋼筋綁扎工作量小、模架成本低的項(xiàng)目比較適合，也是比較經(jīng)濟(jì)的。

對本工程而言，隧道頂面寬、體量大、工期緊，為實(shí)現(xiàn)鋼筋預(yù)綁，采用大跨度橫跨門式起重機(jī)提吊頂板鋼筋籠是一種常規(guī)選擇，但需要強(qiáng)大的支撐基礎(chǔ)與強(qiáng)大的提吊桁架，總體投入量大，不經(jīng)濟(jì)。

經(jīng)過多次交流，參考國內(nèi)外橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，利用高速鐵路架橋機(jī)與移動(dòng)模架造橋機(jī)的工作原理，設(shè)計(jì)了一種原位綁扎鋼筋、高位平衡提吊、使用輕巧、自動(dòng)化程度較高的鋼筋綁扎作業(yè)車，為澆筑臺(tái)車連續(xù)施工提供預(yù)綁扎好的鋼筋籠。

其基本原理為：澆筑臺(tái)車施工本節(jié)段后，前方鋼筋籠已在鋼筋綁扎平臺(tái)上完成綁扎，由鋼筋吊架提吊鋼筋籠，綁扎平臺(tái)向前移出一個(gè)工位進(jìn)行下一倉的鋼筋綁扎，留出的空間讓澆筑臺(tái)車進(jìn)入，進(jìn)行混凝土澆筑，實(shí)現(xiàn)隧道施工的連續(xù)作業(yè)，縮短施工工期。鋼筋綁扎臺(tái)車總體方案如圖2所示。

圖2 鋼筋綁扎臺(tái)車總體方案

3.2 臺(tái)車構(gòu)成與用途

鋼筋綁扎臺(tái)車由鋼筋綁扎平臺(tái)與鋼筋吊架兩大部分組成。前者為隧道頂板鋼筋籠的綁扎提供作業(yè)空間，同時(shí)為鋼筋吊架起吊提供支承點(diǎn)；后者既能提吊頂板鋼筋籠，又能為綁扎平臺(tái)提供前移空間。

3.2.1鋼筋綁扎平臺(tái)

1)由兩個(gè)行車孔綁扎平臺(tái)與一個(gè)管廊綁扎平臺(tái)組成，以行車孔綁扎平臺(tái)為例，從下至上由行走系統(tǒng)、平臺(tái)結(jié)構(gòu)、工作平臺(tái)與電液控制系統(tǒng)組成。

2)行走系統(tǒng)包括4組驅(qū)動(dòng)輪箱，每組輪箱由液壓發(fā)動(dòng)機(jī)、主動(dòng)輪組、被動(dòng)輪組、輪箱組成，安裝在支腿下方，為平臺(tái)提供行走動(dòng)力。

3)平臺(tái)結(jié)構(gòu)包括支腿、縱梁、橫梁與連接件。支腿為可伸縮結(jié)構(gòu)，適應(yīng)隧道高度變化，調(diào)整平臺(tái)標(biāo)高；縱梁、橫梁與連接件形成空間立體結(jié)構(gòu)，承擔(dān)平臺(tái)荷載，并能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)中心線調(diào)整。

4)工作平臺(tái)由可橫移支架、平板與齒板組成。為作業(yè)人員提供安全保障，實(shí)現(xiàn)鋼筋快速擺放，并通過水平油缸動(dòng)作，使平臺(tái)橫向尺寸適應(yīng)隧道尺寸變化。

5)液壓系統(tǒng)由油缸、系統(tǒng)泵站及管路等組成，開啟泵站后實(shí)現(xiàn)平臺(tái)3個(gè)方向調(diào)整即平臺(tái)寬度調(diào)整、縱向移動(dòng)與高度調(diào)整。

3.2.2鋼筋吊架

由吊梁、前后主支腿、中支腿、前后輔助腿、配重、吊輪組及液壓動(dòng)力系統(tǒng)組成。

1)吊梁 由前后2節(jié)箱形梁、吊掛次梁組成。一節(jié)箱梁為承重梁，另一節(jié)為導(dǎo)梁，空載時(shí)由前后主支腿支撐，前主支腿支撐于隧道底板上，后主支腿支撐在模板臺(tái)車前端；重載時(shí)，由后主支腿和中支腿支撐，當(dāng)中支腿支撐在綁扎平臺(tái)上承重時(shí)，前主支腿釋放。

2)前后主支腿 前主支腿由主門架、調(diào)整節(jié)、行走機(jī)構(gòu)組成。通過加減調(diào)整節(jié)來適應(yīng)隧道高度尺寸變化。后主支腿為獨(dú)立支撐柱結(jié)構(gòu)，安裝在澆筑臺(tái)車前端，通過油缸實(shí)現(xiàn)高度變化。

3)中支腿 是一個(gè)獨(dú)立支撐柱結(jié)構(gòu)，下方設(shè)有滾輪，安裝在主梁中部，可通過油缸動(dòng)作調(diào)節(jié)高度。在主梁吊起鋼筋籠前，滾輪支撐于平臺(tái)軌道。

4)前后輔助支腿 由行走輪組與支座組成。當(dāng)需要調(diào)換工位時(shí)，驅(qū)動(dòng)主吊梁在已澆隧道頂面上行走至下一工區(qū)。

5)配重 為混凝土塊，按工況要求安裝于吊梁一端，使吊架在大懸臂移動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定。

6)吊輪 由定滑輪組、動(dòng)滑輪組與鋼絲繩等組成，利用鋼絲繩的柔性，通過動(dòng)滑輪組與捆綁鋼鏈相連，保持平衡吊起鋼筋籠。

7)液壓動(dòng)力系統(tǒng) 吊架設(shè)有專用泵站，由油缸、系統(tǒng)泵站及管路等組成，分別控制前支腿與前后輔助腿的6個(gè)行走發(fā)動(dòng)機(jī)，也可控制中支腿垂直油缸。

4 主要施工流程

鋼筋綁扎臺(tái)車滿足3種隧道高度施工、首節(jié)與末節(jié)施工2個(gè)工況。

隧道施工的鋼筋綁扎臺(tái)車操作工藝流程如圖3所示： ①工序1 在第N節(jié)段處安裝澆筑臺(tái)車與鋼筋綁扎臺(tái)車，安裝完成后綁扎鋼筋，并澆筑第N節(jié)段； ②工序2 第N+1節(jié)段鋼筋綁扎完成后，鋼筋吊架提吊鋼筋籠，綁扎臺(tái)車向前移動(dòng)20m，進(jìn)行第N+2節(jié)鋼筋綁扎； ③工序3 第N節(jié)段混凝土養(yǎng)護(hù)完成后，澆筑臺(tái)車脫模向前行走至第N+1段，鋼筋吊架下放鋼筋于澆筑臺(tái)車上，進(jìn)行N+1段混凝土澆筑； ④工序4 鋼筋吊架向前移動(dòng)到N+3節(jié)段處，作鋼筋起吊準(zhǔn)備，依次類推。

圖3 施工工藝流程

5 鋼筋綁扎臺(tái)車關(guān)鍵技術(shù)

對超寬超高特大截面平頂隧道施工，采用鋼筋預(yù)綁扎臺(tái)車可以實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑臺(tái)車不間斷連續(xù)施工，提高生產(chǎn)效率，降低成本，具有以下關(guān)鍵性技術(shù)。

1)澆筑臺(tái)車與鋼筋預(yù)綁扎臺(tái)車有效結(jié)合成套施工技術(shù) 一般采用滿堂支架或澆筑臺(tái)車與鋼筋胎架獨(dú)立進(jìn)行隧道施工，不能實(shí)現(xiàn)鋼筋的快速布置，特別對超寬、平頂隧道，需要的人力與相應(yīng)設(shè)施多，安全隱患多，且施工周期長。

2)鋼筋籠提吊與鋼筋綁扎臺(tái)車工作位預(yù)留技術(shù) 待澆位置鋼筋籠綁扎完成并提吊后，鋼筋綁扎臺(tái)車可向前方移出一個(gè)工位，供澆筑臺(tái)車就位。

3)鋼筋綁扎平臺(tái)與吊架接觸互鎖移動(dòng)技術(shù) 為降低成本，減輕臺(tái)車質(zhì)量，充分利用移出的綁扎平臺(tái)作為吊架的支撐點(diǎn)，使吊架在重載狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)簡支小跨徑支撐，同時(shí)綁扎平臺(tái)在承載吊架支腿狀態(tài)下向前移出一個(gè)工位。

4)綁扎平臺(tái)寬度與標(biāo)高變化技術(shù) 對于不同截面、不同標(biāo)高隧道，需要變換不同的鋼筋卡位，實(shí)現(xiàn)鋼筋快速綁扎。通過液壓系統(tǒng)控制相應(yīng)的液壓油缸動(dòng)作，利用平臺(tái)重疊特點(diǎn)，快速變換與隧道相應(yīng)的尺寸。

5)鋼筋綁扎平臺(tái)與吊架荷載轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)技術(shù) 吊架懸吊鋼筋籠，平臺(tái)下降釋放荷載，荷載轉(zhuǎn)換至吊架，平臺(tái)支腿與吊架中支腿同步下放，保證吊梁懸吊鋼筋籠穩(wěn)定。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

采用3套臺(tái)車串聯(lián)連續(xù)施工，每個(gè)工作面按300m布置，每次澆筑20m長，施工標(biāo)準(zhǔn)周期為10d(2d準(zhǔn)備工作與移動(dòng)臺(tái)車+8d混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù))，比原計(jì)劃平均縮短4d，理論上完成一個(gè)工作面可縮短60d，按工期要求減少1套大型澆筑臺(tái)車，降低直接設(shè)備投入成本1 000多萬元。同時(shí)因機(jī)械化程度較高，有效保證了鋼筋綁扎質(zhì)量，克服了傳統(tǒng)施工中平頂隧道鋼筋綁扎垃圾堆放而影響成型后的混凝土表面質(zhì)量問題。

7 結(jié)語

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，我國隧道建設(shè)事業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，大型湖底或海底隧道不斷涌現(xiàn)，隨著勞動(dòng)力減少、人力成本與作業(yè)素質(zhì)的提高，施工朝著標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化、綠色環(huán)保化發(fā)展是大勢所趨，傳統(tǒng)的作業(yè)模式將被淘汰。太湖隧道工程摒棄傳統(tǒng)施工方式，創(chuàng)新施工工藝，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，也為今后超寬超高特大型平頂隧道施工提供有力而行之有效的工法，此工法已申請了發(fā)明專利。