復雜巖層大斷面隧道多功能臺車拱架安裝關鍵技術研究

何建國，高云濤，蘆博文

（浙江交工集團股份有限公司；浙江交工金筑交通建設有限公司，浙江 杭州 310051）

隨著“交通強國戰略”綱領的實施，我國公路隧道項目里程數顯著增加，大斷面特長和長大隧道以及大規模隧道群不斷涌現。目前，我國鉆爆法隧道施工機械化水平還比較低，但近年來在裝備引進投入方面也注重投入、不遺余力，與此同時自主研制的隧道施工機械也大量涌現，隧道施工正逐步由單一工序機械化施工走向全工序機械化施工[1-3]。隧道開挖后使圍巖受力發生改變，需要即時進行搭設拱架，傳統用機械吊裝后人工在臺車上進行組裝，吊運過程中安全隱患較大，安裝過程中拱架順直度、連接板對接偏差較大，總體安裝質量不易控制[4-6]。

對鋼架作業技術現狀調研發現，目前公路隧道鋼架施工還存在作業人員多工效長、不同單元鋼拱架拼裝錯位等問題，影響初支作業效果，降低掌子面作業安全性，需要開展鋼拱架工藝及相關技術研究。為了解決上述問題，本文對施工機械進行改進，提出采用多功能臺車拱架進行拱架施工，研究成果可為類似公路隧道施工提供經驗借鑒。

1 工程概況

杭紹臺高速公路第HST-TJ03合同段路線全長7.06km，路線向南上跨紹諸高速，經龍虎山久榮果園，往南穿龍虎山水庫庫尾，隨后經葫蘆嘴隧道、竹家塢隧道，跨十里筠溪，進入平水隧道至本合同段終點。其中，涉及中短隧道959m/2座（葫蘆嘴分離式隧道312m、竹家塢分離式隧道647m），平水分離式特長隧道本標段施工長度2526m（隧道全長4381m）。

2 基于連接板定位器的鋼架加工制作技術

如圖1所示，定位器主要由與連接板設計尺寸相同的鋼板及2寬小鋼板組成的“L”型卡槽組成。主鋼板中間部分應加工成與工字鋼尺寸相符的預留孔，以便與工字鋼定位，最后焊接連接把手。

圖1 連接板定位器和安裝過程

現場采用連接板定位器進行作業時應注意三點：將定位器套入冷彎好的工字鋼端部并對齊；將加工好的連接板靠入定位器“L”型預留槽內，端部對齊；點焊定位后取出定位器，按設計及規范要求進行后續加工。

3 基于多功能拱架臺車的鋼架快速拼裝技術

本文對傳統拱架臺車進行了改進升級，主要在臺車平臺頂層安裝液壓伸縮臂，便于對鋼支撐進行頂升作業。圖2為改進后的多功能拱架臺車，主要由行走系統、液壓支腳系統、鋼拱升降系統組成。工作時將4個液壓支腿放下，臺車穩定性較傳統臺車有大幅提升；同時可實現上下前后移動、調整臺車中線，克服平面翹曲、傾斜等質量通病，提高安裝精度。由臺車自帶升降系統進行拱架搬運，實現半自動化拱架安裝，避免機械吊運拱架帶來的安全隱患。

圖2 多功能拱架臺車

基于改進后的多功能拱架臺車，復雜巖層大斷面隧道拱架安裝關鍵施工工藝如下所述。

（1）施工準備。對進場的鋼架等材料進行檢查，符合要求后才能進場加工。爆破后的隧道及時通風，保證隧道內空氣流通，鋼架施工前需要通水、通電和通風。

（2）測量放樣。定位出工字鋼內弧施工半徑，跟蹤控制同一榀工字鋼在一個樁號上面，使受力狀態最好，查開挖斷面輪廓、中線及高程，保證鋼架安裝準確。

（3）清除底部浮渣。清除底腳虛渣及雜物，保證兩側拱腳落在牢固的地基上。

（4）臺車安裝。利用挖掘機吊裝人工輔助進行臺車的拼裝，先安裝行走系統，場地的平整度決定臺車拼裝質量，行走系統四角頂部標高誤差在3mm之間；安裝兩側的縱梁，安裝完成后對兩側頂面標高再次抄平檢查，確保兩側縱梁在同一水平面上，為上部結構的安裝奠定基礎；然后，再安裝龍門架；在安裝頂部縱梁之前，先將頂模橫梁利用挖掘機吊放在龍門架上，以便縱梁安放到位后橫梁可以與縱梁連接起來。利用挖掘機將縱梁吊起至龍門架頂部，機臂向前伸，將縱梁穿插進龍門架頂部。

（5）安裝鋼架。將拱架在加工廠區試拼，拱架試拼尺寸合格后進行堵頭板的焊接，焊接完成后用裝載車進行裝運入施工地點；利用臺車升降裝置將鋼架分段提升至工作平臺后由人工分送至各平臺，由臺車頂部頂升裝置將鋼架頂起，人工輔助安裝連接螺栓（見圖3）。拱架連接完成后調整臺車頂升裝置至鋼架設計高程，并完成倆側底角鋼架單元安裝就位，將相鄰鋼架用縱向連接筋固定，鋼架與壁面間用鋼楔或混凝土墊塊楔緊。

圖3 鋼架連接鋼板螺栓連接

（6）錨桿焊連定位。為了使鋼拱架與隧道圍巖連接緊密，把拱架和打設的錨桿焊接，在縱向上焊接縱向鋼筋，焊接符合相關標準。

4 應用效果

工程應用效果表明，多功能拱架臺車通過舉升裝置將拱架舉升至安裝高度，再通過前后牽引裝置將拱架精確定位，操作人員只需將螺栓連接緊固，減小了拱架在安裝間距和傾斜度的偏差。

臺車采用液壓支腿來保證整體穩定性，消除直接由人力配合機械進行鋼拱架吊運安裝過程中的安全隱患，降低勞動強度。

傳統拱架安裝時間一般需要4h，臺車拼裝僅需要3h，達到“及時支護”的設計理念，降低隧道施工過程中的作業風險。

5 結語

針對公路隧道鋼拱架安裝，本文研發了一種鋼拱架連接板定位器，改進了具備拱架自動提升、定位安裝、掛設鋼筋網、安裝錨桿等多功能的拱架臺車，具有拱架精確定位、吊運安裝機械化、作業效率高等特點。“十四五”期間，全國范圍內預計建設公路山嶺隧道年均約2000km，本文研究成果應用前景廣闊，有助于推進隧道施工“機器換人”，適應行業長足發展需要。