智能襯砌臺車在川藏鐵路隧道施工中的設計與應用

馬利

一、工程概況

川藏鐵路東段于2018年底正式交付使用，當年即通車運行。川藏鐵路東段（成都至雅安段）于2018年12月28日開通運營；西段（拉薩至林芝段于2014年12月19日開工建設， 2021年6月25日開通運營；中段（雅安至林芝段）是川藏鐵路建設最為困難的一段，隧線比高達83%共有隧道72座，長度約838km，堪稱“高原地鐵”。

二、川藏鐵路隧道主要設計原則

川藏鐵路建設項目的設計嚴格的遵照“科學技術引領、重視環境持續發展、安全智能施工”，基于此原則開展現代化智能襯砌臺車在川藏鐵路建設工程項目中的研究分析。

1.隧道選址

盡可能避開不良地質條件路段，降低對隧道施工的影響，以保證實際施工的質量與安全性。

2.隧道分、合修

通過對國內外大型隧道建設項目進行分析，收集到228個既往施工案例，其中隧道長度超過10km的案例數量為191座；隧道長度保持在10～15km的隧道基本上都是以合修為主，該部分比例占比占調研總數量的94%。

3.隧道支護結構

結合川藏鐵路隧道建設工程的實際地質條件與施工環境特點來看，結合實際情況提出了“超前維護、爆破開挖、高性能支護、安全儲備、控制變性”的設計理念，此外，還應當結合大型機械施工特點，隧道工程的支護結構應當與施工機械設備相互匹配協調，以保證工程項目得以順利竣工。

三、智能襯砌臺車總體設計與應用

1.總體設計

（1）總體施工方案

應當對傳統的設計理念進行優化，將橫梁與縱梁設計為矩形桁架結構，以保證襯砌臺車的整體穩定性與安全性。適當拓寬作業空間，相較之傳統的襯砌臺車而言，無骨架臺車作業空間的實際使用率增長了60%，整體結構的穩定性提升了40%，原材料周轉率提升了40%。在滿足項目實際需求的前提下采用分層澆筑，頂柱部位應該采用氣動式振搗、智能化控制，同時對澆筑作業完成以后的評估標準、拱頂部位的防脫空技術、施工過程檢測系統、質量管控標準、混凝土澆筑的質量缺陷進行嚴格把關。

（2）自動布料帶壓澆筑系統

利用先進的自動化旋轉布料設備，借助輸送管道、輸送泵完成混凝土的分倉澆筑。可以有效地滿足分層澆筑的施工要求，自動化完成布料作業，實現360°旋轉布料。澆筑系統使用的是液壓旋轉驅動，主管路直接與油缸進行連接。

2.智能襯砌臺車應用分析

（1）拱頂澆筑設計

拱頂部位的混凝土可以直接利用灌注孔完成澆筑。為了確保拱頂部位混凝土澆筑部位的精準性，一般都是將灌注孔設置在拱頂部位最高位置，兩側的頂板都存在灌注孔，可以有效地保證混凝土澆筑完成以后的飽滿度。

（2）帶模注漿施工

①安裝RPC管：從定位法蘭中試穿RPC注漿管，標記和測量傳入的長度。

②RPC注漿管管口制作，切除RPC注漿管多余長度，并在端頭切割“十字”溢流槽，深度5mm，寬度3mm。

③安裝RPC注漿管，溢流槽端朝上，緊貼防水板或初支面，安裝RPC注漿管的固定法蘭。

④注漿：a.注漿順序為，由主注漿孔（即靠近上一板二襯的注漿孔）向臺車端膜2號、3號注漿孔依次進行注漿，4號孔為備用；b.當下一個注漿孔出漿，且與制漿桶漿液密度一致時，則更換至下一個注漿孔，依次類推；c.當注漿壓力表達到1MPa時，直接跳轉至下一個注漿孔；d.各孔注漿結束，當臺車端膜最高處出漿，且與制漿桶液密度一致時，則可結束帶模注漿；e.每孔結束注漿后，要關閉止漿閥門。

（3）振搗系統

拱頂部位的混凝土澆筑完成以后應當使用柱塞式振搗棒進行振搗作業，可以有效地實現自動化振搗作業，在拱頂部位設置多排氣動式振搗裝置，結合施工需要合理地設置振搗時間，保證混凝土振搗密實。

（4）施工縫搭接研究

襯砌臺車接縫應當選擇使用V型零搭接方式進行施工；V型領零搭設備施工較為簡單便捷，不需要在設置臨時模板搭接區域，可以有效地消除施工過程中的薄弱環節，實際搭接過程中，可以使用V型橡膠條將施工縫壓成V型斜面，緩沖沖擊壓力，確保施工縫不會被壓毀，且還可以保證不會出現施工質量缺陷。此外，能夠有效地保證搭接部位連接的密實性，混凝土澆筑過程中不會出現漏漿現象，在一定程度上保證了混凝土的澆筑質量。

（5）拱頂防脫空控制系統

拱頂部位的防脫空檢測是依靠裝置在防水板后側的傳感器來完成的，傳感器按照800m的間隔設置傳感帶，當混凝土澆筑至最高節點時，傳感器會在混凝土澆筑過程中受到擠壓而發出信號，一旦信號發出那么控制系統的顯示燈則會由紅色轉變為綠色，當指示燈轉變為綠色則可以判定出混凝土澆筑比較飽滿，達到規范要求。

（6）自動檢測系統研究

自動檢測系統是依靠PLC組件來完成控制，該系統集成了混凝土澆筑進度檢測、混凝土澆筑狀況檢測、拱頂壓力加測、混凝土溫度檢測、拱頂防脫空檢測等功能。

（7）快速信息評估與控制系統

控制系統可以有效地改善傳統混凝土澆筑過度依賴施工經驗的弊端，借助拱頂部位預留的注漿孔對混凝土澆筑的狀況進行判斷，假若注漿孔作業過程中，并未完全將巖壁封堵，那么則有一定的可能性會出現拱頂空洞現象。先進的襯砌臺車使用的是信息化手段，第一次對拱頂部位混凝土澆筑完成的控制標準進行優化。

針對于襯砌拱頂部位的壓力、混凝土澆筑的實際狀況、布料情況、混凝土的溫度、液壓控制系統、臺車行走系統估測，可以利用檢測到的數據作為估測混凝土澆筑完成的依據。

四、應用效果分析

1.妥善處理隧道拱頂部位的空洞問題

利用反斜向孔完成對拱頂部位混凝土的灌注作業，混凝土灌注部位應當是在接近搭接部位設置一個60°傾角，通過輸送泵完成一次性灌注。確保混凝土朝向堵頭部位流動。借助混凝土的流動性以及帶壓澆筑確保混凝土可以進行回流，從而達到減低壓力的效果，保證拱頂空間充滿混凝土，然后使用振搗器進行振搗，保證拱頂部位的空氣全部排出。

智能襯砌臺車可以利用自身信息化實現對混凝土澆筑完成的控制。拱頂部位受到的壓力標準為：混凝土自身的強度達到0.3MPa后，應該停止澆筑混凝土，促使已經澆筑的混凝土穩定3～5min。拱頂防脫空預警標準為，在土工布與防水板之間設置15個傳感器；當傳感器亮綠燈時，說明拱頂混凝土澆筑完成。

2.實際操作注意事項

（1）實際搭接過程中，可以使用V型橡膠條將施工縫壓成V型斜面，緩沖沖擊壓力，確保施工縫不會被壓毀，且還可以保證不會出現施工質量缺陷。

（2）拱頂部位的混凝土澆筑完成以后應該使用柱塞式振搗棒進行振搗作業，可以有效地實現自動化振搗作業，在拱頂部位設置多排氣動式振搗裝置，結合施工需要合理地設置振搗時間，保證混凝土振搗密實。

（3）利用先進的自動化旋轉布料設備，借助輸送管道、輸送泵完成混凝土的分倉澆筑。相較之傳統的澆筑方法而言，這種方法的作業效率大幅度提升，混凝土澆筑的時間有效縮短，減少作業人員的數量，降低施工成本，保證了混凝土澆筑的質量。可以在一定程度上降低施工成本，且可以有效地保證混凝土澆筑的質量。

五、結語

本文主要是針對于現代化智能襯砌臺車在鐵路建設工程項目中的運用情況進行研究分析。結合項目建設的實際需求，設計出自動鋪料澆筑管理系統、自動振搗管理系統，端部搭接采用的是V型搭接方式，配備智能化信息采集控制系統。研究結果表明，隧道工程施工過程中的施工縫質量可以妥善得到處理，襯氣質量缺陷可以被全部消除，從而有效提高施工質量。