李雙將

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司 陜西西安 710038）

1 引言

隧道施工如何在安全步距的要求下，既要保障開挖、支護(hù)、襯砌、防排水各工序有效銜接，減少干擾，又要保障機(jī)械化設(shè)備的作業(yè)空間，是保證隧道施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度的關(guān)鍵要點(diǎn)。在鄭萬高鐵楚烽隧道施工中，采用12 m防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車施工技術(shù)，可有效地解決一機(jī)多用，解決土工布鋪設(shè)、6 m寬幅防水板鋪設(shè)、二襯鋼筋安裝等工序，并節(jié)省作業(yè)空間，為其他工序施工提供了有利條件，減少了干擾，同時(shí)保證了施工安全及質(zhì)量，減少了工序所需時(shí)間，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了防水板搭接接縫，提高了防排水質(zhì)量，減少損耗，有效控制二襯鋼筋的層距、排距等問題，極大地提高了隧道襯砌混凝土的施工質(zhì)量與速度［1-2］。

2 工程概況

鄭萬高鐵湖北段楚烽隧道位于湖北省襄陽市?？悼h境內(nèi)，隧道長8 708 m，為單洞雙線隧道。隧道洞身主要通過志留系頁巖夾砂巖，奧陶系炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、寒武系白云巖、前震旦系編制砂巖夾礫巖、板巖、頁巖，斷層角礫巖、斷層壓碎巖等底層，隧址區(qū)發(fā)育3個(gè)背斜，通過5條斷層，隧址區(qū)巖溶中等～強(qiáng)烈發(fā)育。

為了保證施工工期、防災(zāi)救援、施工通風(fēng)及排水等要求，本隧道輔助坑道采用“兩橫洞+平導(dǎo)”模式，其中楚烽隧道橫洞工區(qū)承擔(dān)正洞1 450 m，Ⅲ級圍巖200 m，占13.8%；Ⅳ級圍巖400 m，占27.6%；Ⅴ級圍巖850 m，占59.6%。最大埋深約為215 m，最小埋深23 m。其中800 m范圍為淺埋和埋深較淺。

鄭萬高鐵隧道開挖斷面大，Ⅲ～Ⅴ級圍巖面積是139.9～155.05 m2。隧道土工布單幅寬3 m、單卷長60 m，重72 kg；防水板采用6 m寬幅防水板。單卷長30 m，重 360 kg；襯砌主筋主要為 HRB400φ25、HRB400φ22，設(shè)計(jì)間距20 cm，全環(huán)單根長26.5～27 m，重100～110 kg。

3 臺(tái)車研制

防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車實(shí)體如圖1所示，防水板施工效果如圖2所示。

圖1 防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車實(shí)體

圖2 防水板施工效果

3.1 臺(tái)車結(jié)構(gòu)

該防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車是在高速鐵路大斷面施工中一機(jī)多用的臺(tái)車，既能滿足一次12 m區(qū)段土工布、防水板鋪設(shè)，又能施工一個(gè)12 m區(qū)段二襯鋼筋安裝［3］。臺(tái)車正面圖如圖3a所示，側(cè)面圖如圖3b所示。

圖3 臺(tái)車結(jié)構(gòu)

3.2 臺(tái)車參數(shù)

臺(tái)車具體參數(shù)如表1所示。

表1 防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車

3.3 臺(tái)車主要系統(tǒng)組成

該防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車由臺(tái)車主體、行走系統(tǒng)、鋪設(shè)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、頂升系統(tǒng)等功能系統(tǒng)組成［4］。

3.3.1 臺(tái)車主體

臺(tái)車主體有鋼結(jié)構(gòu)框架焊接和螺栓連接等方式，結(jié)構(gòu)簡易，受力安全。受力桿件是由鋼結(jié)構(gòu)栓接而成，固定在行走系統(tǒng)上，主要用于安裝防水板鋪設(shè)系統(tǒng)和鋼筋提升系統(tǒng)等，其上設(shè)有可伸縮的工作平臺(tái)，方便工人安裝操作。

3.3.2 行走系統(tǒng)

臺(tái)車采用輪軌式行走裝置。兩側(cè)各有4臺(tái)2.2 kW帶有滾輪的電機(jī)，兩臺(tái)用于臺(tái)車在軌道上行走，行走速度3.4m／min，剩余兩臺(tái)電機(jī)用于頂升臺(tái)車，方便軌道前移。軌道兩端設(shè)置有雙向液壓鎖，當(dāng)臺(tái)車到位后自動(dòng)鎖牢，防止臺(tái)架在外力下自由移動(dòng)，避免溜車事故。行走系統(tǒng)如圖4所示。

3.3.3 鋪設(shè)系統(tǒng)

鋪設(shè)裝置與臺(tái)車長度一致，是由2臺(tái)2.2 kW的電機(jī)系統(tǒng)控制可裝鋪設(shè)卷材的滑座實(shí)現(xiàn)在弧形軌道走梁上自由移動(dòng)，滑座可控制卷材鋪設(shè)方向，保證鋪設(shè)面平整、到位［5］。

（1）在臺(tái)車一側(cè)的底層平臺(tái)上沿臺(tái)車縱向設(shè)置土工布防水板盛具（在夾具夾持通過傳動(dòng)鏈拉展時(shí)能滾動(dòng)出布，起減小摩擦，防止布磨損，同時(shí)起限位作用）。

（2）在盛具上一層平臺(tái)下方適當(dāng)位置設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)。

（3）在盛具另一側(cè)臺(tái)車底層平臺(tái)設(shè)置一組往復(fù)式鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)裝置，其多股傳動(dòng)鏈沿隧道縱向均布且與隧道環(huán)向平行，傳動(dòng)鏈外側(cè)穿行于臺(tái)車組合式頂出裝置與洞壁間間隙，內(nèi)側(cè)從組合式頂出裝置頂出桿內(nèi)或下穿行，從而形成閉合式傳動(dòng)鏈。

（4）在臺(tái)車環(huán)向適當(dāng)位置設(shè)置若干組二襯環(huán)向鋼筋組合式頂出裝置。

（5）設(shè)置夾持土工布、防水板夾具（將土工布、防水板拉展時(shí)，避免布與組合式頂出裝置及臺(tái)車臺(tái)架刮蹭）。

3.3.4 提升系統(tǒng)

提升系統(tǒng)在臺(tái)車兩端，由4根管桁架剛性連接而成，為凹槽形式，是鋪設(shè)二襯鋼筋的吊升作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)可沿隧道縱向旋轉(zhuǎn)90°，可一次性容納提升15根二襯環(huán)向鋼筋［6］。鋼筋提升裝置如圖5所示。

圖4 行走系統(tǒng)

圖5 鋼筋提升裝置

（1）在防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車環(huán)向設(shè)置同二襯弧形軌道（半徑小于二襯半徑），并可沿臺(tái)車縱向移動(dòng)。

（2）設(shè)置驅(qū)動(dòng)弧形軌道沿臺(tái)車行走的往復(fù)式驅(qū)動(dòng)裝置。

（3）設(shè)置在弧形軌道上往復(fù)行走的縱向鋼筋拉拽小車。

（4）設(shè)置驅(qū)動(dòng)鋼筋拉拽小車的往復(fù)式驅(qū)動(dòng)裝置。

（5）設(shè)置鋼筋由地面到入軌點(diǎn)的拉拽裝置。

（6）弧形軌道的適當(dāng)位置設(shè)置鋼筋的入軌點(diǎn)（高度適當(dāng)，太靠地面，鋼筋入軌后會(huì)變形；太靠上，末端鋼筋不易歸位）。

（7）入軌點(diǎn)設(shè)（可調(diào)）導(dǎo)向輪使鋼筋入軌，沿途在適當(dāng)位置設(shè)置一定數(shù)量的限位輪。鋼筋拉拽端到位后，將末端歸置至所需處位置。

（8）盛裝縱向鋼筋的盛具在機(jī)械拉拽布置裝置鋪設(shè)好后，將縱向鋼筋裝入縱向鋼筋盛具，用傳動(dòng)鏈將縱向鋼筋沿隧洞環(huán)向拉拽提升，經(jīng)人工取出，按位置逐一綁扎。

3.3.5 頂升系統(tǒng)

鋼筋頂升裝置由二襯鋼筋縱向卡具和二襯鋼筋環(huán)向支撐組成。鋼筋頂升定位，豎向3排卡距，橫向4排（左右各2排）。頂升裝置如圖6所示。

圖6 頂升裝置

4 施工方案、方法

4.1 施工方案

根據(jù)楚烽隧道現(xiàn)場施工實(shí)際安排進(jìn)行防水層鋪設(shè)，防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車之后仰拱填充12 m，考慮到仰拱棧橋引橋的作業(yè)空間，同時(shí)下方可以滿足其他工序設(shè)備和人員正常通過。當(dāng)臺(tái)車就位后，就可以進(jìn)行土工布鋪設(shè)、防水板鋪設(shè)、二襯鋼筋安裝等流水工序作業(yè)。當(dāng)下一板12 m區(qū)段，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)已穩(wěn)定，仰拱填充強(qiáng)度已達(dá)到≥70%。然后就可以向前移動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)12 m的循環(huán)施工［7-8］。

4.2 施工方法

4.2.1 土工布（防水板）鋪設(shè)

（1）將待鋪設(shè)的土工布（防水板）運(yùn)送至臺(tái)車旁，放置到盛具所在平臺(tái)，用卷揚(yáng)機(jī)將其吊入盛具中。

（2）用夾具將土工布（防水板）卷外漏端夾住，同時(shí)將夾具多點(diǎn)固定到往復(fù)式鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)裝置的傳動(dòng)鏈上。

（3）啟動(dòng)往復(fù)式鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)裝置，土工布（防水板）被閉合式傳動(dòng)鏈內(nèi)側(cè)托住，同時(shí)外側(cè)將其沿隧道洞壁拖拽至臺(tái)車另一端，將整個(gè)臺(tái)車外部覆蓋，土工布（防水板）出布長度適中［9］。

（4）啟動(dòng)組合式頂出裝置，將鋪展開的土工布（防水板）沿洞壁頂升到位。

圖7 土工布鋪設(shè)

（5）人工將土工布（防水板）與已鋪覆好土工布（防水板）邊沿對齊，并留足搭接寬度，從洞頂往兩側(cè)固定土工布（防水板）。

土工布鋪設(shè)現(xiàn)場如圖7所示。

4.2.2 二襯鋼筋安裝

（1）將加工好的多節(jié)鋼筋采用套筒連接成環(huán)向鋼筋交底長度。

（2）二襯環(huán)向鋼筋鋪設(shè)準(zhǔn)備：將弧形軌道?？吭谂_(tái)車主體前進(jìn)一端，通過人工或鋼筋入軌輔助裝置將待鋪設(shè)的至少一根二襯環(huán)向鋼筋的前端拉拽至鋼筋入軌導(dǎo)向裝置處；一次可裝入15根鋼筋。

（3）二襯環(huán)向鋼筋拉拽就位：將一端已拉拽至鋼筋入軌導(dǎo)向裝置處的至少一根待鋪設(shè)二襯環(huán)向鋼筋與拉拽小車固定連接；通過牽引驅(qū)動(dòng)裝置和柔性牽引構(gòu)件拉拽該待鋪設(shè)的二襯環(huán)向鋼筋，以使該二襯環(huán)向鋼筋在弧形軌道上彎曲成弧拱形。

裝好環(huán)向鋼筋的弧形盛具，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力裝置（電動(dòng)轆轤和鋼絲繩）的牽引下圍繞其轉(zhuǎn)軸90°旋轉(zhuǎn)由地面轉(zhuǎn)至臺(tái)車前端立面。如圖8所示。

圖8 鋼筋提升軌跡

（4）鋼筋末端限位：通過端部限位裝置對鋼筋的兩個(gè)端部進(jìn)行限位，并解除二襯環(huán)向鋼筋與拉拽小車的固定連接狀態(tài)。

（5）鋼筋排布及一端固定：將弧形軌道從臺(tái)車主體一端移動(dòng)到另一端或設(shè)定距離后向原位返回；在弧形軌道前行或返回的連續(xù)移動(dòng)或間斷停頓過程中，按縱向分布位置和數(shù)量從弧形軌道上將二襯環(huán)向鋼筋取下，并將取下的二襯環(huán)向鋼筋一端與對應(yīng)側(cè)隧道矮墻中伸出的預(yù)留鋼筋焊接固定，其拱頂上部由多個(gè)頂出裝置支撐，鋼筋的另一端與另一側(cè)隧道矮墻中伸出的預(yù)留鋼筋滑動(dòng)套接。

（6）鋼筋另一端固定：通過多個(gè)頂出裝置將縱向分布的多根二襯環(huán)向鋼筋向上頂起至設(shè)定高度，并逐個(gè)將二襯環(huán)向鋼筋的另一端與對應(yīng)的預(yù)留鋼筋焊接固定。

5 綜合效果

防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車與傳統(tǒng)工效對比如表2所示。

表2 防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車與傳統(tǒng)工效對比

（1）降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，與簡易臺(tái)車相比能顯著減少勞動(dòng)強(qiáng)度。臺(tái)車上設(shè)有防水板自動(dòng)鋪設(shè)裝置，無需輔助工具可輕松實(shí)現(xiàn)鋪裝，安裝二襯鋼筋時(shí)，利用定位桿上的鋼筋卡槽可將數(shù)根長達(dá)26 m的環(huán)向鋼筋一次性提升至拱頂，一次性安裝。

（2）提高了施工質(zhì)量。相比傳統(tǒng)工法，防水板和土工布鋪設(shè)過程中能及時(shí)調(diào)整鋪設(shè)位置，土工布的固定和防水板的焊接也比較方便，杜絕出現(xiàn)防水板局部焊穿、漏焊的現(xiàn)象，保證了焊接質(zhì)量，利用提升裝置能輕松將整環(huán)二襯鋼筋提升至相應(yīng)位置，保證了鋼筋間距的要求。

（3）提高了施工效率，每個(gè)班次作業(yè)人數(shù)減少。臺(tái)車自帶的鋪敷行走驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了土工布、二襯鋼筋自動(dòng)上料，從表2可以看出，使用該臺(tái)車后，安裝一板防水板、土工布從4人減少至2人，安裝鋼筋從12人減少至8人，時(shí)間也大幅縮短，工作效率明顯提高［10］。

（4）工作安全系數(shù)高。臺(tái)車有規(guī)范的操作規(guī)程和完整的液壓和電路系統(tǒng)，油電互不干擾，電路系統(tǒng)安裝有安全保護(hù)裝置，可以避免漏電、觸電事故發(fā)生。臺(tái)車的固定平臺(tái)設(shè)有護(hù)欄、護(hù)梯，方便施工人員上下，保證了施工人員安全。

（5）作業(yè)平臺(tái)豐富。臺(tái)車上設(shè)有兩層推拉式工作平臺(tái)，拉出平臺(tái)，加寬工作面，回收平臺(tái)，不影響臺(tái)車移動(dòng)。

6 下一步需研究改進(jìn)思路

（1）鋼筋提升過程中，要將通風(fēng)管彎轉(zhuǎn)到地面以上穿過臺(tái)車，對通風(fēng)效果有所影響，下一步要進(jìn)行研究改善。

（2）目前鋪設(shè)土工布、防水板盛具長6 m，下一步探索一板12 m長盛具，探索研究鋪設(shè)12 m寬土工布、防水板施工。

（3）一段12 m范圍有兩種圍巖級別情況，由于初支斷面大小不同，需要下一步進(jìn)行研究改進(jìn)。

（4）研究在臺(tái)車上增設(shè)激光定位裝置，輔助準(zhǔn)確布置熱熔墊圈位置［11］。

（5）目前該臺(tái)車為軌道行走方式，下一步探索研究輪胎式行走，并融入自動(dòng)定位裝置。

7 總結(jié)

防水板鋼筋自動(dòng)化安裝一體臺(tái)車是在長大隧道、大斷面隧道施工中具有自動(dòng)行走，自動(dòng)鋪設(shè)土工布、防水板，自動(dòng)提升并安裝鋼筋的一種新型臺(tái)車，實(shí)現(xiàn)隧道施工快速安全，“以工裝保證工藝，以工藝保證質(zhì)量”的目標(biāo)。臺(tái)車操控簡便，行走靈活，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全可控。能更好地加快工序銜接，加快施工進(jìn)度，保證施工質(zhì)量，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了隧道施工的綜合工效，進(jìn)一步提升了高速鐵路大斷面隧道機(jī)械化配套施工水平，提高了隧道施工的綜合能力［12］。