談高速鐵路隧道施工優化改造技術

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摘要：結合漢十高鐵武當山隧道群施工項目，對高鐵隧道施工過程中的成套化機械設備、施工工裝優化改造展開技術研究。研究主要針對隧道開挖支護臺架、仰拱臺車、二襯臺車、槽道組裝定位臺架等。通過對以上施工工裝優化改造的研究和工程實踐，有效提高了施工效率和施工質量，并為后期鐵路運營提供了安全保障。

關鍵詞：工裝設備；優化改造；鐵路隧道

我國高鐵經過近年來的飛速發展，現階段隧道施工機械化設備基本齊全。隨著施工標準的不斷提高和施工技術的不斷完善，現有的工裝設備在施工過程中逐漸暴露出生產效率低下、施工精度不足、適應性差等問題[1-2]。如何通過對現有工裝設備的優化改造，使其能適應施工現場使用需求，成為高鐵隧道施工工程中亟待解決的一個難題[3]。在漢十高鐵武當山隧道群項目施工過程中，對相關機械設備施工工裝優化改造進行了研究與應用，取得了良好的效果。

1工程概況

漢十高鐵武當山隧道群項目位于十堰市武當山特區和丹江口市六里坪鎮境內，主要包括肖家溝隧道、胡家隧道、鐵家溝隧道三座隧道，是全線的重點工程和控制性工程；隧道群地層分區隸屬昆侖秦嶺區武當山區，下伏基巖為元古界武當山群云母石英片巖，隧道區域內地質構造發育，局部存在斷層；三座隧道全長8.81km，設置平行導坑輔助進行施工。

2開挖支護臺架優化改造

本工程隧道正洞開挖工作面通過平導展開，為保證正洞的掘進速度，需要加快平導施工進度。以鐵家溝隧道平導施工中發現由于鐵家溝平導Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖交錯布置，不同等級圍巖相互穿插。在圍巖變化時，施工工法需要進行轉變，區別于正洞大斷面，平導斷面較小，臺階轉換速度較快。原有的施工臺架采用工字鋼進行焊接連接，在轉變臺階時改裝時間過長，影響平導的正常掘進。為加快臺階轉變時施工臺架的拼裝效率，對平導施工臺架進行改裝：（1）根據平導施工臺階高度將臺架分為上、下兩個組成部分，上、下之間采用法蘭連接。（2）門架采用I18型鋼焊接成門型臺架，共4排，同時采用2根I18工字鋼雙拼焊接作底縱梁，橫梁與其兩側縱梁之間設有用于傾斜支撐的斜撐梁，側翼分兩層，上下兩層用三角形鋼板加固。（3）臺階法施工時采用下部臺架作業，工法變換為全斷面后將上、下臺階拼裝螺栓連接，既節省了臺架改裝時間，又減少了臺架頻繁改裝對材料的浪費。經過改裝的隧道多功能拼裝臺架是一種多功能隧道開挖作業臺架，制作簡單、使用靈活方便、剛度大、炮眼位置及方向容易控制，可以同時滿足16臺以上風動鑿巖機同時作業。改造后的臺架能夠適應快速施工的要求，有效地解決了隧道洞身開挖頻繁轉換工法中存在的問題，其操作簡單、快速，轉換工法時只需將上門架拆除，不需暫停掌子面進行工法轉換，不需要再次更換臺架，減少了人工消耗。隧道開挖臺架組裝示意圖如圖1所示。

3仰拱臺車優化改造

隧道仰拱施工過程中頂層鋼筋的安裝質量依賴于底層鋼筋安裝位置的準確性和精度；仰拱鋼筋安裝間距和排距難度大，簡易定位的鋼筋安裝不牢固，易在混凝土澆筑過程中擾動變形，影響施工質量[4]。隧道仰拱鋼筋安裝，對原有的仰拱臺車進行優化改造，增加仰拱鋼筋定位卡槽裝置：（1）該裝置由絲桿、12m槽鋼、翻轉裝置和底板組成。（2）在外側槽鋼中孔設置可拉伸絲桿，絲桿下穿外側槽鋼，內側槽鋼用鋼筋連接焊接在絲桿上，通過絲桿移動，控制內側鋼筋卡槽位置，并可翻轉過來。（3）內側槽鋼上分別設置有多個橫向鋼筋卡槽，相鄰橫向鋼筋卡槽之間的間距與仰拱鋼筋間距一致。（4）底板通過螺帽和翻轉裝置與仰拱臺車和外側鋼筋卡槽連接，可翻轉。如圖2所示，仰拱鋼筋定位卡槽三維示意圖如圖2所示。與現有隧道仰拱臺車相比，改造后的仰拱臺車有如下優點：（1）結構簡單，能快速、準確定位仰換鋼筋，確保鋼筋間距、排距滿足設計要求；（2）可一次對仰拱頂層鋼筋和底層鋼筋同時定位，與傳統施工方法相比較，施工速度快，能大大縮短施工時間，提高施工效率；（3）卡槽可翻轉，安拆方便。

4二襯臺車優化改造

傳統的隧道二襯臺車在進行二襯混凝土澆筑時，需要來回倒管，依次進行兩側混凝土澆筑，倒管需要時間較長，施工人員工作量較大，且由于倒管過程中送料停頓，易造成堵管現象；由于兩側混凝土注入量不同，存在偏差，易造成臺車位移導致二襯錯臺。針對傳統的隧道二襯臺車存在的不足，對隧道施工二襯臺車進行優化改造：（1）配置了混凝土分層逐窗澆筑裝置，設置三通分料和滑槽設施，頂部布設主料斗2個，分料斗4個，泵管采用三通結構滿足2個主料斗同時進料。（2）澆筑窗口數量、位置及層高根據臺車長度及高度確定，一般情況縱向間距≤3m，層高≤2m，梅花形布設。（3）通過主料斗、主溜槽、“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽結合的方式，簡單操作相應的插板閥門，使混凝土流向各工作窗口，實現二次襯砌拱墻混凝土的逐窗進料澆筑。優化改造后的二襯臺車具有以下優點：（1）與來回倒管相比，可同時向臺車兩側送料，避免臺車偏壓，大大減少了襯砌錯臺現象；（2）避免來回倒管（只需要倒一次管，即封頂時倒一次），較大地節約時間，提高襯砌進度，減少冷縫現象，同時降低工人的勞動強度；（3）與原來的送料方式相比，減少了倒管造成的停頓時間及堵管現象。

5槽道組裝定位臺架優化改造

高鐵隧道槽道組形式多樣，施工過程中，發現有以下問題：（1）槽道組裝時因人為操作及焊接易呈“八”字形；（2）人工反復復核耗時、耗力；（3）投入資源多，一組槽道焊接需三個人工配合。針對以上問題，項目部對槽道組定位工藝進行了研究，并改裝制作了槽道組裝定位臺架：槽道組裝定位臺架采用線切割的方式加工而成，模具由底板（3根縱向槽鋼）、6個槽鋼支腿和撐板（3塊橫向支撐板和1塊擋板）組成，使用時用水平尺將四個角調至水平，保證整個臺架水平，然后把2根槽道安放到模具上，其中槽道的一端與模具的基準面對齊，然后進行焊接即可。槽道組裝定位臺架示意圖如圖3所示。槽道組裝定位臺架能夠保證兩根槽道安裝后是平行的，兩根槽道內弧面與襯砌臺車面密貼無縫隙，兩根槽道端頭在同一個基面上，兩根槽道綜合接地扁鋼焊接質量，解決了因人工焊接誤差造成的槽道組精度不足，減少了槽道組裝的人工投入、提高了施工效率。

6水溝電纜槽移動式鋼筋卡具優化改造

現場水溝電纜槽施工過程中發現，人工打眼植筋太費時費力，存在縱橫向鋼筋間距定位控制不標準、鋼筋保護層厚度控制不合格、綁扎鋼筋耗費大量時間等問題。針對以上問題，項目部優化改造出一種由角鋼、鋼管和鋼筋移動裝置焊接而成的移動式水溝電纜槽鋼筋卡具：（1）橫向角鋼用來控制縱向鋼筋間距，中間標準20cm一道開槽，開槽尺寸為16mm，保證鋼筋定位標準。（2）縱向槽鋼用來控制三根橫向鋼筋，距離頂口20cm往下開三道槽，開槽尺寸為16cm，角鋼在制作時精準預留7cm鋼筋保護層。（3）整個裝置設置三排雙輪結構，內側角鋼和外側鋼管下各設置直徑20cm的滑輪，用來快速移動。（4）內側角鋼和外側鋼管之間距離50cm，利用C6鋼筋焊接牢固。移動式水溝電纜槽鋼筋卡具示意圖如圖4所示。

7結語

通過在漢十高鐵武當山隧道施工中的隧道開挖支護臺架、仰拱臺車、二襯臺車、槽道組裝定位臺架、水溝電纜槽移動式鋼筋卡具等施工工裝的優化改造，有效提高了施工效率，保證了施工質量，也為后期鐵路運營提供了安全保障，對于類似隧道施工工程具有良好的推廣應用價值。隨著我國高速鐵路建設的不斷發展，新的機械設備不斷涌現，只有不斷地實踐和創新，才能提高我國高速鐵路建設的施工水平。

參考文獻

[1]王志堅.鄭萬高鐵隧道大斷面機械化施工關鍵技術研究[J].隧道建設（中英文），2018（8）：1257-1270.

[2]吳夢軍，吳慶良.山嶺公路隧道機械化施工現狀與展望[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2020（3）：14-21.

[3]張新波.地鐵區間施工成套工裝研究[J].價值工程，2019（9）：121-123.

[4]袁會勇.鐵路長大隧道施工機械配套技術[J].科學技術創新，2019（14）：112-113.

作者：孔軍豪 單位：中鐵七局集團武漢工程有限公司