谈高速铁路隧道施工优化改造技术

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摘要：结合汉十高铁武当山隧道群施工项目，对高铁隧道施工过程中的成套化机械设备、施工工装优化改造展开技术研究。研究主要针对隧道开挖支护台架、仰拱台车、二衬台车、槽道组装定位台架等。通过对以上施工工装优化改造的研究和工程实践，有效提高了施工效率和施工质量，并为后期铁路运营提供了安全保障。

关键词：工装设备；优化改造；铁路隧道

我国高铁经过近年来的飞速发展，现阶段隧道施工机械化设备基本齐全。随着施工标准的不断提高和施工技术的不断完善，现有的工装设备在施工过程中逐渐暴露出生产效率低下、施工精度不足、适应性差等问题[1-2]。如何通过对现有工装设备的优化改造，使其能适应施工现场使用需求，成为高铁隧道施工工程中亟待解决的一个难题[3]。在汉十高铁武当山隧道群项目施工过程中，对相关机械设备施工工装优化改造进行了研究与应用，取得了良好的效果。

1工程概况

汉十高铁武当山隧道群项目位于十堰市武当山特区和丹江口市六里坪镇境内，主要包括肖家沟隧道、胡家隧道、铁家沟隧道三座隧道，是全线的重点工程和控制性工程；隧道群地层分区隶属昆仑秦岭区武当山区，下伏基岩为元古界武当山群云母石英片岩，隧道区域内地质构造发育，局部存在断层；三座隧道全长8.81km，设置平行导坑辅助进行施工。

2开挖支护台架优化改造

本工程隧道正洞开挖工作面通过平导展开，为保证正洞的掘进速度，需要加快平导施工进度。以铁家沟隧道平导施工中发现由于铁家沟平导Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩交错布置，不同等级围岩相互穿插。在围岩变化时，施工工法需要进行转变，区别于正洞大断面，平导断面较小，台阶转换速度较快。原有的施工台架采用工字钢进行焊接连接，在转变台阶时改装时间过长，影响平导的正常掘进。为加快台阶转变时施工台架的拼装效率，对平导施工台架进行改装：（1）根据平导施工台阶高度将台架分为上、下两个组成部分，上、下之间采用法兰连接。（2）门架采用I18型钢焊接成门型台架，共4排，同时采用2根I18工字钢双拼焊接作底纵梁，横梁与其两侧纵梁之间设有用于倾斜支撑的斜撑梁，侧翼分两层，上下两层用三角形钢板加固。（3）台阶法施工时采用下部台架作业，工法变换为全断面后将上、下台阶拼装螺栓连接，既节省了台架改装时间，又减少了台架频繁改装对材料的浪费。经过改装的隧道多功能拼装台架是一种多功能隧道开挖作业台架，制作简单、使用灵活方便、刚度大、炮眼位置及方向容易控制，可以同时满足16台以上风动凿岩机同时作业。改造后的台架能够适应快速施工的要求，有效地解决了隧道洞身开挖频繁转换工法中存在的问题，其操作简单、快速，转换工法时只需将上门架拆除，不需暂停掌子面进行工法转换，不需要再次更换台架，减少了人工消耗。隧道开挖台架组装示意图如图1所示。

3仰拱台车优化改造

隧道仰拱施工过程中顶层钢筋的安装质量依赖于底层钢筋安装位置的准确性和精度；仰拱钢筋安装间距和排距难度大，简易定位的钢筋安装不牢固，易在混凝土浇筑过程中扰动变形，影响施工质量[4]。隧道仰拱钢筋安装，对原有的仰拱台车进行优化改造，增加仰拱钢筋定位卡槽装置：（1）该装置由丝杆、12m槽钢、翻转装置和底板组成。（2）在外侧槽钢中孔设置可拉伸丝杆，丝杆下穿外侧槽钢，内侧槽钢用钢筋连接焊接在丝杆上，通过丝杆移动，控制内侧钢筋卡槽位置，并可翻转过来。（3）内侧槽钢上分别设置有多个横向钢筋卡槽，相邻横向钢筋卡槽之间的间距与仰拱钢筋间距一致。（4）底板通过螺帽和翻转装置与仰拱台车和外侧钢筋卡槽连接，可翻转。如图2所示，仰拱钢筋定位卡槽三维示意图如图2所示。与现有隧道仰拱台车相比，改造后的仰拱台车有如下优点：（1）结构简单，能快速、准确定位仰换钢筋，确保钢筋间距、排距满足设计要求；（2）可一次对仰拱顶层钢筋和底层钢筋同时定位，与传统施工方法相比较，施工速度快，能大大缩短施工时间，提高施工效率；（3）卡槽可翻转，安拆方便。

4二衬台车优化改造

传统的隧道二衬台车在进行二衬混凝土浇筑时，需要来回倒管，依次进行两侧混凝土浇筑，倒管需要时间较长，施工人员工作量较大，且由于倒管过程中送料停顿，易造成堵管现象；由于两侧混凝土注入量不同，存在偏差，易造成台车位移导致二衬错台。针对传统的隧道二衬台车存在的不足，对隧道施工二衬台车进行优化改造：（1）配置了混凝土分层逐窗浇筑装置，设置三通分料和滑槽设施，顶部布设主料斗2个，分料斗4个，泵管采用三通结构满足2个主料斗同时进料。（2）浇筑窗口数量、位置及层高根据台车长度及高度确定，一般情况纵向间距≤3m，层高≤2m，梅花形布设。（3）通过主料斗、主溜槽、“三通”分流槽、分流串筒和入窗溜槽结合的方式，简单操作相应的插板阀门，使混凝土流向各工作窗口，实现二次衬砌拱墙混凝土的逐窗进料浇筑。优化改造后的二衬台车具有以下优点：（1）与来回倒管相比，可同时向台车两侧送料，避免台车偏压，大大减少了衬砌错台现象；（2）避免来回倒管（只需要倒一次管，即封顶时倒一次），较大地节约时间，提高衬砌进度，减少冷缝现象，同时降低工人的劳动强度；（3）与原来的送料方式相比，减少了倒管造成的停顿时间及堵管现象。

5槽道组装定位台架优化改造

高铁隧道槽道组形式多样，施工过程中，发现有以下问题：（1）槽道组装时因人为操作及焊接易呈“八”字形；（2）人工反复复核耗时、耗力；（3）投入资源多，一组槽道焊接需三个人工配合。针对以上问题，项目部对槽道组定位工艺进行了研究，并改装制作了槽道组装定位台架：槽道组装定位台架采用线切割的方式加工而成，模具由底板（3根纵向槽钢）、6个槽钢支腿和撑板（3块横向支撑板和1块挡板）组成，使用时用水平尺将四个角调至水平，保证整个台架水平，然后把2根槽道安放到模具上，其中槽道的一端与模具的基准面对齐，然后进行焊接即可。槽道组装定位台架示意图如图3所示。槽道组装定位台架能够保证两根槽道安装后是平行的，两根槽道内弧面与衬砌台车面密贴无缝隙，两根槽道端头在同一个基面上，两根槽道综合接地扁钢焊接质量，解决了因人工焊接误差造成的槽道组精度不足，减少了槽道组装的人工投入、提高了施工效率。

6水沟电缆槽移动式钢筋卡具优化改造

现场水沟电缆槽施工过程中发现，人工打眼植筋太费时费力，存在纵横向钢筋间距定位控制不标准、钢筋保护层厚度控制不合格、绑扎钢筋耗费大量时间等问题。针对以上问题，项目部优化改造出一种由角钢、钢管和钢筋移动装置焊接而成的移动式水沟电缆槽钢筋卡具：（1）横向角钢用来控制纵向钢筋间距，中间标准20cm一道开槽，开槽尺寸为16mm，保证钢筋定位标准。（2）纵向槽钢用来控制三根横向钢筋，距离顶口20cm往下开三道槽，开槽尺寸为16cm，角钢在制作时精准预留7cm钢筋保护层。（3）整个装置设置三排双轮结构，内侧角钢和外侧钢管下各设置直径20cm的滑轮，用来快速移动。（4）内侧角钢和外侧钢管之间距离50cm，利用C6钢筋焊接牢固。移动式水沟电缆槽钢筋卡具示意图如图4所示。

7结语

通过在汉十高铁武当山隧道施工中的隧道开挖支护台架、仰拱台车、二衬台车、槽道组装定位台架、水沟电缆槽移动式钢筋卡具等施工工装的优化改造，有效提高了施工效率，保证了施工质量，也为后期铁路运营提供了安全保障，对于类似隧道施工工程具有良好的推广应用价值。随着我国高速铁路建设的不断发展，新的机械设备不断涌现，只有不断地实践和创新，才能提高我国高速铁路建设的施工水平。

参考文献

[1]王志坚.郑万高铁隧道大断面机械化施工关键技术研究[J].隧道建设（中英文），2018（8）：1257-1270.

[2]吴梦军，吴庆良.山岭公路隧道机械化施工现状与展望[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2020（3）：14-21.

[3]张新波.地铁区间施工成套工装研究[J].价值工程，2019（9）：121-123.

[4]袁会勇.铁路长大隧道施工机械配套技术[J].科学技术创新，2019（14）：112-113.

作者：孔军豪 单位：中铁七局集团武汉工程有限公司