24米履带液压自行式仰拱长栈桥及配套模具在单线长大隧道中的运用

单位：中铁二局第二工程有限公司24米履带液压自行式仰拱长栈桥及配套模具在单线长大隧道中的运用汇报人:陈太明汇报内容研究背景创新性技术经济效益社会环境效益实施效果推广应用前景一、研究背景1.1成果立项简介隧道仰拱施工与掌子面开挖、支护等工序间相互干扰，仰拱与填充混凝土施工速度慢、传统矮边墙存在施工缝多、养护时间长等问题对隧道施工进度和质量影响较大。为了实现隧道仰拱与填充混凝土分别浇筑，仰拱填充混凝土施工不影响洞内交通，且仰拱施工各个工序能实现流水作业，需要研究制造能实现这些功能的新型栈桥及配套模具。仰拱、二衬、掌子面的关系图1.1成果立项简介目前国内隧道仰拱施工多采用分离式工字钢梁栈桥，模板不能与栈桥同步循环转移，需要采用其它机械辅助人工拖拉，人工移动就位加固，混凝土模筑时模板易变形移位。为提高隧道仰拱二衬混凝土施工质量，减少隧道仰拱施工缝设置，降低隧道仰拱病害发生，蒙华公司要求隧道二衬仰拱施工采用一次浇筑长度不小于24m的自行式仰拱栈桥，仰拱栈桥两侧带矮边墙整体模板。如果仰拱二衬混凝土一次浇筑长度大于24m情况下，仰拱模板配套将十分困难。国内缺乏类似工程技术及经验1.2工程项目简介

连云山隧道起止里程DK1585+793~DK1596+495，隧道全长10702m，为单洞单线重载煤运通道。隧道设计为单洞单线无砟轨道，最小开挖断面仅宽6.18米，衬砌后填充面宽3米，T2环境下：Ⅲ级围岩仰拱采用C30混凝土浇筑，Ⅳ、Ⅴ级围岩仰拱均采用C35钢筋混凝土浇筑，仰拱填充均采用C20混凝土，抗渗等级均不得低于P8；H1环境下：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩仰拱均采用C35钢筋混凝土浇筑，仰拱填充均采用C20混凝土，抗渗等级均不得低于P10。仰拱填充施工示意图1.3工程特点序号工程特点1断面狭小，施工组织难度大。2隧道不良地质洞段长。3重载铁路仰拱施工整体性质量要求高。1.4工程重难点①隧道设计为单洞单线无砟轨道，最小开挖断面仅宽6.18米，衬砌后填充面宽3米。②洞内错车只能依靠每隔400m设置的错车段或倒车洞实现，各种车辆通行，交汇组织困难，极大的增加了工序组织成本，降低了隧道施工效率。（1）断面狭小，施工组织难度大1.5工程重难点（2）地质复杂，突发事故风险高①隧道地段高地应力、极高地应力段合计7697米，占全隧的71.9%。②爆破开挖过程中具备高地应力的硬岩洞段，脆性软岩洞段、断层破碎带极易发生岩爆，逐层剥落或塌方事故，软岩洞段易发生大变形。并引发塌方或产生二次开挖风险。③正线穿越岩层褶皱、断层、节理密集带交错，岩体破碎、富水、施工过程中突涌水、涌泥风险大。1.5工程重难点（3）重载铁路仰拱施工整体性质量要求高。连云山隧道为单洞单线重载煤运通道、全隧带仰拱。蒙华公司明确要求隧道二衬仰拱施工采用一次浇筑长度不小于24m的自行式仰拱栈桥，仰拱栈桥要求两侧带矮边墙配套整体模板。前期调研16年1月~16年3月现场调研分项理论研究分项工艺试验部分成果应用成果总结完成报告17年1月~17年6月16年4月~17年6月研究成果试验及转化运用课题2015年8月开展，2017年6月完成报告，研究与生产同步开展，成果直接服务于施工生产。1.6项目建设及课题研究开展情况15年8月~15年12月二、创新性2.1

主要成果与创新⑴、栈桥采用履带式电动牵引装置，采用履带作为行走部件，适应隧道内复杂环境的能力强。⑵、配置仰拱专用模板能实现仰拱与填充混凝土分别浇筑，结构更符合设计。一次浇筑24m长仰拱与填充混凝土，减少了施工缝，降低了施工缝止水带安装瑕疵导致隧道渗漏水概率。⑶、模板不再每循环组装、单独拖拽就位，安装、就位快，定位牢固不变形，功效高，4天可完成24m仰拱施工。⑷、模板系统与栈桥同步循环移动，手动葫芦升降，横向可调螺杆调整位置，自动化程度提高，降低劳动强度和安全隐患风险。2.2施工工艺原理①仰拱尽量紧跟开挖面施工，超前于二衬施工。仰拱、仰拱填充及矮边墙采用24米全液压自行式长栈桥平台施工，一次施工长度24m，全幅一次性浇筑后利用栈桥自动走行系统移至下一工位继续下一循环施工。②两侧仰拱模板根据仰拱矮边墙施工高度确定模板高度，根据仰拱弧度、确定需要模筑的仰拱宽度，再确定弧形模板的宽度、弧形。根据需求的模板宽度、高度模板按半封闭结构设计。模板二衬一次模筑混凝土长度一致。③两侧模板通过横、纵梁、模板形成框架结构。④横梁长度可伸缩，范围150cm，结构形式为内外套梁。⑤模板系统通过链条葫芦悬挂于栈桥外纵梁，每个横梁两端均设置挂点，葫芦悬挂能力1500kg。⑥模板与栈桥同步移动，就位后通过可调撑杆，再精调定位，两侧根据需要加设临时支撑。2.324m履带液压自行式仰拱长栈桥结构本栈桥由引桥部分、从动行走系统、仰供端固定支撑、主桥、履带行走系统、开挖端固定支撑、液压系统、矮边墙及填充的端侧模等八个部分组成。主要参数如下：外观尺寸37.00m×3.99m×3.85m有效跨距24m最大承重55t引桥坡度≤12°行走速度2.5m/min额定电压380V通行限宽3.2m额定功率15Kw爬坡角度≤10°接地比压0.35MPa24m履带液压自行式长栈桥主要参数表其中，n为节理数目。2.324m履带液压自行式仰拱长栈桥结构2.324m履带液压自行式仰拱长栈桥结构栈桥结构2.4模板结构组成

模板系统由平面框架、可调支撑杆、槽型模板、悬挂葫芦组成。平面框架由纵、横梁栓接组成，横梁按2m间距布置；模板采用δ=6mm钢板加工，形成槽型，横隔板间距2m，槽口间隔封闭；可调支撑杆为套筒式丝杆，丝杆直径R=36mm，套筒与每根横梁端头上立柱相连接；悬挂葫芦设置在横梁立柱上，每个横梁两端均设置吊点。悬挂葫芦2.3模板结构组成模板系统2.5模板使用步骤说明⑴下一循环仰拱开挖，仰拱地基检查，基底中线、高程复测检查，设置施工放样控制点。⑵栈桥与模板走行到位，对中检查并调试至模板框架中线与测量中线点一致。⑶提前安装模板、钢筋并检查合格。⑷收缩支撑杆，检查清理模板就位附件杂物，模板系统整体下放至控制高程，调整两侧支撑螺杆，模板横梁对中。⑸灌注仰拱混凝土，待仰拱混凝土初凝后，灌注填充混凝土。⑹混凝土养生，满足拆模强度条件后，回缩可调支撑杆，清理模板四周杂物，提前模板系统。⑺清理槽型模板弧形面板附作物，涂刷隔离剂。⑻与栈桥同步移动，进入下一循环。2.6

24m履带液压自行式仰拱长栈桥施工方案①开挖及支护开挖掌子面时仰拱和拱墙部位同时开挖，开挖完成后首先将初支封闭成环，然后回填底部虚碴。待长栈桥行走到位准备施工仰拱时，挖机清理虚碴，人工清理浮渣。若遇欠挖，采用浅眼爆破的方式处理，严禁大爆破长距离的开挖，每次仰拱开挖长度不大于30米，基底清洗干净，开挖出的仰拱及时施做封闭。栈桥上部可以通行渣车、挖机等机械。②长栈桥通车长栈桥通车状态：通车状态下长栈桥主/从动行走油缸收缩，行走轮收起，长栈桥前后皆以固定支撑作为受力结构，前端支撑在隧底，后端支撑在已施工填充面；仰供端/开挖端引桥油缸皆收缩，前后端引桥落地，前端引桥落在虚碴上，后端引桥落在已施工填充面上。此时，长栈桥上部可以通行渣车、挖机等机械。2.6

24m履带液压自行式仰拱长栈桥施工方案2.6

24m履带液压自行式仰拱长栈桥施工方案③长栈桥前端捡底装碴捡底装碴状态：长栈桥主/从动行走油缸收缩，栈桥前后皆以固定支撑作为受力结构，前端支撑在隧底，后端支撑在已施工填充面；仰供端引桥油缸收缩，引桥落在已施工填充面；开挖端引桥油缸伸出，引桥举起；挖机于举起的引桥前端捡底、装碴作业；碴车停靠在栈桥的开挖端接受装碴。2.6

24m履带液压自行式仰拱长栈桥施工方案④长栈桥准备行走捡底装碴结束以后，上组仰拱及填充混凝土等强结束，长栈桥准备行走：主/从动行走油缸伸出，使行走轮伸出超出固定支撑与地面接触，确保引桥及桥面下部支腿离地100mm以上；仰供端/开挖端引桥油缸伸出，引桥举起离开地面；进入行走状态。2.624m履带液压自行式仰拱长栈桥施工方案⑤长栈桥行走就位长栈桥前进到下一工位后，首先主/从行走油缸收缩，行走轮收起，前后固定支撑做为受力结构；引桥油缸收缩，引桥落地与地面接实，就位动作完成，开始长栈桥下部仰拱及填充施工作业。2.7

24m履带液压自行式仰拱长栈桥施工三维图2.724m履带液压自行式仰拱长栈桥施工动画2.8、知识产权申报省级工法1项：《履带自行式仰拱长栈桥施工工法》申请实用新型专利1项：《

24m履带液压自行式仰拱长栈桥及配套定型钢模专利》三、技术经济效益技术经济效益解决了长栈桥施工仰拱模板配套困难这一难题。研究成果直接服务于工程建设，取得了较好的经济效益，直接经济效益66.7万元；连云山隧道提前10个月贯通，间接经济效益达1000万余元。

⑴采用普通栈桥，仰拱及填充完成120米/月；采用自行式长栈桥后，仰拱及填充完成180米/月。此外由于施工缝的减少，节省了施工缝防水材料，减少了模板安拆及防水处理次数，且配备有定型钢模，节约了人工。长栈桥采用全液压集中控制系统，减少了配套机械和人力投入。⑵前期使用的12米分离式栈桥需要，完成24米仰拱需要2个专业木工4.5小时以上的工作时间以及1台挖机配合4.5小时，来完成移动、定位工作，24m履带液压自行式仰拱长栈桥仅需1个人1小时完成移动、定位工作。采用长栈桥施工法，直接节约成本66.7万。

⑶连云山隧道提前10个月贯通，节约管理费用1000万余元。

四、社会环境效益社会环境效益⑴．采用24米长栈桥施工，以24m长栈桥为主，一次性施工24m仰拱及填充，提高生产效率，改善仰拱和填充施工质量和防水性能，减少工序干扰。⑵.提高机械化作业程度，减少配套机械及人力投入，降低劳动强度。⑶.采用桁架结构作为主桥面，确保重型车辆通过时的安全性和稳定性。⑷.采用全液压集中控制系统，操作便捷可靠，自动化程度高。⑸.履带式行走机构工况适应性强，能适应施工现场各种工况的路面。⑹.整体结构设计合理，安全可靠，承载能力大。⑺.采用模块化设计，可快速装拆，分别运输。⑻.解决了单线隧道仰拱施工进度在安全步距内无法与隧道掘进进度保持一致的关键性问题，提高了企业竞争力。⑼.赢得业主单位的一致好评，并为工程打下坚实基础。五、实施效果五、实施效果安全方面：

仰拱一次性施做长度不小于24m,使仰拱更能紧跟掌子面，满足了掌子面与仰拱施工步距的要求，遵循新奥法施工原理，确保施工安全。采用桁架结构作为主桥面，确保了重型车辆通过时的安全性和稳定性。

传统栈桥24m长栈桥五、实施效果质量方面：

将矮边墙局部错台由原来的3cm降低到了1cm以内。一次性施工长度不小于24m,减少了施工缝，提高了防水性能，增加了仰拱及填充整体性。提升效率方面：

自动化程度高，只需1人即可完成整机的正常工作，大大减少人力投入，降低安全隐患和劳动强度。五、实施效果进度方面：采用普通栈桥，仰拱及填充月完成120m，经现场测算，自行式长栈桥单循环时间可达4天一个循环施工24m，及仰拱填充月完成180m。

隧道仰拱施工与开挖进度对照表五、实施效果荣誉媒体报道：中央电视台《新闻联播》、新华网及湖南省部级主流媒体争相报道。业主信贺：蒙华公司发来贺信，蒙华公司副总经理兼湘赣指挥部指挥长韩星俊当众宣读。政府盛赞：长沙市委常委、浏阳市委书记黎春秋以“连云速度”、“连云品牌”、“连云

精神”盛赞蒙华6标建设成果。六、推广应用前景新