前端悬臂式仰拱栈桥在软弱围岩仰拱施工中的研发及应用技术

前端悬臂式仰拱栈桥在软弱围岩仰拱施工中的研发及应用技术

刘伟

中铁隧道集团二处有限公司河北三河燕郊

摘要：通过紧密结合软弱（黄土）围岩施工工法，提出了一种全液压履带自行式栈桥应用于仰拱施工的设计构想，通过理论研究、设计制造、现场应用等环节，完成了一种新型全液压履带自行式栈桥设备，该设备具有安全、可靠、移动便捷的特点，真正实现了仰拱施工与开挖、初支、衬砌平行作业，安全可靠、提高了隧道施工效率、机械化配套程度。

关键词：软弱围岩黄土履带式仰拱栈桥研发应用

隧道仰拱施工一直以来是影响隧道施工进度、质量控制的一个关键工序，隧道仰拱栈桥是隧道仰拱施工的关键设备，传统隧道施工多采用简易式栈桥[1~2],随着隧道标准化、机械化配套要求越来越高，安全、高效、便捷的自行式移动栈桥成为必然的发展趋势。

中铁隧道集团二处有限公司制造公司一直致力于隧道自行式仰拱栈桥的研发设计，以期研发一种安全、可靠、移动便捷的多功能移动栈桥，更好的提高隧道标准化作业和机械化配套要求。

1工程项目简介

银西高速铁路，起自西安北客站，向西北经咸阳机场、彬县后进入甘肃境内，经宁县、环县进入宁夏回族自治区，沿G211前行经吴忠市跨黄河经灵武市引入银川枢纽银川站。中铁隧道集团二处有限公司承建新建银川至西安铁路YXXQ-SG2标段庆阳隧道。起讫里程为：DK259+300～DK273+254，全长13954m。庆阳隧道两处洞口车辆无法到达，交通不便。洞身主要穿越黄土沟壑梁峁区，地面高程1164m～1482m，相对高差150～250m，南高北低，边缘破碎。沟壑发育，支沟下切较深，多呈“V”字型，两岸边坡高陡，局部发育滑坡、错落、溜坍和黄土陷穴等不良地质现象

2软弱围岩全液压履带式自行栈桥设计方案

YXXG-SG2标段多为IV，V级黄土软弱围岩，仰拱封闭步距要求高，采用三台阶法，挖掘机辅以人工开挖[4~6]。

下部仰拱一次开挖2榀拱架距离，仰拱开挖后，履带式栈桥前移，在栈桥底部进行拱架支护、喷混等初支作业，及时封闭成环。工序流程及技术方案如下：

2.1栈桥通车出渣状态

3液压履带式栈桥结构验算

3.1栈桥结构有限元验算

本栈桥侧部采用箱梁形式，如图1，为钢板组焊而成的箱型（H型）截面，桥面横梁为H形截面，桥面纵梁为H形截面，桥面宽3.4m，跨度为15.933m，6.257m。

图1桥面上通行的最大载重量为60t。

3.2栈桥后部过车情况下整体强度与刚度的计算

结构上施加的荷载即为设计荷载，每个节点施加5t活荷载，布置在最不利处。

整体强度分析

图4强度计算结果2

作用设计荷载时，整个结构最大压应力为315MPa，出现在前桥墩根部，设计制造时需要局部加强；最大拉应力为140MPa，最大拉应力为140MPa，位于桥面横梁上。

小结

综上所述，在栈桥前部、后部过车两种状态下，栈桥的强度、刚度与稳定性均能满足使用需求。

4实际应用

目前，通过适当调整现场施工组织，合理的操作使用设备，该栈桥应用成果比较理想，已解决了应用初期存在的步距超标问题，目前可以实现V级围岩月进90m，IV级围岩月进120m。通车时强度与刚度有保证，确保了栈桥上部通车出渣与底部仰拱施工平行作业。

5栈桥优点与应用前景展望

（1）安全：首先杜绝了栈桥过车的意外发生，强度、刚度、稳定性均良好，不会发生侧翻事故，避免了仰拱处车辆与人员发生安全事故造成的损失。

（2）高效：栈桥所有动作均通过液压系统实现，每次的工作循环中，可以只使用少量的人员操作和观察就能完成所有的栈桥动作，为施工现场节省大量人力和时间。

（3）经济性好：栈桥的设计寿命长，在长时间的使用后不会有结构性的变形，能多次利用，为隧道施工节约大量成本。

（4）提升施工形象、提高施工质量：该栈桥可实现仰拱一次12米施工，减少了仰拱施工缝，保证仰拱施工质量，提高生产效率。实现了仰拱施工与开挖、初支、衬砌立体交叉同步作业，安全可靠、提高了隧道施工效率，提升机械化配套水平。

此栈桥的成功应用，标志着软弱黄土围岩隧道配备自行式仰拱栈桥已经趋于成熟。

参考文献

[1]郭小华.隧道片式仰拱栈桥动载作用下强度及刚度校核[J].隧道建设，2009，03：275-279.

[2]李增印.S308线玉曲公路红土山隧道仰拱施工栈桥设计与应用[J].隧道建设，2009，12（增刊2）：192-196.

[3]韩星俊，方俊波，卢智强，李集光.隧道仰拱全幅施工技术[J].隧道建设，2010，05：549-553.

[4]石磊，侯小军，武进广.大断面黄土隧道施工工法研究[J].隧道建设，2013.3:173-178.

[5]杨建民.高速铁路黄土隧道群修建技术与应用—张茅大断面黄土隧道修建技术成果总结.[J].隧道建设，2016.1:113-122.

[6]席浩，李绪干，时坚，侯奇.宝兰铁路苏家川大断面黄土隧道三台阶施工变形控制技术.[J].隧道建设，2014.7:679-684.