單線特長(zhǎng)隧道無(wú)砟軌道快速施工技術(shù)

1、單線特長(zhǎng)隧道無(wú)砟軌道快速施工技術(shù)錢富林（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司 北京順義 101300）摘要 本文以全長(zhǎng)32.645km的雙洞單線關(guān)角隧道施工為背景，從無(wú)砟軌道分段施工組織、物流管理等方面進(jìn)行了研究，成功的解決了施工中受斷面空間不足、物流管理難度大及難于形成流水性作業(yè)等的影響，同時(shí)總結(jié)形成了工具軌法與軌排法相結(jié)合的工具軌排架法，自主研發(fā)了吊運(yùn)一體機(jī)及組合式軌道調(diào)節(jié)器等設(shè)備，在關(guān)角施工實(shí)踐中得到了成功應(yīng)用，取得了良好效果，為類似工程無(wú)砟軌道施工積累了經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞 單線特長(zhǎng)隧道；無(wú)砟軌道；工具軌；排架法；吊運(yùn)一體機(jī)；軌道調(diào)節(jié)器中圖分類號(hào) U215.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 1 文章編號(hào)The rap

2、id construction technique of Single line extra-long tunnel Ballastless track engineeringQianfulin(The First Company of the China Railways 16th Bureau Group Co., LTd., Beijing, 101300)Abstract  Based on the construction of the total length of 32.645&#

3、160;km of doublets GuanJiao tunnel, this text pay attention to Segmental construction organization, logistics management and so on , successfully tackle the problems such as the narrow space section, the difficulty of the logistics management, and hard to form a streamline production

4、during the construction. In the meantime, came to the conclusion combining tool-track methods with rail row method , to form tool-rail-row method, self - developed crane-carry machine and knockdown track adjustment machine. It was successfully used in GuanJiao cons

5、truction practice, has obtained the good effect, can give other  similar projects an useful reference.Key words  single line extra-long tunnel, ballastless track, tool-track, rail row, crane-carry machine, track adjustment machine1 工程概況收稿日期

6、：2015年3月24日 基金項(xiàng)目：中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2008G030-E）新建關(guān)角隧道位于既有鐵路天棚至察汗諾車站之間，全長(zhǎng)32.645km，設(shè)計(jì)為兩座平行的單線隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h，線間距40m，均位于直線段上；隧道進(jìn)口段為8的上坡，在嶺脊變坡后以9.5的坡度連續(xù)下坡。無(wú)砟軌道扣件采用WJ-8型彈性分開(kāi)式扣件，軌枕采用SK-2型雙塊式軌枕。進(jìn)口標(biāo)段無(wú)砟軌道單線長(zhǎng)17.372km（雙線34.744km），由正洞進(jìn)口及7座輔助斜井（5座斜井在1000m以上，最長(zhǎng)斜井2808m）展開(kāi)施工，斜井一般斷面凈寬5.2m，間隔200m設(shè)置20m長(zhǎng)錯(cuò)車道（斷面凈寬6.3m）；正洞兩

7、側(cè)水溝間寬度3.44m（見(jiàn)圖1），I、II線每間隔420m設(shè)置一條一般橫通道，斷面凈寬4.5m，每座斜井對(duì)應(yīng)一條施工橫通道，斷面凈寬5.2m。圖1 正洞斷面圖2 施工難點(diǎn)及方案2.1 施工難點(diǎn)(1)新建關(guān)角隧道屬于雙洞單線隧道，無(wú)砟軌道施工工程量大、斷面小，大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸間相互干擾較大，尤其是無(wú)砟軌道施工中軌枕、鋼筋、扣件、混凝土等材料種類、數(shù)量較多，現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存空間有限，施工組織難度較大。(2)無(wú)砟軌道施工工序較多，施工人員數(shù)量較多，相互錯(cuò)開(kāi)施工時(shí)間短（每道工序間隔時(shí)間在30min-60min），作業(yè)面間隔距離短（部分作業(yè)面相互交叉），物流管理難度大，難于形成流水性作業(yè)，施工進(jìn)度難于保證。(3

8、)關(guān)角隧道自受主體工程完工時(shí)間限制，無(wú)砟軌道施工只有4.5個(gè)月的施工時(shí)間，工期緊、任務(wù)量大，能否按期完成施工任務(wù)面臨著極大的挑戰(zhàn)。2.2 施工方案隧道內(nèi)雙塊式無(wú)砟軌道常用的施工方法主要有軌排法和工具軌法及兩者結(jié)合的工具軌排法。軌排法是利用移動(dòng)式組裝平臺(tái)進(jìn)行軌排拼裝，然后用軌道排架將軌排固定就位的一種方法，這種施工方法的特點(diǎn)是機(jī)械法拼裝軌排，拼裝質(zhì)量有保證，但需要足夠的施工空間，各道工序相互干擾大，很難形成流水性施工作業(yè)。工具軌法是利用工具軌在施工現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行軌排拼裝、軌排調(diào)節(jié)的施工方法，這種施工方法的特點(diǎn)是投入機(jī)械設(shè)備較少，隧道內(nèi)空間要求不高且能充分利用隧道空間，可以立即形成生產(chǎn)力，但軌排拼裝

9、直接在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，軌排拼裝質(zhì)量控制難度較大，如果軌排拼裝人員不熟練，就會(huì)增加軌排的拼裝時(shí)間，從而增加無(wú)砟軌道施工循環(huán)時(shí)間【1】。綜合兩種無(wú)砟軌道施工方法的特點(diǎn)，針對(duì)關(guān)角隧道正洞斷面有限，機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)距離倒車（最長(zhǎng)倒車距離3.5km），隧道內(nèi)施工內(nèi)容較多、相互干擾較大（無(wú)砟軌道施工期間，22km水溝電纜槽、66個(gè)橫通道封堵及水溝電纜槽蓋板安裝等施工同步進(jìn)行），物流管理成為制約無(wú)砟軌道施工的重要影響因素等施工難點(diǎn)，采用了分段施工組織、吊運(yùn)一體機(jī)運(yùn)輸（主要運(yùn)輸混凝土、排架、機(jī)具及材料）及軌排法與工具軌法相結(jié)合的工具軌排架法的方案。3 快速施工技術(shù)3.1 分段施工組織方面 按關(guān)角隧道正洞進(jìn)口及6 座斜

10、井分段長(zhǎng)度，根據(jù)正洞剩余工程完成情況陸續(xù)組織進(jìn)場(chǎng)4個(gè)無(wú)砟軌道勞務(wù)隊(duì)（4個(gè)機(jī)械隊(duì)伍分別為一至四隊(duì)），以施工時(shí)間順序?qū)⒄碔線劃分成3個(gè)段落、II線劃分成5個(gè)段落展開(kāi)施工。各段落施工以對(duì)應(yīng)的斜井、施工橫通道作為運(yùn)輸通道，最終在斜井與正洞交叉口部位合攏，完成段落間無(wú)砟軌道施工(見(jiàn)圖2)。圖2 無(wú)砟軌道分段施工平面圖關(guān)角隧道無(wú)砟軌道受正洞剩余水溝電纜槽、橫通道襯砌及封堵、蓋板安裝等施工的影響，不能實(shí)現(xiàn)整條線同時(shí)施工，采取了分段施工組織將隧道按照斜井位置劃分為多個(gè)段落，根據(jù)各段落內(nèi)剩余工程完成情況逐步展開(kāi)無(wú)砟軌道施工，分段施工組織具有以下特點(diǎn)：(1)各段落施工長(zhǎng)度3km-9km不等，每個(gè)段落施工期間具有

11、獨(dú)立的運(yùn)輸通道，消除了機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸相互干擾的影響。(2)每個(gè)段落在正洞I、II線相互對(duì)應(yīng)，無(wú)砟軌道設(shè)備通過(guò)施工橫通道轉(zhuǎn)場(chǎng)，運(yùn)輸距離短、轉(zhuǎn)場(chǎng)快（每次轉(zhuǎn)場(chǎng)2d）。(3)各段落物資、設(shè)備及施工人員根據(jù)對(duì)應(yīng)斜井設(shè)置加工、維修場(chǎng)地及住宿設(shè)施，縮短材料、設(shè)備及施工人員運(yùn)輸距離，方便管理，提高了施工效率。3.2 物流管理方面我國(guó)鐵路隧道施工多采用大斷面單洞雙線形式，無(wú)砟軌道施工可將兩條線錯(cuò)開(kāi)一定距離，相互交替施工【2】，材料通過(guò)設(shè)備運(yùn)輸至施工場(chǎng)地具備存儲(chǔ)空間，但針對(duì)雙洞單線隧道斷面受限，施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)存儲(chǔ)空間，靠大型設(shè)備只能逐項(xiàng)運(yùn)輸材料及機(jī)具，尤其是鋼筋及軌枕需用量較大，因此物流管理成為制約無(wú)砟軌道快速施工的重

12、要影響因素。關(guān)角隧道通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察與研究，主要采取預(yù)留錯(cuò)車道，挖掘機(jī)代替龍門吊卸軌枕、鋼筋，自制旋轉(zhuǎn)吊機(jī)散枕設(shè)備，施工期間在無(wú)砟軌道混凝土澆筑施工工序之外的時(shí)間進(jìn)行材料運(yùn)輸，避免了大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸高峰期的相互干擾，達(dá)到無(wú)砟軌道平行施工作業(yè)的目的。(1)根據(jù)隧道內(nèi)每420m設(shè)置有一座橫通道的條件，在橫通道與正洞交叉部位斷開(kāi)20m水溝、電纜槽，水溝及電纜槽頂面鋪設(shè)鋼板，使運(yùn)輸通道寬度3.44m增加到6m，達(dá)到錯(cuò)車的條件。(2)施工期間利用無(wú)砟軌道混凝土澆筑之外無(wú)大型機(jī)械設(shè)備通行的時(shí)間，采用自卸汽車運(yùn)輸鋼筋、軌枕等材料，并用挖掘機(jī)卸料。充分利用隧道兩側(cè)水溝、電纜槽存放材料，一側(cè)存放鋼筋，另一側(cè)存放軌枕

13、，鋼筋及軌枕數(shù)量按照施工單元（每個(gè)單元6.25m）要計(jì)算準(zhǔn)確，避免二次倒運(yùn)。(3)無(wú)砟軌道施工過(guò)程中，首先進(jìn)行鋼筋綁扎，待鋼筋綁扎6-7個(gè)單元后，利用自制旋轉(zhuǎn)吊機(jī)進(jìn)行散枕（見(jiàn)圖3）。自制旋轉(zhuǎn)吊機(jī)具備電機(jī)起吊、電動(dòng)旋轉(zhuǎn)功能，基座通過(guò)四個(gè)行走輪放置在水溝電纜槽蓋板上，人工手推行走（可改進(jìn)為電動(dòng)行走），散枕速度較快，并能夠準(zhǔn)確就位，避免了機(jī)械散枕人工二次調(diào)整就位的問(wèn)題。圖3 自制散枕吊機(jī)通過(guò)設(shè)置錯(cuò)車道、挖掘機(jī)卸料及自制旋轉(zhuǎn)吊機(jī)散枕等技術(shù)措施，解決了隧道運(yùn)輸、存儲(chǔ)空間不足的問(wèn)題，同時(shí)有效的利用了工序交錯(cuò)時(shí)間，提高了施工效率。3.3 人員配置方面 在無(wú)砟軌道施工中，施工人員的合理配置尤為重要，

14、合理的配置能夠避免窩工、怠工等問(wèn)題，同時(shí)也是影響施工進(jìn)度的的主要因素。關(guān)角隧道利用了無(wú)砟軌道試驗(yàn)段施工，主要從工序循環(huán)時(shí)間、工序平行作業(yè)時(shí)間等方面對(duì)施工人員配置進(jìn)行了深入研究，總結(jié)出了一套適合單線隧道無(wú)砟軌道流水性施工作業(yè)施工人員配置（見(jiàn)表1），加快了施工進(jìn)度（施工進(jìn)度超過(guò)3.5km/月）。表1 施工人員配置及施工時(shí)間工序序號(hào)施工工序施工人數(shù)（人）所用時(shí)間（h）平行作業(yè)時(shí)間（h）1鑿毛、清洗430.52.52底層鋼筋綁扎832.53散軌枕及頂層鋼筋綁扎23544安裝軌排12645粗調(diào)、電阻檢測(cè)6836精調(diào)6327混凝土澆筑12888收面499合計(jì)7519說(shuō)明：在每道工序施工一段距離后，同時(shí)展開(kāi)

15、具備施工條件的下道工序施工；每道工序錯(cuò)開(kāi)一定距離，形成相互不干擾的流水性施工作業(yè)程序。3.4 工藝裝備配置方面針對(duì)關(guān)角隧道現(xiàn)場(chǎng)特殊的施工條件，通過(guò)對(duì)常規(guī)的龍門吊施工設(shè)備的研究，結(jié)合了軌排法與工具軌法施工特點(diǎn)，自主研發(fā)了組合排架吊運(yùn)一體機(jī)及組合式軌道調(diào)節(jié)器。3.4.1 吊運(yùn)一體機(jī)在無(wú)砟軌道常規(guī)施工工藝設(shè)備中龍門吊占據(jù)著非常重要的位置，基本在施工過(guò)程中所有的半成品材料和成品材料都需要應(yīng)用龍門吊將其運(yùn)送到指定位置。施工中每個(gè)工作面需配置多臺(tái)龍門吊相互配合工作，經(jīng)過(guò)調(diào)查在成渝鐵路、貴廣鐵路、蘭新鐵路等隧道無(wú)砟軌道施工中每個(gè)工作面配置3臺(tái)龍門吊，龍門吊的主要作用是倒運(yùn)軌排、吊運(yùn)混凝土及運(yùn)輸材料和機(jī)具等，

16、需配置混凝土料斗及多名操作手展開(kāi)施工，且在運(yùn)輸過(guò)程中前后不能交換位置。在關(guān)角隧道無(wú)砟軌道施工中，根據(jù)單線隧道斷面較小的特點(diǎn)，結(jié)合龍門吊及自卸汽車的功能原理，自主研發(fā)了混凝土、材料及組合排架吊運(yùn)一體機(jī)（見(jiàn)圖4）。圖4 吊運(yùn)一體機(jī)3.3.1.1 技術(shù)參數(shù) 80kw內(nèi)燃發(fā)電機(jī)、6輪變頻行走體系，載重能力15t，跨度4.8m，架設(shè)在水溝電纜槽頂面上，最大行走速度120m/min。3.3.1.2 功能及結(jié)構(gòu) (1)吊運(yùn)一體機(jī)由前后兩部分組成，前部分為混凝土運(yùn)輸料斗，容積5m3，帶有四套螺旋升降系統(tǒng)，在裝料時(shí)料斗降至混凝土罐車放料高度，運(yùn)輸過(guò)程中升起至不影響施工人員在基面施工的高度，放料時(shí)再降至具備放料條

17、件的高度，升降全部采用電動(dòng)螺旋升降裝置。(2)吊運(yùn)一體機(jī)后半部分安裝動(dòng)力系統(tǒng)、載料平臺(tái)及操作平臺(tái)，下部安裝排架吊運(yùn)架。吊運(yùn)架與龍門吊吊運(yùn)架功能相同，同時(shí)具備升降系統(tǒng)。(3)吊運(yùn)一體機(jī)采用六套變頻行走裝置，每側(cè)設(shè)置三個(gè)行走輪，將一體機(jī)分成兩個(gè)載重區(qū)域，避免了單向載重量過(guò)大造成翻軌、脫軌；行走軌道為24kg/m的鋼軌，底部每隔1m設(shè)置枕木，并用道釘固定。3.4.2 組合式軌道調(diào)節(jié)器無(wú)砟軌道軌排法施工是采用工具軌、橫梁（或托盤）、扣件將軌枕固定，使得工具軌與軌枕間存在固定的相對(duì)關(guān)系【3】，一次性組裝成軌排，施工過(guò)程中不進(jìn)行拆卸，但需要組裝平臺(tái)，影響運(yùn)輸通道；而工具軌法施工是采用工具軌、橫梁、軌枕在施

18、工現(xiàn)場(chǎng)組裝，施工循環(huán)利用時(shí)需拆卸橫梁與工具軌，分類吊裝運(yùn)輸，并需要單獨(dú)設(shè)置軌向調(diào)節(jié)器，造成循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)。在關(guān)角隧道施工過(guò)程中，結(jié)合了兩種施工方法的特點(diǎn)自主研制了組合式軌道調(diào)節(jié)器（見(jiàn)圖5），形成了工具軌排架法施工工藝。圖5 組合式軌道調(diào)節(jié)器(1)組合式軌道調(diào)節(jié)器由橫梁、托盤、頂桿及軌向調(diào)節(jié)螺栓、軌距調(diào)節(jié)螺栓組成，施工中一次組裝完成，循環(huán)吊運(yùn)時(shí)只需拆除頂桿即可利用吊運(yùn)一體機(jī)整體吊運(yùn)，循環(huán)利用，方便快捷，避免了多次拆卸、組裝造成機(jī)具損壞。(2)橫梁+托盤及螺栓調(diào)節(jié)軌距，頂桿+橫梁滑槽調(diào)整高程、軌向。在無(wú)砟軌道粗、精調(diào)過(guò)程中，只需利用扳手調(diào)整頂桿即可達(dá)到高程調(diào)整的目的，利用扳手調(diào)整軌距螺栓及軌向螺栓就能達(dá)到軌向及軌距調(diào)節(jié)的目的。(3)工具軌每個(gè)