液压仰拱栈桥在铁路隧道工程施工中的应用技术

摘要：简述了天陇铁路马街隧道工程概况和配置液压仰拱栈桥的原因，叙述了液压仰拱栈桥主要结构组成、行走原理及施工步骤，介绍了液压仰拱栈桥的设备性能和施工能力等方面的优点，提出了液压式仰拱栈桥在使用前、使用中和使用后的安全使用要点，可供从事隧道工程施工的技术人员参考。

关键词：液压仰拱栈桥；结构性能；施工能力；使用要点

1 " 工程概况

天陇铁路工程马街隧道位于甘肃省陇南市武都区境内，进口起讫里程为DK213+208.70～DK215+406，长2197.3m，为单线隧道，隧道内为-1‰、-13‰、-16.4‰、-16.7‰的单面下坡。隧道除DK213+461.35～

DK214+161.71段位于半径为2000m的缓和曲线及曲线之外，其余均位于直线上。该隧道进口靠近垃圾处理厂，隧道出口有国道通过，交通比较便利。

2 " 配置液压仰拱栈桥的原因

2.1 " 简易栈桥存在的问题

在隧道施工中，仰拱开挖和填充施工的快慢会直接影响到隧道施工安全、质量和隧道整体施工进度。目前为止，国内大多数隧道施工依然使用自制或工厂加工的简易栈桥进行仰拱施工。但是简易栈桥的适应性、安全性不高，而且施工作业面小，不仅仰拱施工质量难以保证，而且掌子面开挖和仰拱、衬砌施工不能同步进行，互相交叉影响，导致机械化程度低、劳动强度高、安全事故多、施工效率低，隧道的施工进度受到很大影响。

2.2 " 配置液压仰拱栈桥的必要性

甘肃天陇铁路公司要求该隧道初期支护尽快封闭成环，将一般地段仰拱及二衬到掌子面的安全步距扩大到70m和140m。施工安全步距调整后，掌子面施工效率将得到很大提高，后续仰拱、衬砌施工能力必须匹配、工装配置必须到位。为该隧道施工配置了液压仰拱栈桥，以提高隧道施工效率和施工水平，减少施工过程中各工序之间的互相干扰，确保该隧道的施工进度、安全和质量。通过配置液压仰拱栈桥，其施工作业长度达到了24m，有效扩大了隧道施工作业面，减少了掌子面、仰拱、二次衬砌等施工环节的交叉施工的干扰，提升了隧道机械化施工程度，加快了隧道施工进度，减少了隧道施工成本，保障了隧道施工安全和施工质量。

3 " 液压仰拱栈桥主要结构组成

3.1 " 整体结构组成

该液压仰拱栈桥整体结构由主桥、前后引桥、行走装置、前支架、液压系统和电器系统等组成。考虑到栈桥两端的搭接顺坡坡度，主体结构总长度定为47.6m。

该液压仰拱栈桥的最大设计荷载为60t，其最大单机载重量约为45t。栈桥上行驶的主要施工设备有挖掘机、自卸汽车、装载机、混凝土罐车等，该栈桥能够保证上述施工机械设备的安全通过。

3.2 " 主桥结构组成

该液压仰拱栈桥主桥的净空跨度即有效施工长度为24m，宽度为4.7m，净高度为1.55m，桥面通行最大宽度为3.2m。主桥由钢箱梁和横梁组成，使用高强螺栓组装连接。为了运输方便，钢箱梁制成梁段，在隧道内拼接为整体。

二次衬砌的每次浇筑长度为12m，因此将主桥长度定为24m。为保证隧道仰拱与拱墙衬砌混凝土的防水结构完全一致，将仰拱浇筑施工缝与拱墙衬砌浇筑施工缝保持在相同部位。

3.3 " 前支架和引桥结构组成

该液压仰拱栈桥前支架的结构比较复杂，其组成包括模板、横梁和液压缸等，通过铰销与主桥铰接。该主桥的前、后安装了引桥，便于施工机械设备上下主桥。液压仰拱栈桥的引桥如图1所示。

3.4 " 液压系统结构组成

该液压仰拱栈桥的液压系统通过三路独立的换向阀进行操纵，以实现对液压行走系统的精确控制。其中一路为行走换向阀，控制行走液压马达旋转，驱动栈桥移动和行走；另一路为支腿换向阀，调节4个支撑腿缸上下伸缩，实现或解除支撑腿的支撑作用；还有一路为前支架换向阀，调节前支架的左后及右后支腿上下移位。通过操纵换向阀，能够轻松实现该栈桥水平和垂直方向的移动、行走和地面支撑固定。

3.5 " 电气系统结构组成

该液压仰拱栈桥的电气系统由主桥系统和行走系统组成，其中主桥系统的工作电压为380V，用于控制电磁换向阀；行走系统的工作电压为24V，用于控制行走系统电控回路。

4 " 液压仰拱栈桥行走原理及施工步骤

4.1 " 仰拱栈桥行走原理

首先，将前后引桥抬起并固定，操纵支腿换向阀使行走小车升降缸伸出，将行走小车支撑在隧道地面上，此时栈桥整体被顶起。

其次，操纵行走换向阀，驱动行走液压马达通过行走装置使栈桥整体前行。液压栈桥的行走装置起到临时支撑作用，栈桥的移动由前后行走装置共同驱动来完成，前支架、主桥、前桥和后桥在移动过程中，始终脱离地面。

再次，将栈桥移动到施工位置，通过刚性主支腿调节主桥高度，使主桥前后左右的刚性主支腿均支撑于隧道地面上，将支架横梁通过夹紧装置对称夹紧。

最后，放下前后引桥，此时栈桥的全部荷载通过刚性主支腿传递给地面，栈桥予以固定。

4.2 " 液压仰拱栈桥施工步骤

一是将液压仰拱栈桥移动到掌子面处，在进行掌子面开挖或立架作业的同时进行仰拱开挖，开挖长度为24m。

二是在完成24m仰拱开挖后，操纵液压仰拱栈桥向前行走，一次移动长度为24m、用时为15min左右。

三是将液压仰拱栈桥前移到位后，该栈桥上、下形成两个独立的工作面：下部初支面清理完成后进行绑扎钢筋、混凝土浇筑；上部掌子面施工所需的所有工装料具均可往复运送。

5 " 液压仰拱栈桥的优点

5.1 " 设备性能方面

5.1.1 " 拼装简单

液压栈桥整体采用液压系统控制，施工中行走灵活轻便，可纵向及横向移动，减少了栈桥的移动就位时间，提高了工效。横向大梁可以自由伸缩，能够满足不同断面隧道的施工需求。相比简易栈桥移位使用挖机、装载机托拽的方法，极大地提高了施工效率和安全系数。

5.1.2 " 智能化程度高

液压仰拱栈桥还具备智能化的特点。通过与先进的信息技术相结合，可以实现远程监控和智能控制，使得施工过程更加精准、高效。这种智能化特性不仅提高了施工质量，还降低了人为因素带来的风险，进一步提升了液压仰拱栈桥的应用价值。

5.1.3 " 模块化设计

液压仰拱栈桥的模块化设计也为其增添了独特的优势。模块化设计意味着栈桥可以根据不同的需求进行组合和拆卸，方便运输和存储。模块化设计不仅降低了运输成本，还使得栈桥在不同工程之间的转移更加便捷。同时，模块化设计也提高了栈桥的维修和更换部件的便利性，进一步降低了维护成本。

5.2 " 施工能力方面

5.2.1 " 有利于改善施工条件

液压栈桥净跨为24m，一次可施工仰拱12m，预留12m进行仰拱初支，与简易栈桥相比减少了施工缝，同时减少了防水施工数量，也降低了富水地段水隧道发生病害的可能性。

使用液压栈桥，作业面在水平和垂直方向上都有很大改善，对混凝土的浇筑、振捣及收面工作提供了空间上的便利。

5.2.2 " 有利于减少施工区域的交叉干扰

减少了掌子面施工与仰拱施工之间的交叉影响，掌子面施工的所有工装配置都可以从栈桥上通过，与上面仰拱施工互不影响，为掌子面与仰拱施工在空间上创造了平行作业的条件；同时，液压栈桥跨度为24m，为仰拱施工在纵向上提供了流水作业的工作面，加快了施工进度。

5.2.3 " 有利于提高施工的安全性和灵活性

液压仰拱栈桥借鉴箱梁结构、使用型钢加工制作而成，设计承载力为60t，其结构稳定、安全性能高，对栈桥下施工作业人员的安全得到了保证。

灵活性体现在能够适应多种不同的施工环境和需求。无论是狭窄的施工空间，还是变化多端的作业面，液压仰拱栈桥都能通过调整其结构和尺寸来适应，为施工提供便捷的工作平台。这种灵活性不仅提高了施工效率，也降低了对场地的依赖，使得施工方式更加灵活多变。

5.2.4 " 有利于提高施工效率

相比简易栈桥，虽然液压仰拱栈桥的购买费用较高，但是由于施工进度的加快，施工效率的提高，有效降低了施工成本。同时由于提升了隧道施工的机械化程度，减少了劳动用工，减轻了施工人员的劳动强度，大大提高了施工作业的安全性。

6 " 液压式仰拱栈桥安全使用要点

液压式仰拱栈桥在隧道工程施工中发挥着关键作用，其使用过程直接关系到工程的顺利进行和人员的安全。为确保其安全施工，需要遵守的安全使用要点如下所述。

6.1 " 使用前

使用液压式仰拱栈桥之前，其操作人员应接受专业的技术培训和安全教育，确保他们了解栈桥的工作原理、安全操作规程以及应急处置方法，减少因操作不当导致的安全事故。使用液压式仰拱栈桥之前，必须进行全面细致的检查。重点检查栈桥的各部件是否完好，液压和电气系统是否正常，支撑结构是否稳固等。发现的任何问题必须及时修复，以确保栈桥整体上安全、可靠。

在栈桥移动之前，需先提升其前后引桥，再提升升降缸及从动行走缸，确保引桥及桥面下部支腿离地100mm以上；栈桥行走到下一工位后，先降下顶升缸和从动行走缸，待栈桥的刚性支撑装置形成有效支撑后，再放下两端引桥与地面接实，然后才能投入使用。

在操纵栈桥移动就位时，重点检查安设的平整度及安设宽度是否满足要求。不仅要保证从栈桥上通过车辆的行驶安全，还要保证不同轮距车辆都能通过。在栈桥移动过程中，注意观察、瞭望，及时排除周边障碍物。在栈桥使用前，务必检查、确定前后支撑装置与地面压实，如有间隙须增设垫块或垫板，以便形成有效支撑。

6.2 " 使用中

液压式仰拱栈桥的使用安全是工程顺利进行的重要保障。在使用过程中，必须严格遵守安全技术操作规程。操作人员应熟悉栈桥的结构和工作原理，严格按照操作手册进行操作。特别是在调整栈桥高度和角度时，应确保操作缓慢、平稳，避免产生过大的冲击和振动。

液压式仰拱栈桥的承载能力有限，必须严格控制其载重量。在栈桥上作业时，应合理分布荷载，避免超载或偏载现象的发生。同时，应定期检查栈桥的承载能力，确保其承载能力满足隧道工程施工的需求。

在液压式仰拱栈桥使用过程中，必须加强对其检查和维护保养工作，确保栈桥在隧道施工作业中的安全可靠性能。掌子面施工车辆通过栈桥时，栈桥正下方施工人员必须避让，严禁继续进行施工作业。

6.3 " 使用后

液压式仰拱栈桥完成当日施工作业后，及时清除其上部的杂物，以防掉落伤人。安排专人对其液压系统、电气系统、连接部位进行日常检查，发现故障及时排除。若发现连接螺栓及销子松动，应及时紧固或更换。对其液压系统、电气系统和润滑部位要进行定期维护养护，以保证栈桥的正常使用。要定期检查液压泵站的油位计，及时补充液压油。定期检测液压油的质量指标，如发现液压油清洁度指标超出规定值，应及时予以更换。应更换原型号液压油，不同类型的液压油不得混用。

7 " 结束语

在隧道仰拱施工中，液压仰拱栈桥作为重要的施工装备，具有结构系统稳定、移动行走方便、作业灵活程度高、安全性能好，以及高效模块化组装、简便的智能化操作等特点。使用液压仰拱栈桥，在有效进行掌子面施工的同时，还可以进行仰拱开挖、钢筋绑扎、仰拱衬砌及混凝土填充浇筑等工序施工，实现了掌子面开挖与仰拱施工同时平行作业和仰拱施工在纵向上的流水作业，提升了隧道施工机械化程度，增强了隧道的安全性。实践证明，液压仰拱栈桥的使用，在施工进度、施工成本、质量控制、安全生产和文明施工等方面具有突出优势，可在隧道工程施工中推广使用。

参考文献

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[2] 刘晓军.《铁路隧道机械化施工研究》[M].建筑机械，2018.

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