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摘要：结合蒙华铁路24m大区段二衬仰拱施工配套液压栈桥的设计及应用，介绍了大区段仰拱栈桥的用途、技术性能及结构组成，并通过建立有限元模型对液压栈桥在不同工况下的强度及刚度进行分析，说明了栈桥液压系统的设计原理。通过在相关铁路的施工应用，24m大区段二衬仰拱施工栈桥能够提高仰拱及填充施工速度，提高隧道施工质量，具有一定的推广应用价值。
关键词：液压栈桥；隧道施工；仰拱施工；隧道机械
1.引言
仰拱是隧道结构的重要组成部分，二衬仰拱及填充施工进度一直以来直接影响隧道施工安全、隧道建造质量及施工整体进度。目前，仰拱施工一般采用12m左右的栈桥架空仰拱施工地段，跟随掌子面同时推进，二者距离应满足规范要求的安全步距。从目前的隧道掘进进度、隧底病害防治等方面需求看来，均有加大仰拱施工架空长度、减少栈桥循环次数、降低仰拱施工缝数量的必要。蒙华铁路结合工程实际，提出了“初期支护快速封闭成环、二衬仰拱及仰拱填充大区段施工”的施工原则，提倡24m大区段仰拱施工技术，带动了隧道建造技术及仰拱栈桥等隧道施工机械水平的提升。
2.总体说明
2.1 仰拱栈桥的用途
仰拱栈桥是用于隧道施工中避免掌子面开挖、仰拱施工之间相互干扰的专用配套设备。利用前方掌子面钻炮眼的时间间隙开挖仰拱，出渣时栈桥下方进行仰拱施工，实现隧道掘进与仰拱施工2道工序的平行作业，保证隧道底部结构快速封闭。随着隧道施工技术进步及施工质量要求的提高，仰拱施工长度逐渐增大，目前，蒙华铁路已经开始采用24m大区段二衬仰拱及填充施工。
大区段仰拱施工栈桥（见图1）布置在隧道开挖面与二次衬砌施工之间，为隧道开挖、支护、出碴等工序的凿岩台车、混凝土湿喷机、混凝土搅拌车、挖掘机、装载机、渣土车等工程车辆的通行条件，同时桥下进行二衬仰拱及填充施工。
由计算成果图可知，栈桥最大位移为45.2mm，栈桥最大集中应力为379Mpa。栈桥变形满足相关规范设计要求；最大应力为箱梁与支腿结合处产生的应力集中，通过增加筋板等结构能够降低应力集中水平，栈桥主体应力水平在170 Mpa左右，主体结构采用Q345B材料，完全可以满足移动栈桥在正常使用情况下强度和刚度的要求。
5.液压系统设计
大区段仰拱栈桥采用2套液压系统，包括主栈桥液压系统与活动腿液压系统。活动腿液压系统系统压力16MPa，负责前活动腿伸缩支撑及前进、后退的驱动。主栈桥液压系统系统压力25MPa，以满足前固定腿在通行最大荷载车辆时的支撑要求。
⑴.主栈桥液压系统
主栈桥液压系统包括液压站、控制阀组、液压油缸、液压马达、系统管路等组成。液压站布置在栈桥后端，液压回路分别向前、后2套控制阀组引出，并设置截止阀。前部液压阀组控制前横移回路、前支撑顶升回路。后控制阀组分别控制后驱动马达回路、后驱动顶升回路、后横移回路。除后驱动回路同时控制2台驱动马达外，其余回路全部采用独立换向阀控制，便于调整顶升或横移以适应隧道施工工况。所有液压执行元件设置2个液控单向阀保压，防止执行元件泄压失稳。
⑵.前活动腿液压系统
前活动腿液压系统采用16MPa系统压力，由液压站、控制阀组、液压油缸、液压马达、系统管路等组成。液压系统回路包括前活动腿驱动马达回路、前活动腿顶升回路，液压泵站及控制阀组均设置在前前活动腿上。虽然前活动腿在栈桥前移时具有足够的荷载压在驱动轮上，可以不考虑驱动马达的同步性，但前活动腿在自行移动时由于自重较轻，且轮架走行轮与走行导轨面的接触不均衡，容易发生一侧空转现象，故在前活动腿驱动回路方向控制阀与液压马达件设置双联驱动马达，保证2套驱动轮组的同步性。
6. 结语
24m大区段二衬仰拱栈桥在蒙华铁路取得广泛应用，具有一定的施工技术优势：
⑴. 施工步距大，减少了施工循环次数及隧道环向施工缝，对提升隧道施工效率、提高隧道施工质量、降低隧道病害发生率具有积极作用；
⑵. 适应性强，能够适应不同等级铁路隧道断面、设置仰拱隧道、设置底板隧道断面等的多种开挖工况，通用型强。
⑶. 自动化程度高，采用全液压驱动，具有前进、后退、横移、转向、纠偏等功能，无需外部机械辅助，机动灵活。
通过该设备在蒙华铁路及多条高速铁路隧道施工中应用表明，蒙华铁路采用初期支护紧跟掌子面快速封闭并回填，形成稳定的隧道支护体系，为二衬仰拱大区段施工创造有利条件。24m大区段二衬仰拱栈桥充分发挥了设备优势，取得了显著效果。但部分铁路由于施工工艺、安全规范的限制，不能充分体现出大区段仰拱施工的优势，因此，还有必要进一步结合相关研究，对相应的施工技术及标准规范进行适当调整，以促进隧道施工技术及装备的发展。
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论文作者:王浩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/30
标签：栈桥论文; 隧道论文; 区段论文; 回路论文; 液压论文; 液压系统论文; 马达论文; 《建筑学研究前沿》2017年第21期论文;