摘要：在焦柳铁路电气化改造隧道病害整治施工中提出长大隧道病害综合整治采用作业平台车组织施工，作业台车利用轨道车作为动力牵引系统，路用平板车作为走行系统，在路用平板车上安装门式I18型钢架、操作平台及电力系统，材料、机具、设备放置在平台架内，随轨道车整列出发，到达工作面后即可开始隧道病害整治施工，解决了人、料、机进场及工作面作业平台搭设问题，大大缩短了施工准备时间，提高了施工工效，具有操作平台安全、稳固、牢靠，平台长度长、工作面多，移动灵活方便，节约准备时间，施工快捷等特点，特别适合长大单线铁路电气化改造隧道集中病害整治施工作业。
关键词：既有线；隧道；病害整治；作业台车；电气化改造；天窗施工
1.既有运营隧道病害现状
截至2016年底，全国累计投入运营的铁路隧道共有13205座，累计长度13583km，是世界上铁路隧道最多的国家。然而由于施工工艺、工法、配套设备水平及施工质量等各方面原因，有一半以上的运营隧道存在不同程度的病害，影响铁路正常运营。尤其是20世纪50初至90年代末，由于工艺水平相对落后，隧道病害呈现种类多，分布范围广的特点，根据铁路工务部门的相关统计资料，20世纪后半叶，隧道病害主要表现为严重渗漏水、结构衬砌的腐蚀裂损、仰拱或铺底的变形损坏，约占隧道病害的75%以上。
针对20世纪后半叶施工的单线铁路隧道病害整治，其施工方法主要有利用小平板车搬运小型机具、材料及脚手架（大型设备放在洞口），到工作面后人工搭设操作平台进行施工的方法（适用于有道路条件的中短隧道）和利用轨道车作为牵引动力，设备、材料及支架材料放在路用平板车上，到位后搭设操作平台的方法。两种方法都需在工作面处进行操作平台搭设，对于有限的天窗点时间而言，准备时间较长，影响施工效率。
考虑到单线隧道断面较小，正好适合一列货运或客运列车通行的条件，本文通过焦柳铁路电气化改造隧道病害整治，结合病害内容，设计了一种适用于单线铁路长大隧道的综合整治作业台车，为有类似隧道病害整治工程的施工提供一种参考借鉴的方法。
2.工程概况
焦柳铁路电气化改造1标线路全长102.622km，共经过12站，涉及11个区间，标段共有72座隧道，总计长27719m，分布在各个区间，均为单线隧道，隧道断面形式为直墙式、曲墙式，修建时期为20世纪70年。本次电气化改造工程需对标段72座既有隧道全部进行病害整治，工程规模大，整治隧道多，为全国首例大规模既有铁路隧道病害整治工程施工。病害整治类型有：隧道渗漏水、衬砌厚度不足、衬砌背后存在空洞、隧底病害等，其中彭莫山隧道为标段最长隧道，长度5.6km。设计采用“拱部以堵，边墙以排，防排截堵相结合”的原则，主要的施工方法为：隧道渗漏水采用衬砌背后注浆、边墙引排、渗水缝压浆封堵；衬砌厚度不足的采用喷锚加固、W钢带加固；衬砌背后空洞处理采用空洞注浆；隧底病害采用基底注浆。
由于是20世纪70年代修建的隧道，施工工艺、设备水平落后，且无防水板设计，几乎所有隧道均涉及上述几种类型的病害。结合隧道病害整治设计图，病害类型广泛分布在隧道中.尤其是渗漏水病害最为突出，几乎每3m～5m就有一条渗漏水缝需处理，工程数量极大，整治内容多，整治面大。
3.作业平台车设计原则
隧道病害整治台车具有操作平台安全、稳固、牢靠，平台长度长、工作面多，移动灵活方便，节约准备时间，施工快捷等优点，特别适合单线铁路电气化改造长大隧道多工序综合整治施工及移动作业施工。尤其是长大隧道，小平板车配合人工搬运机具、材料，到位后搭设脚手架的施工方法进出场及准备时间过长，无法满足120min的天窗点施工条件，将不再适用，更能体现病害整治作业台车的优势。
长大隧道病害整治台车设计按照“安全、经济、合理、具有可实施性”的原则进行，因地制宜，结合隧道断面形式及病害整治内容、工程数量进行设计。
设计时主要考虑了以下几点因素：
（1）作业平台车结构的稳定性及安全性
作业平台车骨架采用I18型钢，结构形式采用“□”式，固定在路用平板车上，通过结构受力简算，保证结构的强度，刚度及稳定性。
（2）整治作业台车的限界
按照《标准轨距铁路机车车辆限界》GB146.1-83规范，对作业平台车进行限界检查。其操作平台设计为可翻转式，平时在行进过程中将翻转平台收起，到工作面后展开形成工作面，保证整治作业平台车安全通过隧道，不发生刮擦、侵限问题。
（3）路用平板车的保护
根据路局要求，租用路局的路用平板车每年年检一次，要求平板车结构完好，无焊疤，无破损。在设计作业平台架时，台车结构放置在路用平板车上，结构底部纵向与路用平板车通过方口“插销”连接固定，结构与平板车无直接焊接部位，有效的保护了路用平板车，该种方法拆装方便，满足路用平板车一年一次的年检要求。
（4）经济性、适用性
目前国内对隧道病害整治台车的研究相对较少，中铁西南科学研究院研究的隧洞自动化综合整治台车价格昂贵，且与隧道断面的匹配度不高，适用性差。项目结合单线隧道设计断面及施工整治内容及工作量，利用项目上已有的、钢筋等材料，设计了简易式隧道病害整治台车，一组综合整治作业平台车长度约28m（不含轨道车长度），有效施工平台长度可达到26m左右，可进行病害综合整治，较好的适应了单线隧道病害整治的要求，具有良好的经济性和适用性。
4.作业平台车设计
4.1 作业平台车的构成
长大隧道病害整治作业平台车一般由2台轨道车、2台路用平板车、门架系统、操作平台及电力系统组成，全长约50m。其利用轨道车作为动力牵引系统，路用平板车作为走行系统，在路用平板车上安装门式I18型钢架、操作平台及集中配电系统，材料、机具、设备放置在平台架内，随轨道车整列出发，到达工作面后即可开始隧道病害整治施工。台车组成见图4-1。
4.2台车门架及操作平台设计
（1）台车门架结构尺寸
作业平台车骨架采用I18型钢，结构形式采用“□”式门架结构，通过方口插销将门架与路用平板车固定连接成为整体。
从路局租用回来的路用平板尺寸为：车长13m，宽3m，高1.2m。由此设计的门架结构总长度12.9m，总宽度2.9m，其中门架立柱横向中对中间距2.8m，纵向中对中间距2.8m，门梁高度3m，为保证平台的稳定性，在门架底部设置[18#槽钢底横梁与I18门架底纵梁焊接牢固，底横梁设置间距4m/道，每个平板车上共设置4道。具体见附图：《长大隧道病害整治作业台车设计图》
（2）门架与路用平板车的固定方法
方口插销由[8#槽钢对拼焊接成“□”型，首先在平板车上安放好I18型钢底纵梁，然后将方口插销插入路用平板车附耳内（底部外露长度不小于10cm），插销顶部与I18底纵梁焊接牢固，然后依次施工立柱、横梁门架结构。最终形成作业台车门架整体。
（3）操作平台设置
台车顶层采用φ12钢筋网片与I18型钢骨架焊接形成操作平台，在顶层边部设置可翻转操作平台，在台车行进过程中将其收起，到达工作面后利用合页翻转180°，铺开操作平台，以便工人进行隧道拱部病害的整治。边墙操作平台采用侧翻式，即在台车行进过程中将其收起，底部用插销与立柱连接固定，作为台车内材料、设备的防护围栏，防止材料设备滑移下道，到工作面后向外侧翻转90°，形成边墙操作平台。翻转式操作平台操作简便、快捷，作业台车到位后可迅速形成工作平台，达到整治条件，节约了准备时间。
4.3电力系统布置
台车施工用电由发电机发电供应，主要的用电设备有电动空压机、注浆机、搅拌机、电焊机、切槽机、电镐、电钻、照明灯等设备，布置时统一规划，对于位置固定的用电设备如电动空压机、注浆机、搅拌机等采用集中用电控制箱；对于需要移动的用电设备在每节平板台车上设4处配电箱，固定在台架立柱边角处，所有用电线路均采用架空穿钢管的方式固定在立柱与横梁的内侧拐角处，避免用电线路混乱，保证施工安全。
4.4作业平台车设备、材料布置
根据天窗点内需整治的隧道病害作业内容及工作数量确定需用的设备、机具、材料，将其放置在作业台车门架内，主要分为设备区、材料堆放区和小型机具、设备堆放区。原则上常用的大型机械固定放置在台车内，例如水箱、发电机、空压机，其底座放置在平铺钢板上焊接固定，上部用钢丝绳固定在平板车上，保证台车在行驶过程中突晃造成倾覆。
5.作业平台车限界检查及受力简算
5.1 限界检查
根据《标准轨距铁路机车车辆限界》GB146.1-83对作业平台车进行限界检查。经检查，作业平台车满足机车车辆限界要求。限界检查图见图5-1、图5-2。
5.2 受力简算
利用midas软件对作业平台车进行强度、刚度、稳定性的受力简算，通过对各工况进行分析计算，台车各结构的强度、刚度及稳定性均满足要求。
（1）应力检算
图5-3台车支架组合应力
最大组合应力为10.28MPa＜215MPa，满足设计要求。
（2）剪力检算
图5-4 台车支架剪力
最大剪应力为0.40MPa＜125MPa，满足设计要求。
（3）位移计算
图5-6台车支架位移
最大位移为0.13mm＜2800/400=7mm，满足要求。
（4）屈曲计算
图5-7台车支架位移
屈曲特征值为18.4＞4，稳定性满足要求。
6.实施效果
既有线隧道病害综合整治作业平台车对于直墙式和曲墙式单线隧道断面具有良好的适应性，其加工制作简单，经济高效，适用性强，具有操作平台安全、稳固、牢靠，平台长度长、可施工工作面多，移动灵活方便，节约准备时间，综合施工能力强，施工方便快捷等优点，特别适合长大单线铁路电气化改造隧道集中整治施工作业。作业平台车的设计为既有线病害整治施工方法提供借鉴和参考，创造了良好的社会效益和经济效益。
7.附图
参考文献：
[1]《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》 [2004]174号；
[2]《铁路隧道设计规范》TB 10003-2016；
[3]《标准轨距铁路机车车辆限界》GB146.1-83
论文作者:代全
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
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