單線特長隧道無砟軌道快速施工技術

1、單線特長隧道無砟軌道快速施工技術錢富林（中鐵十六局集團第一工程有限公司 北京順義 101300）摘要 本文以全長32.645km的雙洞單線關角隧道施工為背景，從無砟軌道分段施工組織、物流管理等方面進行了研究，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，同時總結形成了工具軌法與軌排法相結合的工具軌排架法，自主研發(fā)了吊運一體機及組合式軌道調節(jié)器等設備，在關角施工實踐中得到了成功應用，取得了良好效果，為類似工程無砟軌道施工積累了經驗。關鍵詞 單線特長隧道；無砟軌道；工具軌；排架法；吊運一體機；軌道調節(jié)器中圖分類號 U215.5 文獻標識碼 1 文章編號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 基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目（2008G030-E）新建關角隧道位于既有鐵路天棚至察汗諾車站之間，全長32.645km，設計為兩座平行的單線隧道，設計時速160km/h，線間距40m，均位于直線段上；隧道進口段為8的上坡，在嶺脊變坡后以9.5的坡度連續(xù)下坡。無砟軌道扣件采用WJ-8型彈性分開式扣件，軌枕采用SK-2型雙塊式軌枕。進口標段無砟軌道單線長17.372km（雙線34.744km），由正洞進口及7座輔助斜井（5座斜井在1000m以上，最長斜井2808m）展開施工，斜井一般斷面凈寬5.2m，間隔200m設置20m長錯車道（斷面凈寬6.3m）；正洞兩

7、側水溝間寬度3.44m（見圖1），I、II線每間隔420m設置一條一般橫通道，斷面凈寬4.5m，每座斜井對應一條施工橫通道，斷面凈寬5.2m。圖1 正洞斷面圖2 施工難點及方案2.1 施工難點(1)新建關角隧道屬于雙洞單線隧道，無砟軌道施工工程量大、斷面小，大型機械設備運輸間相互干擾較大，尤其是無砟軌道施工中軌枕、鋼筋、扣件、混凝土等材料種類、數量較多，現場儲存空間有限，施工組織難度較大。(2)無砟軌道施工工序較多，施工人員數量較多，相互錯開施工時間短（每道工序間隔時間在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)，施工進度難于保證。(3

8、)關角隧道自受主體工程完工時間限制，無砟軌道施工只有4.5個月的施工時間，工期緊、任務量大，能否按期完成施工任務面臨著極大的挑戰(zhàn)。2.2 施工方案隧道內雙塊式無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合的工具軌排法。軌排法是利用移動式組裝平臺進行軌排拼裝，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是機械法拼裝軌排，拼裝質量有保證，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場直接進行軌排拼裝、軌排調節(jié)的施工方法，這種施工方法的特點是投入機械設備較少，隧道內空間要求不高且能充分利用隧道空間，可以立即形成生產力，但軌排拼裝

9、直接在施工現場進行，軌排拼裝質量控制難度較大，如果軌排拼裝人員不熟練，就會增加軌排的拼裝時間，從而增加無砟軌道施工循環(huán)時間【1】。綜合兩種無砟軌道施工方法的特點，針對關角隧道正洞斷面有限，機械設備長距離倒車（最長倒車距離3.5km），隧道內施工內容較多、相互干擾較大（無砟軌道施工期間，22km水溝電纜槽、66個橫通道封堵及水溝電纜槽蓋板安裝等施工同步進行），物流管理成為制約無砟軌道施工的重要影響因素等施工難點，采用了分段施工組織、吊運一體機運輸（主要運輸混凝土、排架、機具及材料）及軌排法與工具軌法相結合的工具軌排架法的方案。3 快速施工技術3.1 分段施工組織方面 按關角隧道正洞進口及6 座斜

10、井分段長度，根據正洞剩余工程完成情況陸續(xù)組織進場4個無砟軌道勞務隊（4個機械隊伍分別為一至四隊），以施工時間順序將正洞I線劃分成3個段落、II線劃分成5個段落展開施工。各段落施工以對應的斜井、施工橫通道作為運輸通道，最終在斜井與正洞交叉口部位合攏，完成段落間無砟軌道施工(見圖2)。圖2 無砟軌道分段施工平面圖關角隧道無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，不能實現整條線同時施工，采取了分段施工組織將隧道按照斜井位置劃分為多個段落，根據各段落內剩余工程完成情況逐步展開無砟軌道施工，分段施工組織具有以下特點：(1)各段落施工長度3km-9km不等，每個段落施工期間具有

11、獨立的運輸通道，消除了機械設備運輸相互干擾的影響。(2)每個段落在正洞I、II線相互對應，無砟軌道設備通過施工橫通道轉場，運輸距離短、轉場快（每次轉場2d）。(3)各段落物資、設備及施工人員根據對應斜井設置加工、維修場地及住宿設施，縮短材料、設備及施工人員運輸距離，方便管理，提高了施工效率。3.2 物流管理方面我國鐵路隧道施工多采用大斷面單洞雙線形式，無砟軌道施工可將兩條線錯開一定距離，相互交替施工【2】，材料通過設備運輸至施工場地具備存儲空間，但針對雙洞單線隧道斷面受限，施工現場無存儲空間，靠大型設備只能逐項運輸材料及機具，尤其是鋼筋及軌枕需用量較大，因此物流管理成為制約無砟軌道快速施工的重

12、要影響因素。關角隧道通過現場勘察與研究，主要采取預留錯車道，挖掘機代替龍門吊卸軌枕、鋼筋，自制旋轉吊機散枕設備，施工期間在無砟軌道混凝土澆筑施工工序之外的時間進行材料運輸，避免了大型機械設備運輸高峰期的相互干擾，達到無砟軌道平行施工作業(yè)的目的。(1)根據隧道內每420m設置有一座橫通道的條件，在橫通道與正洞交叉部位斷開20m水溝、電纜槽，水溝及電纜槽頂面鋪設鋼板，使運輸通道寬度3.44m增加到6m，達到錯車的條件。(2)施工期間利用無砟軌道混凝土澆筑之外無大型機械設備通行的時間，采用自卸汽車運輸鋼筋、軌枕等材料，并用挖掘機卸料。充分利用隧道兩側水溝、電纜槽存放材料，一側存放鋼筋，另一側存放軌枕

13、，鋼筋及軌枕數量按照施工單元（每個單元6.25m）要計算準確，避免二次倒運。(3)無砟軌道施工過程中，首先進行鋼筋綁扎，待鋼筋綁扎6-7個單元后，利用自制旋轉吊機進行散枕（見圖3）。自制旋轉吊機具備電機起吊、電動旋轉功能，基座通過四個行走輪放置在水溝電纜槽蓋板上，人工手推行走（可改進為電動行走），散枕速度較快，并能夠準確就位，避免了機械散枕人工二次調整就位的問題。圖3 自制散枕吊機通過設置錯車道、挖掘機卸料及自制旋轉吊機散枕等技術措施，解決了隧道運輸、存儲空間不足的問題，同時有效的利用了工序交錯時間，提高了施工效率。3.3 人員配置方面 在無砟軌道施工中，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、怠工等問題，同時也是影響施工進度的的主要因素。關角隧道利用了無砟軌道試驗段施工，主要從工序循環(huán)時間、工序平行作業(yè)時間等方面對施工人員配置進行了深入研究，總結出了一套適合單線隧道無砟軌道流水性施工作業(yè)施工人員配置（見表1），加快了施工進度（施工進度超過3.5km/月）。表1 施工人員配置及施工時間工序序號施工工序施工人數（人）所用時間（h）平行作業(yè)時間（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、電阻檢測6836精調6327混凝土澆筑12888收面499合計7519說明：在每道工序施工一段距離后，同時展開

15、具備施工條件的下道工序施工；每道工序錯開一定距離，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關角隧道現場特殊的施工條件，通過對常規(guī)的龍門吊施工設備的研究，結合了軌排法與工具軌法施工特點，自主研發(fā)了組合排架吊運一體機及組合式軌道調節(jié)器。3.4.1 吊運一體機在無砟軌道常規(guī)施工工藝設備中龍門吊占據著非常重要的位置，基本在施工過程中所有的半成品材料和成品材料都需要應用龍門吊將其運送到指定位置。施工中每個工作面需配置多臺龍門吊相互配合工作，經過調查在成渝鐵路、貴廣鐵路、蘭新鐵路等隧道無砟軌道施工中每個工作面配置3臺龍門吊，龍門吊的主要作用是倒運軌排、吊運混凝土及運輸材料和機具等，

16、需配置混凝土料斗及多名操作手展開施工，且在運輸過程中前后不能交換位置。在關角隧道無砟軌道施工中，根據單線隧道斷面較小的特點，結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一體機（見圖4）。圖4 吊運一體機3.3.1.1 技術參數 80kw內燃發(fā)電機、6輪變頻行走體系，載重能力15t，跨度4.8m，架設在水溝電纜槽頂面上，最大行走速度120m/min。3.3.1.2 功能及結構 (1)吊運一體機由前后兩部分組成，前部分為混凝土運輸料斗，容積5m3，帶有四套螺旋升降系統(tǒng)，在裝料時料斗降至混凝土罐車放料高度，運輸過程中升起至不影響施工人員在基面施工的高度，放料時再降至具備放料條

17、件的高度，升降全部采用電動螺旋升降裝置。(2)吊運一體機后半部分安裝動力系統(tǒng)、載料平臺及操作平臺，下部安裝排架吊運架。吊運架與龍門吊吊運架功能相同，同時具備升降系統(tǒng)。(3)吊運一體機采用六套變頻行走裝置，每側設置三個行走輪，將一體機分成兩個載重區(qū)域，避免了單向載重量過大造成翻軌、脫軌；行走軌道為24kg/m的鋼軌，底部每隔1m設置枕木，并用道釘固定。3.4.2 組合式軌道調節(jié)器無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關系【3】，一次性組裝成軌排，施工過程中不進行拆卸，但需要組裝平臺，影響運輸通道；而工具軌法施工是采用工具軌、橫梁、軌枕在施

18、工現場組裝，施工循環(huán)利用時需拆卸橫梁與工具軌，分類吊裝運輸，并需要單獨設置軌向調節(jié)器，造成循環(huán)時間較長。在關角隧道施工過程中，結合了兩種施工方法的特點自主研制了組合式軌道調節(jié)器（見圖5），形成了工具軌排架法施工工藝。圖5 組合式軌道調節(jié)器(1)組合式軌道調節(jié)器由橫梁、托盤、頂桿及軌向調節(jié)螺栓、軌距調節(jié)螺栓組成，施工中一次組裝完成，循環(huán)吊運時只需拆除頂桿即可利用吊運一體機整體吊運，循環(huán)利用，方便快捷，避免了多次拆卸、組裝造成機具損壞。(2)橫梁+托盤及螺栓調節(jié)軌距，頂桿+橫梁滑槽調整高程、軌向。在無砟軌道粗、精調過程中，只需利用扳手調整頂桿即可達到高程調整的目的，利用扳手調整軌距螺栓及軌向螺栓就能達到軌向及軌距調節(jié)的目的。(3)工具軌每個