单线特长隧道无砟轨道快速施工技术

.单线特长隧道无砟轨道快速施工技术钱富林（中铁十六局集团第一工程有限公司 北京顺义 101300）摘要 本文以全长32.645km的双洞单线关角隧道施工为背景，从无砟轨道分段施工组织、物流管理等方面进行了研究，成功的解决了施工中受断面空间不足、物流管理难度大及难于形成流水性作业等的影响，同时总结形成了工具轨法与轨排法相结合的工具轨排架法，自主研发了吊运一体机及组合式轨道调节器等设备，在关角施工实践中得到了成功应用，取得了良好效果，为类似工程无砟轨道施工积累了经验。关键词 单线特长隧道；无砟轨道；工具轨；排架法；吊运一体机；轨道调节器中图分类号 U215.5 文献标识码 1 文章编号The rapid construction technique of Singlelineextra-long tunnelBallastless track engineeringQianfulin(The First Company of the China Railways 16th Bureau Group Co., LTd., Beijing, 101300)Abstract Basedontheconstruction of the totallengthof32.645kmofdoublets GuanJiaotunnel, 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 during the construction. In the meantime, came to the conclusion combining tool-track methods with rail rowmethod , to form tool-rail-row method, self - developed crane-carry machine and knockdown track adjustment machine. ItwassuccessfullyusedinGuanJiaoconstructionpractice,hasobtainedthegoodeffect, can give other similarprojects an useful reference.Keywords singlelineextra-long tunnel, ballastless track, tool-track, rail row, crane-carry machine, track adjustment machine.1 工程概况收稿日期：2015年3月24日 基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2008G030-E）新建关角隧道位于既有铁路天棚至察汗诺车站之间，全长32.645km，设计为两座平行的单线隧道，设计时速160km/h，线间距40m，均位于直线段上；隧道进口段为8的上坡，在岭脊变坡后以9.5的坡度连续下坡。无砟轨道扣件采用WJ-8型弹性分开式扣件，轨枕采用SK-2型双块式轨枕。进口标段无砟轨道单线长17.372km（双线34.744km），由正洞进口及7座辅助斜井（5座斜井在1000m以上，最长斜井2808m）展开施工，斜井一般断面净宽5.2m，间隔200m设置20m长错车道（断面净宽6.3m）；正洞两侧水沟间宽度3.44m（见图1），I、II线每间隔420m设置一条一般横通道，断面净宽4.5m，每座斜井对应一条施工横通道，断面净宽5.2m。图1 正洞断面图2 施工难点及方案2.1 施工难点(1)新建关角隧道属于双洞单线隧道，无砟轨道施工工程量大、断面小，大型机械设备运输间相互干扰较大，尤其是无砟轨道施工中轨枕、钢筋、扣件、混凝土等材料种类、数量较多，现场储存空间有限，施工组织难度较大。(2)无砟轨道施工工序较多，施工人员数量较多，相互错开施工时间短（每道工序间隔时间在30min-60min），作业面间隔距离短（部分作业面相互交叉），物流管理难度大，难于形成流水性作业，施工进度难于保证。(3)关角隧道自受主体工程完工时间限制，无砟轨道施工只有4.5个月的施工时间，工期紧、任务量大，能否按期完成施工任务面临着极大的挑战。2.2 施工方案隧道内双块式无砟轨道常用的施工方法主要有轨排法和工具轨法及两者结合的工具轨排法。轨排法是利用移动式组装平台进行轨排拼装，然后用轨道排架将轨排固定就位的一种方法，这种施工方法的特点是机械法拼装轨排，拼装质量有保证，但需要足够的施工空间，各道工序相互干扰大，很难形成流水性施工作业。工具轨法是利用工具轨在施工现场直接进行轨排拼装、轨排调节的施工方法，这种施工方法的特点是投入机械设备较少，隧道内空间要求不高且能充分利用隧道空间，可以立即形成生产力，但轨排拼装直接在施工现场进行，轨排拼装质量控制难度较大，如果轨排拼装人员不熟练，就会增加轨排的拼装时间，从而增加无砟轨道施工循环时间【1】。综合两种无砟轨道施工方法的特点，针对关角隧道正洞断面有限，机械设备长距离倒车（最长倒车距离3.5km），隧道内施工内容较多、相互干扰较大（无砟轨道施工期间，22km水沟电缆槽、66个横通道封堵及水沟电缆槽盖板安装等施工同步进行），物流管理成为制约无砟轨道施工的重要影响因素等施工难点，采用了分段施工组织、吊运一体机运输（主要运输混凝土、排架、机具及材料）及轨排法与工具轨法相结合的工具轨排架法的方案。3 快速施工技术3.1 分段施工组织方面 按关角隧道正洞进口及6 座斜井分段长度，根据正洞剩余工程完成情况陆续组织进场4个无砟轨道劳务队（4个机械队伍分别为一至四队），以施工时间顺序将正洞I线划分成3个段落、II线划分成5个段落展开施工。各段落施工以对应的斜井、施工横通道作为运输通道，最终在斜井与正洞交叉口部位合拢，完成段落间无砟轨道施工(见图2)。图2 无砟轨道分段施工平面图关角隧道无砟轨道受正洞剩余水沟电缆槽、横通道衬砌及封堵、盖板安装等施工的影响，不能实现整条线同时施工，采取了分段施工组织将隧道按照斜井位置划分为多个段落，根据各段落内剩余工程完成情况逐步展开无砟轨道施工，分段施工组织具有以下特点：(1)各段落施工长度3km-9km不等，每个段落施工期间具有独立的运输通道，消除了机械设备运输相互干扰的影响。(2)每个段落在正洞I、II线相互对应，无砟轨道设备通过施工横通道转场，运输距离短、转场快（每次转场2d）。(3)各段落物资、设备及施工人员根据对应斜井设置加工、维修场地及住宿设施，缩短材料、设备及施工人员运输距离，方便管理，提高了施工效率。3.2 物流管理方面我国铁路隧道施工多采用大断面单洞双线形式，无砟轨道施工可将两条线错开一定距离，相互交替施工【2】，材料通过设备运输至施工场地具备存储空间，但针对双洞单线隧道断面受限，施工现场无存储空间，靠大型设备只能逐项运输材料及机具，尤其是钢筋及轨枕需用量较大，因此物流管理成为制约无砟轨道快速施工的重要影响因素。关角隧道通过现场勘察与研究，主要采取预留错车道，挖掘机代替龙门吊卸轨枕、钢筋，自制旋转吊机散枕设备，施工期间在无砟轨道混凝土浇筑施工工序之外的时间进行材料运输，避免了大型机械设备运输高峰期的相互干扰，达到无砟轨道平行施工作业的目的。(1)根据隧道内每420m设置有一座横通道的条件，在横通道与正洞交叉部位断开20m水沟、电缆槽，水沟及电缆槽顶面铺设钢板，使运输通道宽度3.44m增加到6m，达到错车的条件。(2)施工期间利用无砟轨道混凝土浇筑之外无大型机械设备通行的时间，采用自卸汽车运输钢筋、轨枕等材料，并用挖掘机卸料。充分利用隧道两侧水沟、电缆槽存放材料，一侧存放钢筋，另一侧存放轨枕，钢筋及轨枕数量按照施工单元（每个单元6.25m）要计算准确，避免二次倒运。(3)无砟轨道施工过程中，首先进行钢筋绑扎，待钢筋绑扎6-7个单元后，利用自制旋转吊机进行散枕（见图3）。自制旋转吊机具备电机起吊、电动旋转功能，基座通过四个行走轮放置在水沟电缆槽盖板上，人工手推行走（可改进为电动行走），散枕速度较快，并能够准确就位，避免了机械散枕人工二次调整就位的问题。图3 自制散枕吊机通过设置错车道、挖掘机卸料及自制旋转吊机散枕等技术措施，解决了隧道运输、存储空间不足的问题，同时有效的利用了工序交错时间，提高了施工效率。3.3 人员配置方面在无砟轨道施工中，施工人员的合理配置尤为重要，合理的配置能够避免窝工、怠工等问题，同时也是影响施工进度的的主要因素。关角隧道利用了无砟轨道试验段施工，主要从工序循环时间、工序平行作业时间等方面对施工人员配置进行了深入研究，总结出了一套适合单线隧道无砟轨道流水性施工作业施工人员配置（见表1），加快了施工进度（施工进度超过3.5km/月）。表1 施工人员配置及施工时间工序序号施工工序施工人数（人）所用时间（h）平行作业时间（h）1凿毛、清洗430.52.52底层钢筋绑扎832.53散轨枕及顶层钢筋绑扎23544安装轨排12645粗调、电阻检测6836精调6327混凝土浇筑12888收面499合计7519说明：在每道工序施工一段距离后，同时展开具备施工条件的下道工序施工；每道工序错开一定距离，形成相互不干扰的流水性施工作业程序。3.4 工艺装备配置方面针对关角隧道现场特殊的施工条件，通过对常规的龙门吊施工设备的研究，结合了轨排法与工具轨法施工特点，自主研发了组合排架吊运一体机及组合式轨道调节器。3.4.1 吊运一体机在无砟轨道常规施工工艺设备中龙门吊占据着非常重要的位置，基本在施工过程中所有的半成品材料和成品材料都需要应用龙门吊将其运送到指定位置。施工中每个工作面需配置多台龙门吊相互配合工作，经过调查在成渝铁路、贵广铁路、兰新铁路等隧道无砟轨道施工中每个工作面配置3台龙门吊，龙门吊的主要作用是倒运轨排、吊运混凝土及运输材料和机具等，需配置混凝土料斗及多名操作手展开施工，且在运输过程中前后不能交换位置。在关角隧道无砟轨道施工中，根据单线隧道断面较小的特点，结合龙门吊及自卸汽车的功能原理，自主研发了混凝土、材料及组合排架吊运一体机（见图4）。图4 吊运一体机3.3.1.1 技术参数 80kw内燃发电机、6轮变频行走体系，载重能力15t，跨度4.8m，架设在水沟电缆槽顶面上，最大行走速度120m/min。3.3.1.2 功能及结构 (1)吊运一体机由前后两部分组成，前部分为混凝土运输料斗，容积5m3，带有四套螺旋升降系统，在装料时料斗降至混凝土罐车放料高度，运输过程中升起至不影响施工人员在基面施工的高度，放料时再降至具备放料条件的高度，升降全部采用电动螺旋升降装置。(2)吊运一体机后半部分安装动力系统、载料平台及操作平台，下部安装排架吊运架。吊运架与龙门吊吊运架功能相同，同时具备升降系统。(3)吊运一体机采用六套变频行走装置，每侧设置三个行走轮，将一体机分成两个载重区域，避免了单向载重量过大造成翻轨、脱轨；行走轨道为24kg/m的钢轨，底部每隔1m设置枕木，并用道钉固定。3.4.2 组合式轨道调节器无砟轨道轨排法施工是采用工具轨、横梁（或托盘）、扣件将轨枕固定，使得工具轨与轨枕间存在固定的相对关系【3】，一次性组装成轨排，施工过程中不进行拆卸，但需要组装平台，影响运输通道；而工具轨法施工是采用工具轨、横梁、轨枕在施工现场组装，施工循环利用时需拆卸横梁与工具轨，分类吊装运输，并需要单独设置轨向调节器，造成循环时间较长。在关角隧道施工过程中，结合了两种施工方法的特点自主研制了组合式轨道调节器（见图5），形成了工具轨排架法施工工艺。图5 组合式轨道调节器(1)组合式轨道调节器由横梁、托盘、顶杆及轨向调节螺栓、轨距调节螺栓组成，施工中一次组装完成，循环吊运时只需拆除顶杆即可利用吊运一体机整体吊运，循环利用，方便快捷，避免了多次拆卸、组装造成机具损坏。(2)横梁+托盘及螺栓调节轨距，顶杆+横梁滑槽调整高程、轨向。在无砟轨道粗、精调过程中，只需利用扳手调整顶杆即可达到高程调整的目的，利用扳手调整轨距螺栓及轨向螺栓就能达到轨向及轨距调节的目的。(3)工具轨每个单元长度12.5m，每对工具轨通过组合式轨道调节器连接，通过每2m设置的横梁、托盘及固定螺栓将工具轨锁定，一次性调整轨距（循环利用时进行校核），循环倒运时整体吊装，具备了轨排法及工具轨法施工共有的优点。4 结语通过对关角隧道无砟轨道施工技术的研究，采取了分段施工组织及机械化物流管理，充分的利用了隧道空间，形成了流水性施工作业程序，加快了施工进度，提高了工作效率。同时自主研发了吊运一体机、组合式轨道调节器，方便快捷，施工工序间相互干扰小，单个工作面最高月进度达到3500m，确保了关角隧道4个月完成34.744km无砟轨道施工任务，为双洞单线铁路特长隧道无砟轨道快速施工提供了可靠的借鉴经验。参 考 文 献1 蒲荣宇. CRTSII型双块式无砟轨道旭普林机械法与轨排法J.山西建筑，2010（12）:107.2 丁思刚.客运专线双块式无砟轨道施工工艺J.安徽建筑，2009（02）:99. 3 周小稀.铁路II型双块式无砟轨道轨排法施工技术J.铁道建筑，2012（04）:111.附：作者简介序号作者姓名性别学历职称现任职务联系方式专业技术领域或研究方向1钱富林男毕业学校：内蒙古农业大学毕业时间：2006年所学专业：土木工程工程师中铁十六局集团有限公司西格二线工程指挥部地址：青海省天峻县中铁十六局工程指挥部邮编：817200手机：13897573820座机：邮箱：215099435qq.Com隧道