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机械化配套技术在石林隧道施工中的运用

李秀君

【摘 要】随着我国交通事业的迅猛发展，机械化配套施工技术成为土建工程施工的一种发展趋势。合理的机械化配套施工，对工程经济性和安全性都有很大的提高。石林隧道在充分借鉴现有长大隧道施工经验的基础上，通过对“钢拱架辅助安装设备、防水板辅助铺挂机械、仰拱整体自移式弧形模架、仰拱钢筋预弯平台、仰拱钢筋弯曲机、水沟电缆槽整体移动式模架”等设备的革新，实现了快速有序施工。
【关键词】机械化；隧道施工；应用
0.引言
石林隧道施工机械设备本着“技术先进，性能可靠，满足需求，略有富余”的原则进行配备，施工中不断进行机械化、半机械化工艺革新，开发出了一系列适应现场实际的施工机具，有效减轻了劳动强度，提高了工效，实现了石林隧道施工快速提供了保障。
1.设备配套方案
隧道施工中，开挖、运输、支护三条主要作业线的设备选型和配套是确保能否快速施工的关键。按照开挖是龙头、出碴运输是关键、支护保安全的原则去选定设备：一要从设备功能及适应性考虑；二要从数量上满足要求；三要从匹配配套上考虑。
石林隧道开挖采用多功能作业平台配合风钻，初支钢拱架安装采用辅助设备，初支喷射混凝土采用机械手湿喷技术、仰拱施工采用整体自移式弧形模架，仰拱钢筋预弯采用自制钢筋预弯平台，防水板铺挂采用机械辅助設备，水沟电缆槽施工采用整体移动模架等机械化配套技术。整体形成了开挖、支护及二衬等机械化平行流水作业线，实现了石林隧道施工的快速、连续、均衡生产。
2.钢拱架机械辅助安装
利用多功能作业平台上安装的起吊设备，或利用装载机等其它设备将已经拼装好的拱架起吊放置在起升台架上，再通过起升台架纵向平移到拱架要安装的里程部位，然后起升调整拱架高度、角度进行定位安装，定位完成后进行连接钢筋焊接，拱架固定牢固后，再进行下一榀拱架安装。最后统一打设锁脚锚杆。
2.1工艺流程
2.2 操作要点
①多功能台架就位时尽可能保证位于隧道中线处，便于施工。
②拱架拼装时注意拱顶位置尽可能接近提升吊下部，方便提升。
③提升拱架时要缓慢均匀拱脚处要有人辅助抬升，并调整拱架方向。
④确保拱架固定牢固后方可退出起升台座，确保安全。
⑤施工完成后注意保护液压起升台架，防止液压部件损坏。
3.机械手湿喷混凝土施工技术
3.1工艺流程
3.2操作要点
机械手湿喷混凝土作业时，喷射距离、角度、喷射顺序、喷头移动等对喷射混凝土质量、回弹都有很大影响。
①喷射顺序。喷射应先墙后拱，从下至上、以S曲线移动进行喷射。隧道从两侧边墙底部开始喷射，喷射到拱顶中心线位置闭合，完成一环喷射混凝土的一次喷射。
②喷射角度。喷射时，喷头应保持与受喷面垂直。喷射交角过小将增加混凝土的回弹率，降低喷射密实度；垂直于岩面喷射时，连续的混凝土“稀薄流对反弹物有二次嵌入作用，可以降低回弹率，增加一次喷射厚度。
③喷射距离。由于湿喷要求的风压较大，如果喷头距受喷面太近，高压风会将刚“附着”在受喷面上的混凝土吹掉，使混凝土的回弹量增大。CSS3喷射机械手湿喷作业时，喷头距岩面的距离宜为0.8～1.2m。
④喷头移动。喷射混凝土回弹在刚喷射时最大，当岩面喷厚达到2～3cm 后，回弹最小，且稳定，当喷射到附着在岩面的混凝土滑落、流淌时，一次喷厚达到最大，此时不能再继续喷射，应等喷射混凝土初凝后方能进行复喷。
⑤堵管处理：喷射施工中极少发生堵管，若发生时应立即关闭机械手及计量泵，关掉输送风，拍打软管，并倒掉管内存留混凝土，堵管处理完成后应先加水喷射洗管，确保管路畅通无误后才能进行再次喷射施工。
⑥风压、风量调整：风压调整应根据工作面距离，合理选用CSS3机械手的输送管直径，确保得到合适的混凝土出口速度，实际施工中应根据混凝土和易性、风压稳定性影响进行调整，以保证喷射混凝土在喷射口形成连续喷射、无流淌、并使得喷射混凝土能以合适速度垂直射向受喷面。
⑦外加剂计量系统：CSS3混凝土喷射机械手外加剂计量系统：能够精确测量并自动调节外加剂添加量，在泵送参数发生变化时保持外加剂添加比率恒定，按照机械手喷射混凝土配合比要求，根据每立方混凝土中胶凝材料（水泥、粉煤灰）用量按3～5%设置速凝剂添加量。
4.隧道仰拱整体自移式弧形模架
目前隧道仰拱施工中，没有定型的仰拱弧形背模，导致仰拱混凝土振捣不密实、仰拱混凝土线形不符合设计要求，造成仰拱混凝土质量达不到设计要求。通过对仰拱结构设计尺寸、设计意图的分析了解，我们对仰拱模板提出一种新思路——组合弧形钢模板和。
4.1设计结构
自移式仰拱弧形模架内模主要由主梁、加固筋、配重槽、轮子、加固栓、电动机、内模、起重滑轮、钢边止水带固定槽、钢边止水带固定条构成。
弧形模架长度9m，弧形钢模板面板采用5mm厚钢板，面板主框架采用8#槽钢，面板加肋筋采用5cm角钢配合使用加工而成。整体模架主梁分行走部分、悬臂部分、连接行走与悬臂的竖撑三部分，加工时分别采用I20、I14和I18型钢钢架各两根背焊，行走部分长度6m，悬臂部分长度7.5m。行走部分与竖撑、悬臂部分与竖撑之间分别采用Φ22、Φ25钢筋作为连接拉杆。悬臂部分安设4个起重滑轮（两处），起重滑轮的起重量不小于1吨。
行走轮子由铸铁制作，直径为22cm，宽为12cm；加固栓采用22Φ以上的钢筋焊接在内模上，利用马蹄扣和打入岩体的固定钢筋连为一体；电动机位置如图，采用磁轮装置和行走轮子连为一体，建议功率为7.5千瓦；起重滑轮的起重量不小于1吨，共有4个；为保证整体结构平衡稳固，行走部分充分考虑配重槽，方便配重使用。
4.2结构加工
4.3投入使用
5.仰拱钢筋预弯
自制钢筋预弯平台加工过程中，特别要注意仰拱弧形钢筋的加工。边墙处钢筋加工采用自制弯筋机。首先按照设计图纸对钢筋进行下料，确定下料长度及预弯半径后，考虑人工现场弯制时钢筋存在一定回弹量，确保其线型要与现场放样线型一致。现场技术员跟班作业，检查弧长及半径是否与设计一致。经检验合格后进行钢筋安装。
（1）仰拱钢筋采用电弧焊连接时，在钢筋焊接接长之后，再将接长的钢筋放在特制的钢筋预弯工作平台上，严格控制弯曲半径，在同一水平面上均匀的预弯成钢筋半成品。
（2）仰拱钢筋采用搭接连接时，先将需要搭接的两根钢筋的搭接段用铁丝固定好，再将搭接好的钢筋放在专用的钢筋预弯平台上，控制好弯曲半径，在同一水平面上均匀预弯成钢筋半成品，预弯完成后将固定的铁丝拆除并将预弯好的钢筋分类存放好，并做好标识。
6.防水板机械辅助铺挂设备
6.1施工方法
防水板辅助铺设机械由作业台架、减速电机、二级伸缩机械臂、限位器、横杆、控制器组成。铺设防水板时，首先将一卷防水板挂在横杆上，然后操作控制器，使机械臂自隧道左边墙起绕电机轴心转动，防水板卷筒贴近隧道内壁滚动。当伸缩臂前端的限位器触碰隧道洞壁时，限位传感器发出信号使机械臂自动缩回。作业人员随机械臂转动及时固定防水板。
6.2操作要点
⑴防水板铺设从一侧边墙下部向拱部、再从拱部向另一侧边墙铺设（图10）。铺设开始，操作机械臂上的防水板卷筒降低至一侧边墙下部，打开包装、人工拉出防水板1～2m进行对位。防水板须与前一幅防水板平顺搭接，要保证相邻两幅防水板搭接宽度不小于15cm。防水板松紧应适度并留有余量，一般设计周长和铺设长度按4：5比例预留。
⑵防水板对位正确后，从边墙下部开始，用超声波焊枪将防水板与热熔垫圈连接。启动机械臂绕轴缓慢旋转，由于防水板下侧已固定，防水板会自动从卷轴上释放，顺次焊接防水板与固定热熔垫圈。
⑶由于隧道断面非圆形，在拱脚起点机械臂内部的二级油缸伸出（为机械臂最长状态），机械臂继续旋转，当机械臂端部触碰隧道洞壁时，因防水板支承架外侧（机械臂端部）安装有4个限位传感器，限位传感器发出信号使机械臂油缸收缩，机械臂自动缩回。机械臂抓握防水板卷筒自隧道一側边墙起绕转轴转动，使防水板卷筒贴近隧道内壁滚动，挂板作业人员即可完成防水板的铺设任务。
7.隧道水沟电缆槽整体移动模架施工
整体移动模架以支撑系统作为主要框架结构，根据水沟电缆槽的设计结构尺寸预先加工长约12m的移动式模架及配套的定型模板。通过丝杆将模板悬挂，可以左右移动模板到设计的平面位置；拧动螺丝帽可上下调整模板高度，使模板与设计标高一致；在模板调整到设计位置后，通过“定位卡”固定模板与模板之间的相对位置和模板与模架的相对位置；模板固定后，一次分层浇筑混凝土结构；待结构成型脱模后，通过人工推动或机械牵引使模架的整体移动到下一模混凝土浇筑的位置。
长大隧道施工风险高、难题多，施工中只有不断总结、不断探索、不断创新，才能实现安全、优质、高效的管理目标。石林隧道施工中，革新了一些施工设备，为快速施工总结了一定的技术经验，希望可以对以后施工提供借鉴。 [科]
【参考文献】
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