傅重阳

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

近年来，中国铁路工程集团有限公司全力推行“机械化、工厂化、专业化、信息化”管理模式下，采用新设备、新工艺已然成为工程建设项目标准化管理的一大发展方向。目前，路基边坡拱形截水骨架护坡施工中存在拱形骨架沟槽采用传统人工开挖工艺，施工效率低、沟槽开挖质量难控制；骨架沟槽底及内部核心土采用传统人工铁锹拍打夯实不密实，质量控制难度大；空心六棱砖采用传统人工挂线定位工艺，安装工效低、线形精度差等一系列问题。随着路基边坡防护机械化水平的不断提高，骨架基槽逐渐采用人工辅助挖掘机铲斗开挖的方法，尽管降低了人工成本，提高了工效，但存在铲斗剐蹭槽壁及核心土易被破坏等问题，工程质量过程控制主要依靠工人的实际操作经验和简单的测量工具而定，质量控制难度极大。同时，在穿越城市铁路沿线的路基边坡绿化景观带在城市中既起着防护作用，同时起到美化城市环境的作用，骨架护坡内嵌空心六棱砖的铺设质量及内部客土值草存活率，严重影响了道路沿线景观。

本文通过介绍骨架基槽高效铣挖设备、骨架基槽铣挖深度精确控制及预警装置、拱形骨架基槽底及骨架内预留土机械夯实设备、空心六棱砖精确铺设装置等内嵌空心砖拱形骨架护坡施工所需关键工装及设备，同时结合相关工装及设备的使用方法，对嵌空心六棱砖骨架护坡机械化高效施工技术进行总结，进一步完善我国路基边坡防护机械化施工配套装备及工艺，对路基边坡防护机械化绿色施工起到了良好的示范作用。

1 内嵌空心六棱砖骨架护坡施工设备

1.1 路基边坡骨架基槽铣挖及夯实设备

路基边坡骨架基槽铣挖及夯实设备，主要包括横向（竖向）铣挖头、精确控制及预警装置、液压平板夯实实机、铲斗和快速接头（图1）。

图1 路基边坡骨架基槽铣挖及夯实设备

1）横向（竖向）铣挖头 铣刨头上设置横向或纵向辊轴，辊轴外圆面设有螺旋叶片和沟槽挖掘钻头，通过铣刨头内部传动机构驱动辊轴转动，传动机构通过快速接头与挖掘机动力系统连接，铣刨头末端壳体中间设铣牙，具体结构如图2 所示。通过挖掘机动力系统驱动铣刨头内部机构驱动带动横向或纵向辊轴及其表面钻头转动，对沟槽土体进行挖掘，利用钻头及铣牙松散土层，借助螺旋叶片控制开挖面的平整度。

图2 横向铣挖头、竖向铣挖头设计图

2）铣挖深度预警装置 在铣刨头外圆面上设置调整支架，在调整支架上装设距离传感器，通过距离传感器检测其到预置在核心土表面的成型板之间的距离，并将检测到的距离信号发送至槽深监控器，接收到距离信号后发出预警警报，实现洗挖深度精确控制，避免超挖和欠挖，具体结构如图3 所示。

图3 铣挖机挖槽深度预警装置

3）平板夯实设备 夯实设备基座一端设置快速接口，与快换接头匹配，另一端安装激振装置和夯实板，夯实板采用四边形，在边缘处设计为45°斜面，可使夯实机夯土时对前方土屑形成挤压，避免呛土现象，具体结构如图4 所示。

图4 一种液压平板夯实机

4）快换接头（图5）安装与挖机臂前端，可实现横向铣挖头、竖向铣挖头、铲斗、液压平板夯实机的快速更换。

图5 快换接头

1.2 骨架内嵌空心六棱砖精确高效铺装设备

图6 为空心六棱砖铺设快速精确定位装置，使用时将定位装置两端平行扣在左右两侧挡水沿上并固定牢固，通过定位凹槽对相邻空心六棱砖限位，确保空心六棱砖铺设缝隙均匀、线形顺直，减少二次返工。

图6 空心六棱砖铺设快速精确定位装置

2 施工技术原理

1）采用横向铣挖头实现竖向沟槽的铣挖（图7），竖向铣挖头实现弧形沟槽的铣挖（图8），在铣刨头表面分布有合金铣牙，用于铣削土体；同时，横向铣刨头表面上设计有螺旋叶片，以便于将铣削下来的碎土在旋转的同时离心甩出槽外。

图7 采用横向铣挖头实现竖向沟槽的铣挖

图8 采用竖向铣挖头实现弧形沟槽的铣挖

2）弧形沟槽开挖时，按照开挖轮廓安装上下弧形导向架，确保开挖线型圆顺。

3）采用专用的平板夯实机具，通过快速接头安装于挖掘机前臂，对开挖的沟槽底部进行整平、夯实。

4）空心六棱砖铺设前，采用平板夯实机具对骨架内开挖预留土进行夯击，圆弧边角位置采用电锤夯辅助夯实，保证了开挖预留土夯实质量，有效防止了因夯实不密实导致的局部出现不均匀沉陷等问题。

5）采用空心六棱砖铺设定位装置进行精确定位，减少二次返工。

3 关键施工工艺

1）测量放线 利用全站仪、水准仪等测量仪器，按照骨架开槽设计图纸的尺寸对骨架开挖边坡部位进行放线，并用白灰画出轮廓，提高沟槽开挖精度。

2）竖槽开挖 ①竖槽分上、下两部分开挖，挖掘机安装横向铣刨头进行竖槽铣挖；②下部开挖：先由挖机在坡底进行下部竖槽铣挖，分3 层进行，每层深度15～20cm，表层沿白灰轮廓自下而上开挖，中、下层自上而下铣挖竖槽，每铣刨1 层，用铣挖头将槽内虚土清出槽外，往复3 次即可开挖出符合要求的竖槽；③上部开挖：挖机位于坡顶，自上而下分3 层开挖，工艺标准与下部开挖相同。

3）上弧槽和护肩开挖 按白灰线轮廓安装固定上下拱形导向架。上弧槽及护肩铣挖深度分3层进行，基本均分，每层厚度为15～20cm。铣挖作业前，确保竖铣头与开挖面垂直，以避免铣挖时碰撞槽壁。每层铣挖时，沿上拱边缘铣出上拱轮廓，再逐层铣挖至护肩设计边缘线。在铣挖头上标识刻度线可进行深度控制。

4）中部弧槽开挖 按白灰线轮廓安装固定上下拱形导向架。弧槽铣挖深度分3 层进行，每层厚度为15～20cm。铣挖作业前，确保竖铣挖头与开挖面垂直，以避免铣挖时碰撞槽壁。每次从左端往中间铣至弧槽2/3 行程时，调头从右端再往中间铣至接通，清土完成后，依次进行下一层铣挖。

5）第一次清土 挖机通过快换接头换上铲斗，利用铲斗将上部竖槽中虚土沿竖槽向下清理。

6）下部弧槽开挖 挖机安装竖向铣挖头在坡底作业。弧槽铣挖深度分3 层进行，每层厚度为15～20cm。工艺标准与中部弧槽开挖相同。

7）第二次清土 挖机通过快换接头换上铲斗，利用铲斗将下部竖槽中积土沿竖槽向下清理。

8）槽底夯实 ①挖掘机通过快换接头安装平板夯实机，将其底板平放于竖槽底，操作挖机臂拖动平板夯底板延槽底坡面从上而下夯实压平；圆弧槽底夯实，先从左侧方向进入槽底向右拖动底板夯实压至2/3 处，提出平板夯，再从右侧进入槽底向左拖动夯实剩余的部分；②平板夯底板总是平行于槽底面，且与槽底面保持接触。夯实作业时平板夯的振幅、振频调节到较小的量值，否则可能对槽壁、槽口的槽型造成破坏。

9）骨架模板安装固定 拱形骨架基槽验收合格后，进行带盖组合拱形截水骨架钢模板安装。

10）拱形截水骨架混凝土浇筑 ①采用混凝土输送泵车对拱形截水骨架混凝土进行浇筑，通过带盖模板上预留的混凝土浇筑窗口自上而下完成混凝土分层浇筑（每层浇筑约30cm）；②每层浇筑完成后，通过预留浇筑窗口，人工采用振捣棒对混凝土进行振捣。

11）安装自动喷淋养护系统并拆模 ①模板拆除前，提前安装自动喷淋养护系统，待混凝土强度达到2.5MPa 后，进行带盖组合钢模板拆除；②拆模后，在拱形截水骨架混凝土表面覆盖土工布，设置自动喷淋养护系统进行自动喷淋养护。

12）空心六棱砖铺砌 ①挖掘机通过快换接头安装平板夯实机，将其底板平放于拱形骨架内开挖预留土上，操作挖机臂拖动平板夯底板延槽底坡面从上而下夯实压平；骨架内圆弧边角位置采用电锤夯辅助夯实；②将空心六棱砖铺设快速精确定位装置固定在两段骨架挡水沿上，在固定凹槽中依次放置空心六棱砖，全部铺设完成后，在空心砖内进行培土。

13）草籽种植，自动喷淋绿化养护 草籽种植完成成后，按照草籽灌注周期设定自动喷淋系统养护时间，更换360°雾化喷头进行自动喷淋绿化养护。

4 施工质量控制措施

1）挖掘机竖槽作业前，应使挖掘机正对竖槽，以保证竖槽垂直坡底；弧形槽作业前，应使挖掘机位于两道竖槽中间，以便于弧槽铣挖时线形控制。

2）弧槽铣挖作业前，应确保竖铣头与开挖面垂直，以避免铣挖作业时铣挖头碰撞槽壁或拱形导向架。

3）竖槽和弧形槽铣挖作业时，应在横向、竖向铣挖头上标记深度刻度线，以便于司机控制铣挖深度。

4）使用夯实机压实槽底时，应控制振动力度及平板夯移动速度，保证槽底全面压实，且不对槽壁进行过大扰动。

5）拱形导向架应固定紧固，防止挖掘机铣挖头碰撞导向架进而破坏槽壁或核心土。

5 经济效益及技术先进性

新旧施工工艺工效指标、成本对照如表1 所示。与现有技术对比创新如表2 所示。

表1 新旧施工工艺工效指标、成本对照表

表2 与现有技术对比表

6 结语

内嵌空心六棱砖骨架护坡机械化高效施工技术，解决了传统施工工艺工效低、工序繁琐、质量难控制、资源投入大等问题，保证了关键工序施工质量及线路沿线路基边坡绿化美观，对内嵌空心六棱砖骨架护坡机械化施工起到了良好的示范作用。

该技术2016 年～2020 年期间，先后在济青高铁、京张铁路、郑济客专等项目中成功应用，在路基边坡防护新技术、新设备应用等方面综合效益显著，适用于铁路、公路、市政内嵌空心六棱砖骨架护坡施工，具有广阔的推广应用价值。