高速铁路隧道大型机械化设备配套施工介绍.doc

高速铁路隧道大型机械化设备配套施工介绍高速铁路隧道大型机械化设备配套施工介绍 作者：贾智科（中交隧道工程有限公司北京分公司 京沈项目）摘要：摘要：本文以高速铁路隧道大型机械化配套施工应用情况为背景，介绍了三臂凿岩台车，机械湿喷手、自行式仰拱栈桥、防水板铺挂机、超声波热熔焊机、仰拱钢端模、二衬钢端模、全自动液压门架式水沟电缆槽台车机械化施工。关键词：关键词：高速铁路隧道；大型机械化；配套施工1 1 工程概况工程概况 三棱山隧道位于辽宁省朝阳市、阜新市境内，隧道设计为高速铁路双线隧道，两线线间距为 5m。隧道全长 8888m，为京沈客运专线辽宁段全线重点控制性工程。隧道地处内蒙古高原和辽河平原的中间过渡带，地貌属辽西剥蚀丘陵区。隧道范围内地势总体东北高，西南低，地形崎岖复杂，多悬崖陡坎。隧道最大埋深 217.56m。隧道断裂构造发育，地质条件差，、级围岩占隧道比例超过了 36%。浅埋偏压、塌方、大变形、环境失水、涌水等多种风险，施工安全风险大；工程地质及环境条件复杂，工期风险较大。2 2 隧道隧道大型机械化设备配套施工总体情况大型机械化设备配套施工总体情况 三棱山隧道进口、出口采用三臂凿岩台车、机械湿喷手、自行式仰拱栈桥、防水板铺挂机、超声波热熔焊机、仰拱钢端模、二衬钢端模、全自动液压门架式水沟电缆槽台车等大型机械化配套施工。自开工以来，进出口大型机械化配套施工取得了良好的效果。2.1 2.1 三臂凿岩台车三臂凿岩台车 在三棱山隧道进、出口施工中,采用的是瑞典阿特拉斯科普柯公司生产的新型Boomer XL3 D 三臂凿岩台车，可进行钻爆孔、锚杆孔、掏槽孔、超前灌浆孔、管棚施工、装药、安装锚杆、灌浆以及安装风管等作业。Boomer XL3 D 三臂凿岩台车具有安全、高效、符合人机工程学的设计特点，并且配备了直接控制系统，同时在人机交互设计方面也有创新。BoomerXL3D 采用先导控制液压系统，减少了控制平台附近的高压胶管数量，对操作者更安全，并且噪声更小。2.1.1 工艺技术对比 三臂凿岩台车拥有先进液压凿岩系统、电动环保系统,为全液压传动,能效高,气体和噪音污染小,进出灵活方便,技术先进;而人工手持风钻、地质钻机为风能传动,依靠人力,其效率只 有液压传动的 30%。2.1.2 适用条件对比 三臂凿岩台车在三棱山隧道进口的施工实践证明:与人工手持风钻对比,三臂凿岩台车同样适应隧道、级及破碎风化岩的施工,同样适应,并具备一机多能、安全高效的 优势。2.1.3 施工质量对比 利用三臂凿岩台车,深孔地质预测预报,高质量的钻孔安装大管棚、小导管、锚杆,可大大提高支护质量,从而提高全隧的施工安全质量。2.1.4 工作效率对比 利用三臂凿岩台车钻孔，一个孔成孔时间约为 1.5 分钟，人工钻孔则需要 10-15 分钟，一个三臂凿岩台车相当于 20 把风枪的工作效率。三臂凿岩台车钻孔只需 4 个司钻工,9 个炮工,共 13 人,而人工开挖则需 26 个人,可节省大量人力,效率高。图 1：三臂凿岩台车 图 2:三臂凿岩台车钻孔作业 2.1.5 主要结论 三臂凿岩台车成孔速度快,循环进尺 3.5,可节约 1.5,特别在硬岩施工时,优势尤为明显。三臂凿岩台车机组人员劳动强度低,掌子面噪音小,空气清新,不易卡钻,掌子面视线较好,简洁、整齐,大大促进掌子面的文明施工。三臂凿岩台车钻孔孔径较大,对清孔、装药尤为有利,在硬岩深孔中,可节省不少装药前的吹孔时间。三臂凿岩台车在,级及破碎风化岩施工中,很容易按设计要求施工径向系统锚杆,进行超前小导管的钻孔和安装,可完全满足工程质量要求和安全保证。2.2 2.2 机械湿喷机械湿喷手手 2.2.1 基本特点 1）湿喷作业采用西班牙生产的 Sika-PM500 PC 混凝土喷射机组，该设备通过操作有线“遥控器”来控制喷射头进行喷混凝土作业，喷射头上安装有摆动马达和回转马达，可实现240的摆动和 360回转，喷射臂的所有动作全部由液压驱动，喷嘴刷动马达可以实现 8360无限连续刷动。2）喷射范围大，最大喷射高度 16.8m，最大喷射宽度为 30m，前方最远喷射距离为 15m，喷料速度为 10-30m3/h，配备有液态添加剂计量输送装置，对混凝土和速凝剂流量同步程序控制。该设备与传统的湿喷机相比喷射砼机械手相比较，其为自行式设备，到达现场后能快速调整机位，无需接送风水管，砼运输到现场后即可直接进行喷射作业，且实际的喷料速度比 2 台（9m3/h）的湿喷机快 2 倍：2.2.2 操作要点 1）混凝土必须满足:最大粒径不超过 1.5cm 和坍落度 14-18cm 2）保证稳定的工作风压，机械手自身配备空压机，工作风压在 0.2-0.4MPa，比较适宜，同时工作风压的大小与混凝土的和易性有关，和易性越好，所需工作风压较小，反之则偏大。3）喷射前，在机械手到达作业区域后，利用自带高压风对岩面进行 1 次清理，清理受喷面上的浮沉、岩屑，保证初喷混凝土与岩面的有效粘结，以提高喷射混凝土的附着力。4）机械手操作人员要具有一定的经验和熟练程度，喷混凝土过程中，要求机械手的喷头与岩面垂直，距离在 0.8-1.2m 范围内，喷射混凝土应划分区域，分层喷射。从底部向拱部自下而上进行喷射，整体先初喷 1 层，喷射厚度为 3-5cm，然后复喷至设计厚度喷射过程中，初喷第 1 层的厚度非常关键，由于速凝剂的初凝和终凝需要经过一段时间，初喷厚度过大，容易使速凝剂尚未凝结，新喷射混凝土覆盖上来，引起较大的回弹。5）操作人员根据不同的喷射部位，调整喷混凝土速率和速凝剂的掺加量)边墙喷混凝土速率为 18-20m3/h;拱部喷混凝土速率为 15m3/h;边墙喷混凝土速凝剂的掺加量为 3%-5%;拱部喷混凝土速凝剂的掺加量为 7%.6）混凝土的供料要连续，喷射过程中经常停机，容易造成喷头处堵管现象，清除堵管非常麻烦，耽误作业时间.7）喷射结束后，喷射机械手驶离作业区域，在洞外按操作规程，维护和保养喷射机械手。图 3 Sika-PM500 PC 混凝土喷射机械手 2.3 2.3 自行式仰拱栈桥自行式仰拱栈桥 2.3.1 自行式仰拱栈桥由四大系统组成 1）栈桥主体由主梁、横梁及坡桥等部分组成，各构件为型钢焊接而成，将不同的标准构件通过螺栓连接组装成栈桥主体；2）液压系统由电动机、变量泵、液压油箱、液压油缸、冷却器、控制阀等部分组成，用于提升前后坡桥及顶升栈桥。3）电气控制系统由继电器及开关等部分组成，用于控制栈桥的走行。4）行走系统由驱动电机、齿轮齿条传动系统、走形轮及走形轨道等部分组成，共有四组走行装置，分别置于栈桥端部两侧，主要为实现栈桥自动走行。走行装置可以旋转 90，以实现栈桥纵向和横向走行。2.3.2 使用方法 栈桥移动使用电机驱动，通过齿轮齿条传动，带动走行轮在走行轨道上移动，其工作步骤如下：1）启动装于栈桥端部的四个顶升油缸，使栈桥离地。2）由工人配合指挥，将栈桥走形轨向前拖动，轨道拖至尽头后，收缩顶升油缸。3）启动走行电机，栈桥在轨道上向前移动，移动至轨道尽头后。4）重复以上步骤，直至栈桥就位（栈桥横向移动与此类同）。栈桥就位后，顶升油缸将栈桥顶起，使走行轮不受力，用销子固定，最后将前后坡桥放下。2.3.3 自行式仰拱栈桥使用情况 1）使用自行式移动仰拱栈桥之后，栈桥上各种车辆设备正常通行，不影响掌子面施工，桥下可进行隧道的仰拱开挖、钢筋绑扎、仰拱浇筑等作业，实现了掌子面开挖与仰拱施工平行作业，仰拱作业不占用循环时间，大大节约了施工时间，提高了隧道施工整体效率，在安全质量可控的情况下，其工期成本优势得到更大的体现。2）自行式仰拱栈桥桥操作简单明了，行走灵活，移动就位方便，可实现跨越已开挖仰拱就位，简化了仰拱施工工序；3）栈桥在前引桥下进行混凝土施工，可让车辆从填充层通过栈桥直达下台阶，完美配合各类台阶法开挖方式下的仰拱（底板）混泥土施工，实现早封闭，早成环的施工要求。4）充分利用混泥土早期强度为栈桥自重及通行载荷提供支撑，配合专用柔性底座及自动走行轨道。接地压强为 0.3MPa，当混凝土达到脱模强度要求后便可通行栈桥及栈桥上过车。5）采用液压控制，具备前、后、左、右移动功能，行走采用电控专用小车，整个栈桥就位无需人工铺轨，3 人即可操控。自动化程度及安全性高于目前已知各类栈桥。6）通过载荷 50T。图 4 自行式仰拱栈桥 2.4 2.4 仰拱和二衬施工设备仰拱和二衬施工设备 2.4.1 仰拱桁架及仰拱钢端模板 在仰拱与二衬边墙连接处设置宽 2.5 米的弧形整体仰拱桁架，满足了仰拱混凝土一次浇筑成形的施工要求。根据仰拱和填充混凝土结构尺寸设计的端头钢模板，可准确安设中埋式止水带及保证二衬边墙的浇筑标高。图 5 仰拱桁架 图 6 仰拱桁架 2.4.2 二衬钢端模 为满足端部中埋式止水带的安装要求，我们采用分块式钢端模进行止水带安装固定，端模（挡头模板）分为两部分加工，靠内净空部分的模板采用螺栓固定在模板台车上，沿内端模安装环向中埋式止水带，再安装止水带与初支面（防水板）之间的外端模，最后封堵端模与初支面（防水板）之间的缝隙。该方法具有以下优点：一是操作简单方便，安装速度快。二是便于准确控制止水带的埋设位置。三是安装的止水带圆顺、平直，不会发生扭曲现象。图 7 二衬钢端模 2.5 2.5 防水板铺挂机防水板铺挂机 防水板铺挂机实现防水板搭设的机械化作业，有效降低了作业人员的劳动强度，满足了隧道施工对机械化作业的要求，同时具有功能齐全、适应性强、使用安全可靠、施工成本 低和生产效率高的特点。图 8 工人正在用防水板铺挂机铺防水板 图 9 防水板铺挂机铺机整体 引用新型小型新工艺-超声波热熔焊机焊接防水板，与传统工艺相比较，节约了工序时间，提高了劳动效率，保证了防水板的施工质量。图 10 超声波热熔焊机焊防水板 图 11 防水板焊接质量图 2.6 2.6 整体式液压水沟电缆槽台车整体式液压水沟电缆槽台车 整体式液压水沟电缆槽台车采用整体钢模设计，模板强度大、稳定性好，避免施工过程中出现“跑模”现象；并在钢模上设置附着式振动器，振动时间采用数控方式，确保了振动效果，避免出现蜂窝麻面、流砂等现象。图 12 整体式液压水沟电缆槽台车 图 13 水沟电缆槽施工效果图 3 3 结束语结束语 目前大型机械化施工存在的困难：级围岩三台阶作业三臂凿岩台车无法使用或使用时步距过程，危险成度大增；.级围岩台阶法施工时将无法进行下台阶及仰拱施工（工作面提供太过困难），需要配合人工开挖。湿喷机械手喷射混凝土容易造成钢架表面局部混凝土过厚，造成初支混凝土侵入二衬。现在每个湿喷机配 3-4 名配合人员，喷射完成时用铲子铲掉表面过厚喷射混凝土。参考文献参考文献:1 三棱山隧道实施性施工组织设计，工程概况。2 Atlas Copco 掘进三臂液压凿岩台车技术规格书。（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）