大断面隧道PM500PC型机械手喷射混凝土配套施工技术.pdf

2 0 1 2年第 7期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 51 文 章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 5 1 0 3 大 断面 隧道 P M5 O O P C型机械 手喷射 混凝土 配套施工技术 赵 华锋 ( 中铁十二局集团有限公司 ， 山西 太原0 3 0 0 3 2 ) 摘 要 ： 目前我 国长 大重难 点 隧道 施 工技 术 突飞猛进 ， 但 在 隧道 施 工环 境 、 机械 化 配套 方 面与 世界 相 比仍 存 在较 大差距 。本 文依 托 厦 ( 门) 一 深 ( 圳 ) 铁路 梅 林 隧道 大断 面机 械 手喷 射 混 凝 土施 工 ， 详 细介 绍 了 P M5 0 0 P C型机械 手 的结构 组成 、 适 用条 件 、 操 作 要 点 等 内容 ， 重 点 对机 械 手喷 射 混凝 土作 业 时 的灵 活 性 、 快 速性 、 方便 性 、 工前 准备 时 间短 、 使 用 经济性 、 施 工安全 性 等六 个方 面进行 了阐述 ， 并与传 统湿 喷机 械 进 行 了比较 分析 ， 为普及 推 广使 用机械 手喷 射混 凝 土提供 了 良好 的经验 借鉴 。 关 键词 ： 隧道 施 工 机 械 配套P M5 O O P C型机 械 手 技 术特 点 中图分 类号 ： U 4 5 5 3文 献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 2 0 7 1 6 目前 ， 我 国大断 面 、 重难 点 隧道施 工技 术取 得 了长 足 的进 步 ， 安 全 、 质 量 方面也 取得 了较 大 的成绩 。但 在 隧道施工环境 、 机械化配套方面与世界相 比， 仍存在着 明显 的差距 。从 古代 的“ 火 烧 水激 、 人工 搬 运 ” 开 凿 隧 道 ， 到现在的使用各种隧道机械设备快速施工 ， 经历 了 一 个漫长的过程。“ 工欲善其事 ， 必先 利其器” ， 为将 我 国 由隧道 大 国发 展 为 隧 道 强 国 ， 必 须 树 立 “ 以 装 备 保 工艺 、 以工艺保 质 量 、 以质 量 保 安 全 ” 的 隧道 建 设 新 理 念 ， 现 代化 机械 设 备配 套 施 工 技术 是 我 们 急 需 研究 的一个 方 向 。 厦深铁路重点控制工程梅林隧道位于深圳市龙岗 区布吉镇 境 内 ， 双 线 隧道 ， 全 长 8 6 0 7 m， 隧道 开挖 断 面 1 1 61 8 0 m 不 等。其 中 、 级 围 岩 占全 隧道 的 5 1 ， 总 工期 2 3个 月 ， 工期 紧 、 任务 重 。隧道 开挖 后快 速支护是保证全隧道工期和安全的关键因素。尤其是 隧道 支护 的核 心工 序 喷 射混凝 土 如继续 采 用原 始 的小 型喷 射机 械将 无 法 满 足工 程 需 要 ， 且 施 工 环境 很 差 ， 对施工人员的身心健康也不利 。基于此 ， 我们选择 了 目前 世界 上最 先 进 的 P M5 0 0 P C型 机 械 手进 行 喷射 混凝 土 作业 。其 整体外 观 见图 1 。 1 结构 组成 及适用条件 P M5 0 0 P C型机械手是西班牙普茨迈斯特公 司生 产的先进混凝土喷射机组， 其结构 由机械手臂、 液压系 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 0 2 1 ； 修回 日期 ： 2 0 1 2 0 3 3 1 作者简介： 赵华锋 ( 1 9 7 9 一) ， 男， 山西太原人 ， 工程师 。 图 1 P M5 0 0 P C型机械手整体外观 统 、 控制系统和操作器等组成。适用于最小开挖面积 在 5 0 m 以上的隧洞喷射混凝土作业 ， 尤其在大断面 、 级围岩隧道快速掘进施工中优势显著 。 2机械 手施工技术特点 1 ) 操 作灵 活 该 机械手 在进 行 喷射混 凝土 作业 时可 以保证 6个 灵 活“自由度 ” ， 即大臂俯 仰 、 小 臂 水 平摆 动 、 水 平 伸缩 臂纵 向进 给 、 手腕 转动 、 喷枪 摆动 和喷枪 转 动 。机 械手 的结 构示 意如 图 2 。其实 现 以上“自由度 ” 的具 体 工作 原理为 ： 大臂 1在油缸 2驱动下做俯仰运动； 小臂 3 做水 平摆 动 ， 由于小 臂采 用 四连杆 机构 ， 故摆 动 时其末 端做平式运动 ， 从而使得固定于其末端 的水平伸缩臂 4与受 喷面的相对距离和姿态不变 ； 水 平伸缩臂 4 能在与隧道轴线平行的方 向进 给， 使得喷枪做水平移 动并保持姿态不变 ； 手腕 5可完成喷枪沿拱部划弧， 同时保证 喷枪 与受 喷 面垂 直 ； 油缸 6可 调整 喷 枪 的 姿态 ， 从而在遇到大凹坑时 ， 仍能调整喷枪与受喷面垂 5 2 铁道建筑 1 一 大臂 四连 杆 2 一 大臂油缸 3 一 小臂 四连杆 4 一 水平伸缩 臂 5 一 手腕转动 机构 6 _ 喷枪调姿 油缸 7 一 喷枪划 圆机构 8 一 喷嘴 9 一 送料 管 1 0 - 水平伸缩臂油缸 1 1 一 小臂油 缸 图 2 机械手结构示 意 直 ； 借助于喷枪划 圆机构 7 ， 可使喷枪 沿锥 面运动 ， 从而使喷枪 口划出一个 3 6 0 。 的连续 圆。 2 ) 作业 快速 该机械手喷射混凝土作业速度快 、 效率高 ， 在正常 使 用情 况下 实 际喷 射 量 为 1 52 0 m h ， 是 传 统 小 型 湿喷机械喷射效率的 5倍 ( T K 5 0 0小型湿喷机实际喷 射量 仅 为 3 4 m h ) 。按 照施 工 形 象 进度 计 算 ， 即 ： 假设 按 照时 速 2 0 0 k m h双线 隧道 级 围 岩开 挖 断 面 考虑 ， 全断面喷射作业形象进度达 3 4 m h 。 3 ) 方 便快 捷 该机械手喷射范 围广且移动方便 ， 能提高作业循 环 的速 度 。P M5 0 0 P C型 机 械 手 的大 臂 和 小 臂 都 可 以 伸 缩 2 I n的行程 ， 在喷 射机组 不 移动 的情况 下 ， 喷 射高 度可达 1 6 m， 宽度到达 2 8 r n 。特别是采用三臂凿岩台 车进行新增工作面和主隧道的开挖 时， 体现 了在没有 喷浆 台架的情况下利用 P M 5 0 0 P C型机械手喷浆的方 便 快 捷 。 4 ) 工 前准 备 时间短 P M 5 0 O P C型 机械手 行走 采 用 四轮 驱 动 ， 行走 速 度 快 。机 械手 到达作 业 面 时 ， 只 需要 将 电缆 卷筒 的 电缆 接 头连 接到配 电箱 内 ， 前 后 支腿 支起 ， 使 用遥 控器将 大 臂和小臂移动到待喷部位 ， 整个工前准备过程只需要 1 0 mi n ， 而传统的小型湿喷机械工前准备至少需要 3 0 mi n以上 。 5 ) 使用 经济 采用 P M 5 0 0 P C型机械手喷射反弹率大大降低 ， 速 凝剂掺量可控 ， 施工过程 中设备故障率低 ， 混凝土罐车 放料等待和喷射时间短 ， 喷射反弹料减少 ， 喷射用电量 减少 ， 喷浆支护施工工序简约 ， 经济效益明显提高。 6) 施 工安 全 P M 5 0 0 P C型机 械 手是通 过有 线遥 控器 ( 控 制 线 1 5 m长 ) 操作 喷射 臂 的位 置 和 喷嘴 的 角度 进 行 喷射 作 业 的。施工过程中喷射操作手可以离开隧道开挖掌子面 和施 喷面 一定距 离 ， 从 而 避 免 掌子 面 由于 围 岩较 差 而 掉落石块伤人 ， 喷射反弹料伤人等事故 ， 同时可以减少 操作 人员 吸人 大量喷射 混凝 土 的粉尘而 危害 身体 。 3机 械 手 喷 射 混 凝 土 作 业 1 ) 准备工作 机械 手就 位 ， 先 用 水 灰 比 为 1 ： 2 的水 泥净 浆 润 滑 湿 喷机 的料斗 及输料 管路 。喷射 料 的坍落 度一般 控制 在 81 5 c m之 内。 2 ) 喷射作业 先 对湿 喷机械 手送 风 ， 并检 查 和调整 风压 ， 风压 一 般 控制 在 0 3 0 5 MP a较 为 理 想 。风 压过 大 会 造 成 喷射料 束速度 太快 ， 反弹 率增加 ， 但 喷射混 凝土 的密 实 性较好 ； 风压过小 ， 会使 喷射力减弱， 造成 喷射混凝土 的密实 性较差 ， 甚 至 达不 到 设 计 和规 范 要 求 。 同时 启 动速凝 剂泵 ， 精确 调 试 速凝 剂 用 量 。风 压及 速 凝 剂 泵 调好后 即可 开始 进料 。 为使回弹量最低并提高密实度 ， 喷射过程中应严 格控制喷枪与喷射面的距离和夹角( 见图 3 ) 。喷枪与 喷射 面 的距离 为 1 01 5 m， 喷枪 与喷 射 面基 本保 持 垂直 并连 续平稳 地按 小 圆形 或椭 圆形 旋转 喷射 。为 了 使混凝土喷射均匀 ， 喷射时应做到分段、 分块 喷射 ， 分 段 长度 不超 过 6 m， 分 块大小 不超 过 2 m 2 m， 尽量 减 少混凝土因重力作用而滑动或脱落。一次喷射的厚度 须 进行 控制 。一般 垂直 边墙 为 68 c m， 拱 顶 为 46 c m， 斜坡 面可 在两者 之 间适 当选取 。混凝 土 喷射 完 毕 小圆周运动 图 3 喷枪 与喷射面 的夹角和距离示意 弹 2 0 1 2年第 7期 大断 面隧道 P M5 0 0 P C型机械手喷射混凝土配套施工技术 5 3 或被 迫 中断时 ， 先停 主机 和速 凝剂 泵 ， 最 后关 风 阀。每 次施 工完 毕湿 喷机 及 配套 附件 应 马 上 进行 全 面 清 洗 ， 转 子 内腔及 输送 管 和喷枪 内不 得有 混凝 土残 渣存 在 。 4 主要技术参数分析 ( 见表 1 ， 表2 ) 表 1 P M5 0 0 P C机械 手与传统湿 喷机技 术参数比较 表 2 P M5 0 0 P C 机 械 手 其 它 技 术 参 数 项 目P M5 0 O P C机 械 手 5应用前景展望 P M5 0 0 P C型机 械 手 的使 用 目前 在 我 国 处 于 起 步 阶段 ， 它 的优点 正逐 步被 显 现 出 来 。对 于 围 岩较 好 的 隧道喷射混凝土施工能做 到快速 、 优质 、 安全 、 节约和 环保 ； 对 于 围岩 较差 的 隧道 ， 尤 其是人 工 喷射混 凝土 无 法达 到 的位 置 ， 通 过 机 械 手灵 活 的 手 臂 能 轻 松 应 对 。 对 隧道 坍 穴等危 险地 段无 需人 工介入 就 可 以快 速喷 射 混 凝 土封 闭岩 面 ， 处 理 隧 道 塌方 效 果 明显 。 隧道 机 械 手 以其优异的施工技术性能将拥有广 阔的应用前景。 参 考 文 献 1 王梦恕 米花岭隧道出 口端 的快速施 工及机 械化配套 J 岩石力学 与工程学报 ， 1 9 9 9 ， 1 8 ( 8 ) ： 9 4 8 9 5 2 2 潘俊玲 ， 张传忠 ， 艾光 富， 等 井场道路施工用喷浆机械 手研 制与应用 J 石油机械 ， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 3 7 - 3 9 3 郑朝保 ， 罗朝廷 喷浆机械手在支护工程 中的应用 J 铁道 建筑 ， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 8 4 8 6 4 高 占武 喷 射 混 凝 土 施 工 工 艺 J 铁 道 建 筑 技 术 ， 1 9 9 4 ( 5) ： 1 6 2 1 5 杜丽 红 液 压 机 械 手 捣 固机 的 研 制 J 铁 道 建 筑 ， 2 0 1 0 ( 8 )： 1 3 0 1 3 2 6 刘生华 新 型混凝 土喷射机械手 在隧道 工程 中的应用 J 建筑机械技术与管理 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 8 6 8 9 Fo r mi n g a c o mp l e t e s e t wi t h PM 5 0 0 PC Ty p e s h o t c r e t e r o b o t u s e d i n l a r g e p r o fil e t u n n e l ZHAO Hu a f e n g ( C h i n a Ra i l w a y 1 2 t h B u r e a u Gr o u p C o ， L t d ， T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 3 2， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： At p r e s e n t ， l o n g a n d d i ffi c u l t t u n n e l c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y a r e d e v e l o p i n g r a p i d l y i n Ch i n a Co mp a r e d wi t h t h e o t h e r c o u n t r y， t h e e n v i r o n me n t i n t h e t u n n e l c o n s t r u c t i o n a n d me c h a n i c a l s u p p o r t s t i l l e x i s t a wi d e g a pRe l y i n g o n t h e l a r g e c r o s s s e c t i o n c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n wi t h r o b o t s p r a y i n Me i l i n t u n n e l o f t h e Xi a me n t o S h e n z h e n r a i l wa y， t h i s pa p e r p r e s e n t s t h e s t r u c t u r e ，s c o p e， c o n t e n t ， a n d o t h e r t e c h n i c a l f e a t u r e s o f t h e PM5 0 0 P C t y p e r o b o t s p r a y， wh i c h f o c u s e s o n t h e o p e r a t i o n fl e x i b i l i t y ，s p e e d， c o n v e n i e n c e， s h o r t p r e p a r a t i o n t i me， e c o n o mi c c o s t ，c o n s t r u c t i o n s a f e t y i n wo r k i n g c o n d i t i o n a n d a l s o p r o v i d e s a g o o d l e a r n i n g e x p e r i e n c e i n t h e p o p u l a r i z a t i o n o f t h e r o b o t s p r a y f o r t u n n e l c o n s t r u c t i o n i n f u t u r e b y c o mp a r i s o n wi t h t h e t r a d i t i o n a l we t s p r a y Ke y wo r d s： Tu n n e l c o n s t r u c t i o n； Me c h a n i c a l s u p p o r t ； PM5 0 0P C t y p e r o b o t s p r a y； T e c h n i c a l f e a t u r e s ( 责任 审编 葛全红)