工廠化、機械化施工思路

1、工廠化、機械化施工（橋梁、隧道、路基、管廊）2016年8月15日目 錄1 橋梁工程21.1 施工方案概述21.2 關鍵工序及步驟31.3 需要解決的關鍵問題111.4 綜合指標分析112 隧道工程122.1 施工方案概述122.2 關鍵工序及步驟132.3 需要解決的關鍵技術152.4 綜合指標分析163 路基工程173.1 施工方案概述173.2 關鍵工序及步驟173.3 需要解決的關鍵技術194.4 綜合指標分析204 管廊工程方案一214.1 施工方案概述214.2 關鍵工序及步驟224.3 需要解決的關鍵技術254.4 綜合指標分析285 管廊工程方案二295.1 施工方案概述295.

2、2 關鍵工序及步驟295.3 需要解決的關鍵技術305.4 綜合指標分析30 1 橋梁工程1.1 施工方案概述裝配式橋墩、承臺施工的總體思路：橋墩樁基原位施工；承臺外殼工廠預制、現(xiàn)場拼裝，承臺鋼筋工廠集中加工，現(xiàn)場整體吊裝，鋼筋就位后澆筑混凝土；橋墩外殼工廠分節(jié)分塊預制、現(xiàn)場拼裝，節(jié)段之間主筋采用套管連接，現(xiàn)場澆筑內部混凝土；公路橋墩蓋梁采用無支架抱箍法施工，底模采用鋼模板，側模采用預制薄板，鋼筋工廠集中加工，現(xiàn)場整體吊裝，鋼筋就位后澆筑混凝土；鐵路橋墩臺帽部分采用鋼模，現(xiàn)場澆筑施工。1.2 關鍵工序及步驟1.2.1、裝配式柱式墩（以直徑1.5m為例）施工流程：第一步：樁基施工。第二步：澆筑墊

3、層、安裝承臺混凝土外殼。第三步：安裝承臺鋼筋第四步：澆筑承臺內混凝土。第五步：安裝墩柱預制外殼部分并加固。第六步：在預制混凝土外殼內澆筑混凝土，在搭接處預留部分混凝土暫不澆筑，預留鋼筋搭接空間。第七步：安裝第二節(jié)預制混凝土外殼，做好鋼筋搭接后，澆筑混凝土。第八步：依次按此施工直至墩柱施工完成，安裝抱箍。第九步：安裝蓋梁混凝土外殼。第十步：安裝蓋梁鋼筋。第十一步：澆筑蓋梁內混凝土。運輸?shù)跹b：直徑1.5m，厚度10cm，節(jié)段長度3m，混凝土外殼重約1.3噸，運輸及吊裝均很方便。1.2.2、裝配式圓端形橋墩（截面尺寸6*3m）施工流程：第一到四步施工工序同上。第五步：分段預制圓端形、平直段混凝土外殼

4、，受力主筋設置在混凝土墩身外殼內。第六步：分段預制的混凝土外殼運輸至項目現(xiàn)場后，拼裝成圓端形橋墩整體外殼。第七步：在拼裝后的混凝土外殼內澆筑混凝土，在搭接處預留部分混凝土暫不澆筑，預留鋼筋搭接空間。第八步：按此步驟完成墩身施工。第九步：安裝臺帽模板，澆注臺帽混凝土。第十步：橋墩施工完畢。1.3 需要解決的關鍵問題（1）橋墩混凝土節(jié)段連接問題由于橋墩為節(jié)段拼裝，鋼筋連接是否達到強度要求是橋墩安全的一個主要控制因素。（2）節(jié)段之間混凝土節(jié)段之間不能有效連接，環(huán)境中水、大氣會進入橋墩內部造成鋼筋銹蝕等耐久性問題。1.4 綜合指標分析（1）運輸?shù)跹b條件：圓端形橋墩預制混凝土外殼尺寸參數(shù)間下表。類型尺寸

5、（m）厚度（m）節(jié)段長（m）重量（t）合計重（t）圓端形1.5（半徑）0.133.712平直型30.132.3由此可見采用預制節(jié)段運輸方便，吊裝只需常規(guī)吊裝設備。（2）模板傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工需要大量模板，采用節(jié)段預制拼裝方法的一個優(yōu)勢就是混凝土預制管節(jié)代替了澆筑模板，節(jié)省了大量的模板工程量。（3）人工成本傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工需要搭設支架、安裝模板，需要大量工人，隨著我國社會保障體系不斷完善及經濟發(fā)展，人工成本越來越高。采用裝配式施工方法，橋墩墩身及鋼筋均采用廠內加工運輸至現(xiàn)場吊裝，工廠化、機械化程度高，節(jié)省了大量人力資源成本。2 隧道工程2.1施工方案概述本方案采用一種類盾構裝備與暗挖臺車或懸臂掘進機相結

6、合的施工方案，在掌子面管片之間設置剛性防護結構，初期支護利用盾構設備前伸環(huán)片支護，解決常規(guī)支護與隧道開挖同時占用作業(yè)面的問題，超前支護可利用暗挖臺車完成，預制管片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的隧道襯砌，開挖采用暗挖臺車或懸臂掘進機作業(yè)，極大改善隧道施工作業(yè)環(huán)境并提高工作效率，該方案適用于、級圍巖。主要工裝設備如下圖所示。暗挖臺車盾殼預拼管片出渣輸送帶圖2.1機械支護工裝設備圖2.2 暗挖臺車圖2.3 懸臂掘進機2.2關鍵工序及步驟1、 開挖前通過支撐盾殼，在掌子面支護段間形成臨時支護體系，鑿巖臺車、暗挖臺車或懸臂掘進機在支盾殼防護下進行鉆眼或開挖作業(yè)；暗挖臺車就位環(huán)片支護臨時支護體系圖2.4 暗挖臺車掌子面就位2

7、、 拱頂開槽：暗挖臺車前行至掌子面附近，啟動右臂進行拱部環(huán)形銑槽作業(yè)；暗挖臺車拱部環(huán)銑槽圖2.5 拱頂開槽拱頂超前支護3、 拱部銑槽完成后，預支護臂前伸，形成超前支護結構；圖2.6 拱頂盾殼頂進支護4、 暗挖臺車在超前支護下方開挖掌子面巖體，清底后底部盾殼相應伸出；底部盾殼支護圖2.7 洞身開挖及底部盾殼頂進支護5、 安裝支護管片；環(huán)片安裝圖2.8 環(huán)片安裝6、盾構機主體設備前移，進入施工下一循環(huán)，并根據(jù)設計情況，鉆設系統(tǒng)錨桿、安裝監(jiān)控量測測點。圖2.9 盾構主機前移隧道開挖如需軟巖爆破作業(yè)時，起爆前關閉支護結構后方爆破防護板，暗挖臺車移至防護板后，確保巖體爆破時，飛石、沖擊波不會影響整體支護

8、設備的結構和設備。2.3需要解決的關鍵技術（1）正面防護結構要有足夠的強度、剛度，滿足抗沖擊能力要求，保證支護結構的安全；防護板消能裝置要能夠滿足將爆破能量消減至可接近和防護的范圍，使爆破既滿足開挖需要、又不損壞防護結構；（2）暗挖臺車及懸臂掘進機可解決軟巖掘進，但如有大涌水、流砂、溶洞等特殊地質時，方案適用性存在問題。（3）隧道支護結構與傳統(tǒng)工法差異巨大，需重新進行設計檢算和經濟指標分析。（4）軟弱圍巖全斷面施工需解決掌子面穩(wěn)定難題，如分臺階施工，將防護結構分區(qū)臨時支撐掌子面，將一定程度影響施工進度。2.4綜合指標分析（1）安全性分析：隧道開挖支護段工序全部在盾殼下方施工，具備極高的安全性，

9、可避免常規(guī)施工可能發(fā)生的掉塊、小塌方造成的常見人身傷害。且優(yōu)先采用機械開挖，可減少火工品控制風險。（2）進度分析：在常規(guī)鉆爆作業(yè)中，鉆眼、爆破在級圍巖單循環(huán)開挖時長約56小時，如本方案采用EBZ318H型懸臂掘進機，按設備標稱理論產能240m3/h的30%計，每小時開挖72 m3，單循環(huán)（0.50.6m）全斷面開挖時長不超過2小時，可壓縮時間60%以上；同時將原噴砼、掛網、錨桿等工序通過環(huán)片安裝方案，將大量工序提前在預制場完成，現(xiàn)場僅需在盾體內進行安裝，且基本不占用循環(huán)時間，可充分壓縮支護時長。預計本方案級圍巖單循環(huán)開挖時長可控制在34小時以內，較常規(guī)施工提高一倍以上，即每月開挖支護達1001

10、20m以上。（3）勞力投入和效益分析：機械法開挖需配備6名工人，晝夜兩班12人；傳統(tǒng)人工開挖至少需配備12名工人，晝夜兩班24人，節(jié)約勞力50%，且大大降低了掌子面安全風險和洞內勞動強度。同時通過單循環(huán)進尺加快和勞動力的節(jié)約，可節(jié)省大量現(xiàn)場管理費和勞務費用的投入，有效提高項目經濟效益。3 路基工程3.1施工方案概述在我局路基邊坡防護施工經驗基礎上，結合國內外在建筑機械化施工的研究成果，計劃從現(xiàn)澆和預制拼裝方面進行拱形骨架防護機械化施工進行研究?，F(xiàn)澆施工主要是利用掏槽機掏槽，按照開挖一級支護一級的原則和要求完成掏槽，然后利用砼現(xiàn)澆機現(xiàn)澆混凝土拱形骨架一次成型。預制拼裝施工的掏槽工藝同現(xiàn)澆施工，即

11、利用掏槽機掏槽，然后利用構件安裝機械從下到上快速安裝預制構件。兩種方案的優(yōu)點都在于機械化程度較高，施工時可以形成流水作業(yè)，節(jié)約施工工期和勞動力成本和有效控制拱形骨架的施工質量。3.2關鍵工序及步驟3.2.1 現(xiàn)澆施工工序及步驟(1)、掏槽：自動掏槽機到達指定位置，通過刀片將邊坡土破碎，并利用自帶的小型挖斗將棄土挖除，并沿皮帶傳輸裝置運至路基面。掏槽機采用GPS設備來控制基槽的線形，利用少量人工對基槽進行清理，保證溝壁平整密實,溝內不留有松土。 圖1 路塹段掏槽機成槽圖示 圖2 路塹段成槽后圖示 圖3 路堤段掏槽機成槽圖示 圖4 路堤段成槽后圖示(2)、澆筑砼：基槽完成以后，砼現(xiàn)澆機械就位，機械

12、端部矩形框內含單個拱圈單元的模板，以單個拱圈為單元采用自密實混凝土進行現(xiàn)澆。澆筑順序為自下而上，待下層拱圈混凝土達到一定的強度后開始上層拱圈的混凝土澆筑。 圖5 路塹段現(xiàn)澆機澆筑砼圖示 圖6 路塹段砼澆筑成形后圖示 圖7 路堤段現(xiàn)澆機澆筑砼圖示 圖8 路堤段砼澆筑成形后圖示3.2.1 預制拼裝施工工序及步驟(1)、預制構件生產：由預制構件場工廠化生產合格的預制構件。(2)、掏槽：掏槽工序同現(xiàn)澆施工，即自動掏槽機到達指定位置，通過刀片將邊坡土破碎，并利用自帶的小型挖斗將棄土挖除，并沿皮帶傳輸裝置運至路基面。掏槽機采用GPS設備來控制基槽的線形，利用少量人工對基槽進行清理，保證溝壁平整密實,溝內不

13、留有松土。(3)、預制構件安裝：構件安裝機械到達指定位置，首先由安裝在機械手上的砂漿噴頭在已安裝完成的構件側面（即已安裝完成構件與即將安裝構件的搭接面）和基槽底按設計和規(guī)范要求均勻噴射砂漿，再由機械手抓取預制構件進行安裝。構件通過機械的斜皮帶傳送至機械手位置。安裝順序為自下而上，先直后曲，以每孔拱形骨架的一半為一個工作單元，如此反復，直至完成所有拱形骨架的安裝。 圖9 路塹段拼裝機拼裝預制構件圖示 圖10 路塹段拼裝機拼裝完成后圖示 圖11 路堤段拼裝機拼裝預制構件圖示 圖12 路堤段拼裝機拼裝完成后圖示3.3需要解決的關鍵技術（1）自動掏槽機及預制塊自動拼裝機的開發(fā)研究。要求施工裝備機械化、

14、自動化程度高，技術先進，應用靈活，安全高效，結合線路施工特點，研制開發(fā)體積小、質量輕、便于轉場的專用機械裝備。（2）掏槽機刀片的開發(fā)研究，針對各類土質、填料確保能一次性掏槽成功，且能達到施工質量要求。（3）現(xiàn)澆法中自密實混凝土的配合比設計，確?；炷翉姸燃俺踅K凝時間滿足快速施工要求。預制拼裝法中砂漿的配合比設計，確保砂漿強度及初終凝時間滿足快速施工要求。4.4綜合指標分析機械化施工的優(yōu)點在于勞動力成本小，施工人員勞動強度低，工效高，施工質量易得到控制。因此就每百米骨架采用機械化施工和人工施工的施工人員數(shù)量及功效進行對比分析。以某公路工程土質路基邊坡為例，拱架寬度40cm，厚度20cm，邊坡高度

15、6m，拱圈跨度及高度均為3m。每個拱圈混凝土用量約1m3。則每百米開槽長度約為825m，混凝土用量為66m3。每百米拱架所需人工與機械對比表項目所需人工（人*日）或機械（臺班）備注挖土支模打灰拼裝合計工天機械人工現(xiàn)澆（人工）33803014330安排一臺汽車吊輔助打灰機械現(xiàn)澆（臺班）25207安排2個工人輔助挖土，2個輔助打灰。人工拼裝（人工）336093機械拼裝（臺班）2284安排2個工人輔助挖土，2個輔助拼裝。從上表可以看出，采用機械現(xiàn)澆與采用人工現(xiàn)澆相比，能減少123個工天，23個機械臺班；人工拼裝與機械拼裝相比，雖然增加了4個機械臺班，但是減少了85個工天，。4 管廊工程方案一4.1施

16、工方案概述4.1.1 矩形盾構/頂管綜合考慮管廊結構和盾構施工的特點，以土壓平衡盾構作為地下管廊標準段的主要開挖設備，以預制拼裝管片作為地下管廊標準段的主體結構，合理設計管廊結構和施工方案，達到快速建設的目的。圖4.1 矩形盾構示意圖適用地層：適用于在土層、砂層、砂卵石地層。適用工況：埋深不小于2.5m的單艙、雙艙管廊施工。線路長度大于600m，用盾構工法；線路長度小于600m，用頂管工法。4.1.2 U型盾構對于覆土深度小于2.5m路段，建議采用U型施工，適用單艙、雙艙及三艙綜合管廊，需要臨時支護結構的基坑更有成本優(yōu)勢。U形敞開式盾構設備上部敞開，兩側設置固定或可移動伸縮插板，可插入開挖廊體

17、斷面兩側，作為保護兩側土體穩(wěn)定的支檔結構。U型盾構作為移動支擋結構，采用通用設備挖掘，使用起重機起吊安裝箱涵，U型盾構推進油缸壓緊箱涵，用預應力錨索將相鄰管節(jié)連接固定，同時推動U型盾構前行。箱涵的上部和側部可及時回填，恢復場地。圖4.2 U形盾構施工工藝圖4.2 關鍵工序及步驟4.2.1 盾構/頂管施工步驟（施工工藝不做重點介紹）平整場地，工作井圍護結構、主體結構施工；盾構機吊裝、始發(fā)、掘進、接收；對節(jié)點位置管節(jié)進行后處理；綜合管廊支架、設備安裝；綜合井施工并恢復路面。4.2.2 U型盾構施工步驟（1）U形盾構始發(fā)采用U形盾構施工始發(fā)時，需要為設備的吊裝和正常推進提供一定的工作空間，通常需要采

18、用明挖的方法建造一個小型始發(fā)井。本項目可利用管廊端頭井做為U形盾構始發(fā)井。圖4.3 始發(fā)井施工圖4.4 U形盾構始發(fā)圖4.5 U形盾構始發(fā)原理圖（2）土方開挖軟土土方開挖軟土段土方開挖采用1臺反鏟挖機施工，1臺反鏟挖機進行土方回填。圖4.6 軟土開挖硬巖開挖硬巖段分為部分硬巖和全硬巖。對于部分硬巖的區(qū)段，采用上部覆土反鏟開挖，下部硬巖較少時可以采用破碎錘破碎或鉆孔劈裂的方式進行破碎后，采用反鏟挖機清碴。若硬巖較多或全硬巖斷面，采用爆破施工。 圖4.7 硬巖開挖（3）管節(jié)吊運預制管節(jié)重量約為10t/m，若采用2m長管節(jié)，管節(jié)重量約為20t，采用一臺50t汽車吊或履帶吊，進行管節(jié)吊運安裝。圖4.8

19、 管節(jié)吊運（4）管節(jié)拼裝管節(jié)吊入U形盾構盾尾后，采用人工輔助定位的方式，將待安裝管節(jié)與已施工管段對齊，定位精度滿足設計要求。管節(jié)安裝定位完成后，及時將其與施工管節(jié)通過預應力拉筋拉緊，防止在脫出盾尾過程中發(fā)生錯位。圖4.9 管節(jié)拼裝（5）U形盾構姿態(tài)控制盾構機采用激光制導的方法進行掘進導向。U形盾構的姿態(tài)控制主要通過操作設置在U形盾構不同位置的盾構機鉸接油缸控制盾構掘進方向。（6）管節(jié)壁后注漿U形盾構在地下水較少時，盾尾底部可以敞開，但在地下水豐富的地層中施工時，則需采用盾尾底部密閉的形式，盾尾內安裝管節(jié)后，需要在管節(jié)壁后分兩次進行注漿，以填充管節(jié)和地層之間的間隙。首先，在管節(jié)安裝完成后，在盾構

20、機的盾尾間隙內使用壁后注漿材料進行一次注漿；然后，隨著盾構機的向前推進產生的盾尾間隙（相當于盾構側板和底板的厚度），與推進同步進行二次注漿。圖4.10 壁后注漿示意圖（7）渣土回填對于已施工完成的管段，采用1臺反鏟挖機進行土方回填。（8）U形盾構到達U形盾構到達工作井可以結合引出口或端頭井設置，可以對引出口或端頭井先行部分明挖施工，待U形盾構到達接收井后將設備吊出，然后完成剩余結構施工。4.3 需要解決的關鍵技術4.3.1 新結構（拼裝技術）圖4.11 管節(jié)分塊拼裝圖4.12 節(jié)點結構預制拼裝圖4.13 矩形盾構管片4.3.2 新設備研制（1）矩形盾構該工程采用的土壓平衡式矩形盾構具有開挖系統(tǒng)

21、、出碴系統(tǒng)、碴土改良系統(tǒng)、管片運輸及拼裝系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量導向系統(tǒng)、自動報警系統(tǒng)等基本功能。圖4.14 矩形盾構主機圖管片拼裝工藝：圖4.16 上部管片安裝 圖4.15 下部管片安裝（2）U型盾構U型盾構主要由伸縮護板、中部盾體和尾部盾體三個部分構成，可根據(jù)地層情況配置止水和注漿系統(tǒng)。4.3.3 節(jié)點后處理技術未作為頂管工作井的綜合管廊節(jié)點結構，需待頂管施工完成后采用后做的方式進行施工。對于不需通出地面的電力、電信支線引出口可采用在設計位置“局部破除管節(jié)，然后暗挖施工”的方法進行施工。施工前，需要對節(jié)點處一定范圍內地層進行注漿加固處理，然后局部切割管節(jié)，進行擴挖

22、施工。4.4 綜合指標分析表4.1 機械化施工方法對比工法對比項矩形盾構矩形頂管U形盾構適用地層土層、砂層、卵石層；不受地下水影響土層、砂層、卵石層；不受地下水影響各種軟質及硬質地層；根據(jù)地下水情況有不同的設備方案管廊覆土深度D0.5HD0.5HD0.5H一次施工長度單段掘進600m100600m不限制管節(jié)形式分塊預制拼裝整環(huán)預制拼裝分塊或整環(huán)預制拼裝節(jié)點施工方法節(jié)點合并，局部暗挖或明挖后做施工節(jié)點合并結合工作井設置，局部暗挖或明挖后做施工局部斷面加寬處擴挖，后做施工施工速度1015m/d1015m/d3040m/d總體進度節(jié)點施工效率節(jié)點施工效率開挖效率單艙標準段造價估算（元）1684515

23、7099165對環(huán)境影響小小較大適用工況埋深大、成熟城區(qū)、既有道路、長距離下穿施工埋深大或短距離下穿施工基坑較深、放坡范圍大或受限或較強（拉森樁、旋挖樁等）圍護結構示范效應大較大較大5 管廊工程方案二5.1 施工方案概述預制裝配整體式混凝土綜合管廊是將預制混凝土構件或部件通過鋼筋的連接并現(xiàn)場澆筑混凝土形成整體的綜合管廊，該體系具有整體性好、防水效果好、可實現(xiàn)流水線生產、操作簡單、運輸效率高等特點。 5.2 關鍵工序及步驟工序1：基坑開挖至設計指定標高，澆筑混凝土墊層，在澆筑完成的墊層上部施工底板防水層，之后進行底板鋼筋綁扎，澆筑底板混凝土，并在底板預留與豎向墻板連接鋼筋。工序2：將預制雙皮墻吊裝就位，雙皮墻采用工具式支撐架與底板連接，保證雙皮墻整體穩(wěn)定性；工序3：安裝頂部疊合樓板，疊合板利用工具室腳手架支撐；工序4：利用自密實混凝土填充雙皮墻間空隙及頂板剩余部分，完成預制管廊施工。5.3