高速鐵路隧道大型機(jī)械化設(shè)備配套施工介紹安質(zhì)部賈智科

1、高速鐵路隧道大型機(jī)械化設(shè)備配套施工介紹作者：賈智科（中交隧道工程有限公司北京分公司 京沈項(xiàng)目）摘要：本文以高速鐵路隧道大型機(jī)械化配套施工應(yīng)用情況為背景，介紹了三臂鑿巖臺(tái)車(chē)，機(jī)械濕噴手、自行式仰拱棧橋、防水板鋪掛機(jī)、超聲波熱熔焊機(jī)、仰拱鋼端模、二襯鋼端模、全自動(dòng)液壓門(mén)架式水溝電纜槽臺(tái)車(chē)機(jī)械化施工。關(guān)鍵詞：高速鐵路隧道；大型機(jī)械化；配套施工1 工程概況 三棱山隧道位于遼寧省朝陽(yáng)市、阜新市境內(nèi)，隧道設(shè)計(jì)為高速鐵路雙線隧道，兩線線間距為5m。隧道全長(zhǎng)8888m，為京沈客運(yùn)專(zhuān)線遼寧段全線重點(diǎn)控制性工程。隧道地處內(nèi)蒙古高原和遼河平原的中間過(guò)渡帶，地貌屬遼西剝蝕丘陵區(qū)。隧道范圍內(nèi)地勢(shì)總體東北高，西南低，地形

2、崎嶇復(fù)雜，多懸崖陡坎。隧道最大埋深217.56m。隧道斷裂構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)條件差，、級(jí)圍巖占隧道比例超過(guò)了36%。淺埋偏壓、塌方、大變形、環(huán)境失水、涌水等多種風(fēng)險(xiǎn)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大；工程地質(zhì)及環(huán)境條件復(fù)雜，工期風(fēng)險(xiǎn)較大。2 隧道大型機(jī)械化設(shè)備配套施工總體情況 三棱山隧道進(jìn)口、出口采用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)、機(jī)械濕噴手、自行式仰拱棧橋、防水板鋪掛機(jī)、超聲波熱熔焊機(jī)、仰拱鋼端模、二襯鋼端模、全自動(dòng)液壓門(mén)架式水溝電纜槽臺(tái)車(chē)等大型機(jī)械化配套施工。自開(kāi)工以來(lái)，進(jìn)出口大型機(jī)械化配套施工取得了良好的效果。2.1 三臂鑿巖臺(tái)車(chē) 在三棱山隧道進(jìn)、出口施工中 ,采用的是瑞典阿特拉斯·科普柯公司生產(chǎn)的新型Boomer

3、XL3 D三臂鑿巖臺(tái)車(chē)，可進(jìn)行鉆爆孔、錨桿孔、掏槽孔、超前灌漿孔、管棚施工、裝藥、安裝錨桿、灌漿以及安裝風(fēng)管等作業(yè)。Boomer XL3 D三臂鑿巖臺(tái)車(chē)具有安全、高效、符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并且配備了直接控制系統(tǒng)，同時(shí)在人機(jī)交互設(shè)計(jì)方面也有創(chuàng)新。BoomerXL3D采用先導(dǎo)控制液壓系統(tǒng)，減少了控制平臺(tái)附近的高壓膠管數(shù)量，對(duì)操作者更安全，并且噪聲更小。工藝技術(shù)對(duì)比三臂鑿巖臺(tái)車(chē)擁有先進(jìn)液壓鑿巖系統(tǒng)、電動(dòng)環(huán)保系統(tǒng),為全液壓傳動(dòng),能效高,氣體和噪音污染小,進(jìn)出靈活方便,技術(shù)先進(jìn);而人工手持風(fēng)鉆、地質(zhì)鉆機(jī)為風(fēng)能傳動(dòng),依靠人力,其效率只有液壓傳動(dòng)的30%。適用條件對(duì)比 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)在三棱山隧道進(jìn)口的施

4、工實(shí)踐證明:與人工手持風(fēng)鉆對(duì)比,三臂鑿巖臺(tái)車(chē)同樣適應(yīng)隧道 、 、級(jí)及破碎風(fēng)化巖的施工,同樣適應(yīng),并具備一機(jī)多能、安全高效的優(yōu)勢(shì)。施工質(zhì)量對(duì)比 利用三臂鑿巖臺(tái)車(chē),深孔地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),高質(zhì)量的鉆孔安裝大管棚、小導(dǎo)管、錨桿,可大大提高支護(hù)質(zhì)量,從而提高全隧的施工安全質(zhì)量。工作效率對(duì)比利用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔，一個(gè)孔成孔時(shí)間約為1.5分鐘，人工鉆孔則需要10-15分鐘，一個(gè)三臂鑿巖臺(tái)車(chē)相當(dāng)于20把風(fēng)槍的工作效率。三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔只需4個(gè)司鉆工,9個(gè)炮工,共13人,而人工開(kāi)挖則需26個(gè)人,可節(jié)省大量人力,效率高。 圖1：三臂鑿巖臺(tái)車(chē) 圖2:三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔作業(yè)主要結(jié)論 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)成孔速度快,循環(huán)進(jìn)尺3.5,

5、可節(jié)約1.5,特別在硬巖施工時(shí),優(yōu)勢(shì)尤為明顯。 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)機(jī)組人員勞動(dòng)強(qiáng)度低,掌子面噪音小,空氣清新,不易卡鉆,掌子面視線較好,簡(jiǎn)潔、整齊,大大促進(jìn)掌子面的文明施工。 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔孔徑較大,對(duì)清孔、裝藥尤為有利,在硬巖深孔中,可節(jié)省不少裝藥前的吹孔時(shí)間。 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)在 ,級(jí)及破碎風(fēng)化巖施工中,很容易按設(shè)計(jì)要求施工徑向系統(tǒng)錨桿,進(jìn)行超前小導(dǎo)管的鉆孔和安裝,可完全滿足工程質(zhì)量要求和安全保證。2.2 機(jī)械濕噴手2.2.1基本特點(diǎn) 1）濕噴作業(yè)采用西班牙生產(chǎn)的Sika-PM500 PC混凝土噴射機(jī)組，該設(shè)備通過(guò)操作有線“遙控器”來(lái)控制噴射頭進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，噴射頭上安裝有擺動(dòng)馬達(dá)和回轉(zhuǎn)馬達(dá)，可

6、實(shí)現(xiàn)240°的擺動(dòng)和360°回轉(zhuǎn)，噴射臂的所有動(dòng)作全部由液壓驅(qū)動(dòng)，噴嘴刷動(dòng)馬達(dá)可以實(shí)現(xiàn)8×360°無(wú)限連續(xù)刷動(dòng)。2）噴射范圍大，最大噴射高度16.8m，最大噴射寬度為30m，前方最遠(yuǎn)噴射距離為15m，噴料速度為10-30m3/h，配備有液態(tài)添加劑計(jì)量輸送裝置，對(duì)混凝土和速凝劑流量同步程序控制。該設(shè)備與傳統(tǒng)的濕噴機(jī)相比噴射砼機(jī)械手相比較，其為自行式設(shè)備，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后能快速調(diào)整機(jī)位，無(wú)需接送風(fēng)水管，砼運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后即可直接進(jìn)行噴射作業(yè)，且實(shí)際的噴料速度比2臺(tái)（9m3/h）的濕噴機(jī)快2倍：2.2.2操作要點(diǎn)1）混凝土必須滿足: 最大粒徑不超過(guò) 1.5cm和坍落度1

7、4-18cm2）保證穩(wěn)定的工作風(fēng)壓，機(jī)械手自身配備空壓機(jī)，工作風(fēng)壓在0.2-0.4MPa，比較適宜，同時(shí)工作風(fēng)壓的大小與混凝土的和易性有關(guān)，和易性越好，所需工作風(fēng)壓較小，反之則偏大。3）噴射前，在機(jī)械手到達(dá)作業(yè)區(qū)域后，利用自帶高壓風(fēng)對(duì)巖面進(jìn)行 1 次清理，清理受?chē)娒嫔系母〕?、巖屑，保證初噴混凝土與巖面的有效粘結(jié)，以提高噴射混凝土的附著力。4）機(jī)械手操作人員要具有一定的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度，噴混凝土過(guò)程中，要求機(jī)械手的噴頭與巖面垂直，距離在 0.8-1.2m范圍內(nèi)，噴射混凝土應(yīng)劃分區(qū)域，分層噴射。從底部向拱部自下而上進(jìn)行噴射，整體先初噴1層，噴射厚度為3-5cm，然后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度噴射過(guò)程中，初噴第1

8、層的厚度非常關(guān)鍵，由于速凝劑的初凝和終凝需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，初噴厚度過(guò)大，容易使速凝劑尚未凝結(jié)，新噴射混凝土覆蓋上來(lái)，引起較大的回彈。5）操作人員根據(jù)不同的噴射部位，調(diào)整噴混凝土速率和速凝劑的摻加量)邊墻噴混凝土速率為18-20m3/h; 拱部噴混凝土速率為 15m3/h; 邊墻噴混凝土速凝劑的摻加量為3%-5%; 拱部噴混凝土速凝劑的摻加量為 7%.6）混凝土的供料要連續(xù)，噴射過(guò)程中經(jīng)常停機(jī)，容易造成噴頭處堵管現(xiàn)象，清除堵管非常麻煩，耽誤作業(yè)時(shí)間.7）噴射結(jié)束后，噴射機(jī)械手駛離作業(yè)區(qū)域，在洞外按操作規(guī)程，維護(hù)和保養(yǎng)噴射機(jī)械手。圖3 Sika-PM500 PC混凝土噴射機(jī)械手2.3 自行式仰拱棧

9、橋2.3.1自行式仰拱棧橋由四大系統(tǒng)組成 1）棧橋主體由主梁、橫梁及坡橋等部分組成，各構(gòu)件為型鋼焊接而成，將不同的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件通過(guò)螺栓連接組裝成棧橋主體； 2）液壓系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、變量泵、液壓油箱、液壓油缸、冷卻器、控制閥等部分組成，用于提升前后坡橋及頂升棧橋。 3）電氣控制系統(tǒng)由繼電器及開(kāi)關(guān)等部分組成，用于控制棧橋的走行。4）行走系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)、走形輪及走形軌道等部分組成，共有四組走行裝置，分別置于棧橋端部?jī)蓚?cè)，主要為實(shí)現(xiàn)棧橋自動(dòng)走行。走行裝置可以旋轉(zhuǎn)90°，以實(shí)現(xiàn)棧橋縱向和橫向走行。 2.3.2使用方法棧橋移動(dòng)使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)，帶動(dòng)走行輪在走行軌道上移動(dòng)

10、，其工作步驟如下：1）啟動(dòng)裝于棧橋端部的四個(gè)頂升油缸，使棧橋離地。2）由工人配合指揮，將棧橋走形軌向前拖動(dòng)，軌道拖至盡頭后，收縮頂升油缸。3）啟動(dòng)走行電機(jī)，棧橋在軌道上向前移動(dòng)，移動(dòng)至軌道盡頭后。4）重復(fù)以上步驟，直至棧橋就位（棧橋橫向移動(dòng)與此類(lèi)同）。棧橋就位后，頂升油缸將棧橋頂起，使走行輪不受力，用銷(xiāo)子固定，最后將前后坡橋放下。2.3.3自行式仰拱棧橋使用情況1）使用自行式移動(dòng)仰拱棧橋之后，棧橋上各種車(chē)輛設(shè)備正常通行，不影響掌子面施工，橋下可進(jìn)行隧道的仰拱開(kāi)挖、鋼筋綁扎、仰拱澆筑等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了掌子面開(kāi)挖與仰拱施工平行作業(yè)，仰拱作業(yè)不占用循環(huán)時(shí)間，大大節(jié)約了施工時(shí)間，提高了隧道施工整體效率，在

11、安全質(zhì)量可控的情況下，其工期成本優(yōu)勢(shì)得到更大的體現(xiàn)。2）自行式仰拱棧橋橋操作簡(jiǎn)單明了，行走靈活，移動(dòng)就位方便，可實(shí)現(xiàn)跨越已開(kāi)挖仰拱就位，簡(jiǎn)化了仰拱施工工序；3）棧橋在前引橋下進(jìn)行混凝土施工，可讓車(chē)輛從填充層通過(guò)棧橋直達(dá)下臺(tái)階，完美配合各類(lèi)臺(tái)階法開(kāi)挖方式下的仰拱（底板）混泥土施工，實(shí)現(xiàn)早封閉，早成環(huán)的施工要求。4）充分利用混泥土早期強(qiáng)度為棧橋自重及通行載荷提供支撐，配合專(zhuān)用柔性底座及自動(dòng)走行軌道。接地壓強(qiáng)為0.3MPa，當(dāng)混凝土達(dá)到脫模強(qiáng)度要求后便可通行棧橋及棧橋上過(guò)車(chē)。5）采用液壓控制，具備前、后、左、右移動(dòng)功能，行走采用電控專(zhuān)用小車(chē)，整個(gè)棧橋就位無(wú)需人工鋪軌，3人即可操控。自動(dòng)化程度及安全性

12、高于目前已知各類(lèi)棧橋。6）通過(guò)載荷50T。圖 4 自行式仰拱棧橋2.4 仰拱和二襯施工設(shè)備2.4.1仰拱桁架及仰拱鋼端模板 在仰拱與二襯邊墻連接處設(shè)置寬2.5米的弧形整體仰拱桁架，滿足了仰拱混凝土一次澆筑成形的施工要求。根據(jù)仰拱和填充混凝土結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)的端頭鋼模板，可準(zhǔn)確安設(shè)中埋式止水帶及保證二襯邊墻的澆筑標(biāo)高。 圖 5 仰拱桁架 圖 6 仰拱桁架2.4.2二襯鋼端模 為滿足端部中埋式止水帶的安裝要求，我們采用分塊式鋼端模進(jìn)行止水帶安裝固定，端模（擋頭模板）分為兩部分加工，靠?jī)?nèi)凈空部分的模板采用螺栓固定在模板臺(tái)車(chē)上，沿內(nèi)端模安裝環(huán)向中埋式止水帶，再安裝止水帶與初支面（防水板）之間的外端模，最后

13、封堵端模與初支面（防水板）之間的縫隙。 該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是操作簡(jiǎn)單方便，安裝速度快。二是便于準(zhǔn)確控制止水帶的埋設(shè)位置。三是安裝的止水帶圓順、平直，不會(huì)發(fā)生扭曲現(xiàn)象。圖 7 二襯鋼端模2.5 防水板鋪掛機(jī) 防水板鋪掛機(jī)實(shí)現(xiàn)防水板搭設(shè)的機(jī)械化作業(yè)，有效降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足了隧道施工對(duì)機(jī)械化作業(yè)的要求，同時(shí)具有功能齊全、適應(yīng)性強(qiáng)、使用安全可靠、施工成本低和生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。 圖8 工人正在用防水板鋪掛機(jī)鋪防水板 圖9防水板鋪掛機(jī)鋪機(jī)整體 引用新型小型新工藝-超聲波熱熔焊機(jī)焊接防水板，與傳統(tǒng)工藝相比較，節(jié)約了工序時(shí)間，提高了勞動(dòng)效率，保證了防水板的施工質(zhì)量。 圖10 超聲波熱熔焊機(jī)焊防水板 圖11防水板焊接質(zhì)量圖2.6 整體式液壓水溝電纜槽臺(tái)車(chē)整體式液壓水溝電纜槽臺(tái)車(chē)采用整體鋼模設(shè)計(jì)，模板強(qiáng)度大、穩(wěn)定性好，避免施工過(guò)程中出現(xiàn)“跑?！爆F(xiàn)象；并在鋼模上設(shè)置附著式振動(dòng)器，振動(dòng)時(shí)間采用數(shù)控方式，確保了振動(dòng)效果，避免出現(xiàn)蜂窩麻面、流砂等現(xiàn)象。圖12 整體式液壓水溝電纜槽臺(tái)車(chē) 圖13 水溝電纜槽施工效果圖 3 結(jié)束語(yǔ) 目前大型機(jī)械化施工存