高速鐵路隧道大型機械化設備配套施工介紹安質(zhì)部賈智科

1、高速鐵路隧道大型機械化設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 京沈項目）摘要：本文以高速鐵路隧道大型機械化配套施工應用情況為背景，介紹了三臂鑿巖臺車，機械濕噴手、自行式仰拱棧橋、防水板鋪掛機、超聲波熱熔焊機、仰拱鋼端模、二襯鋼端模、全自動液壓門架式水溝電纜槽臺車機械化施工。關鍵詞：高速鐵路隧道；大型機械化；配套施工1 工程概況 三棱山隧道位于遼寧省朝陽市、阜新市境內(nèi)，隧道設計為高速鐵路雙線隧道，兩線線間距為5m。隧道全長8888m，為京沈客運專線遼寧段全線重點控制性工程。隧道地處內(nèi)蒙古高原和遼河平原的中間過渡帶，地貌屬遼西剝蝕丘陵區(qū)。隧道范圍內(nèi)地勢總體東北高，西南低，地形

2、崎嶇復雜，多懸崖陡坎。隧道最大埋深217.56m。隧道斷裂構造發(fā)育，地質(zhì)條件差，、級圍巖占隧道比例超過了36%。淺埋偏壓、塌方、大變形、環(huán)境失水、涌水等多種風險，施工安全風險大；工程地質(zhì)及環(huán)境條件復雜，工期風險較大。2 隧道大型機械化設備配套施工總體情況 三棱山隧道進口、出口采用三臂鑿巖臺車、機械濕噴手、自行式仰拱棧橋、防水板鋪掛機、超聲波熱熔焊機、仰拱鋼端模、二襯鋼端模、全自動液壓門架式水溝電纜槽臺車等大型機械化配套施工。自開工以來，進出口大型機械化配套施工取得了良好的效果。2.1 三臂鑿巖臺車 在三棱山隧道進、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三臂鑿巖臺車，可進行鉆爆孔、錨桿孔、掏槽孔、超前灌漿孔、管棚施工、裝藥、安裝錨桿、灌漿以及安裝風管等作業(yè)。Boomer XL3 D三臂鑿巖臺車具有安全、高效、符合人機工程學的設計特點，并且配備了直接控制系統(tǒng)，同時在人機交互設計方面也有創(chuàng)新。BoomerXL3D采用先導控制液壓系統(tǒng)，減少了控制平臺附近的高壓膠管數(shù)量，對操作者更安全，并且噪聲更小。工藝技術對比三臂鑿巖臺車擁有先進液壓鑿巖系統(tǒng)、電動環(huán)保系統(tǒng),為全液壓傳動,能效高,氣體和噪音污染小,進出靈活方便,技術先進;而人工手持風鉆、地質(zhì)鉆機為風能傳動,依靠人力,其效率只有液壓傳動的30%。適用條件對比 三臂鑿巖臺車在三棱山隧道進口的施

4、工實踐證明:與人工手持風鉆對比,三臂鑿巖臺車同樣適應隧道 、 、級及破碎風化巖的施工,同樣適應,并具備一機多能、安全高效的優(yōu)勢。施工質(zhì)量對比 利用三臂鑿巖臺車,深孔地質(zhì)預測預報,高質(zhì)量的鉆孔安裝大管棚、小導管、錨桿,可大大提高支護質(zhì)量,從而提高全隧的施工安全質(zhì)量。工作效率對比利用三臂鑿巖臺車鉆孔，一個孔成孔時間約為1.5分鐘，人工鉆孔則需要10-15分鐘，一個三臂鑿巖臺車相當于20把風槍的工作效率。三臂鑿巖臺車鉆孔只需4個司鉆工,9個炮工,共13人,而人工開挖則需26個人,可節(jié)省大量人力,效率高。 圖1：三臂鑿巖臺車 圖2:三臂鑿巖臺車鉆孔作業(yè)主要結(jié)論 三臂鑿巖臺車成孔速度快,循環(huán)進尺3.5,

5、可節(jié)約1.5,特別在硬巖施工時,優(yōu)勢尤為明顯。 三臂鑿巖臺車機組人員勞動強度低,掌子面噪音小,空氣清新,不易卡鉆,掌子面視線較好,簡潔、整齊,大大促進掌子面的文明施工。 三臂鑿巖臺車鉆孔孔徑較大,對清孔、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間。 三臂鑿巖臺車在 ,級及破碎風化巖施工中,很容易按設計要求施工徑向系統(tǒng)錨桿,進行超前小導管的鉆孔和安裝,可完全滿足工程質(zhì)量要求和安全保證。2.2 機械濕噴手2.2.1基本特點 1）濕噴作業(yè)采用西班牙生產(chǎn)的Sika-PM500 PC混凝土噴射機組，該設備通過操作有線“遙控器”來控制噴射頭進行噴混凝土作業(yè)，噴射頭上安裝有擺動馬達和回轉(zhuǎn)馬達，可

6、實現(xiàn)240°的擺動和360°回轉(zhuǎn)，噴射臂的所有動作全部由液壓驅(qū)動，噴嘴刷動馬達可以實現(xiàn)8×360°無限連續(xù)刷動。2）噴射范圍大，最大噴射高度16.8m，最大噴射寬度為30m，前方最遠噴射距離為15m，噴料速度為10-30m3/h，配備有液態(tài)添加劑計量輸送裝置，對混凝土和速凝劑流量同步程序控制。該設備與傳統(tǒng)的濕噴機相比噴射砼機械手相比較，其為自行式設備，到達現(xiàn)場后能快速調(diào)整機位，無需接送風水管，砼運輸?shù)浆F(xiàn)場后即可直接進行噴射作業(yè)，且實際的噴料速度比2臺（9m3/h）的濕噴機快2倍：2.2.2操作要點1）混凝土必須滿足: 最大粒徑不超過 1.5cm和坍落度1

7、4-18cm2）保證穩(wěn)定的工作風壓，機械手自身配備空壓機，工作風壓在0.2-0.4MPa，比較適宜，同時工作風壓的大小與混凝土的和易性有關，和易性越好，所需工作風壓較小，反之則偏大。3）噴射前，在機械手到達作業(yè)區(qū)域后，利用自帶高壓風對巖面進行 1 次清理，清理受噴面上的浮沉、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）機械手操作人員要具有一定的經(jīng)驗和熟練程度，噴混凝土過程中，要求機械手的噴頭與巖面垂直，距離在 0.8-1.2m范圍內(nèi)，噴射混凝土應劃分區(qū)域，分層噴射。從底部向拱部自下而上進行噴射，整體先初噴1層，噴射厚度為3-5cm，然后復噴至設計厚度噴射過程中，初噴第1

8、層的厚度非常關鍵，由于速凝劑的初凝和終凝需要經(jīng)過一段時間，初噴厚度過大，容易使速凝劑尚未凝結(jié)，新噴射混凝土覆蓋上來，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)，噴射過程中經(jīng)常停機，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)時間.7）噴射結(jié)束后，噴射機械手駛離作業(yè)區(qū)域，在洞外按操作規(guī)程，維護和保養(yǎng)噴射機械手。圖3 Sika-PM500 PC混凝土噴射機械手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，各構件為型鋼焊接而成，將不同的標準構件通過螺栓連接組裝成棧橋主體； 2）液壓系統(tǒng)由電動機、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)由繼電器及開關等部分組成，用于控制棧橋的走行。4）行走系統(tǒng)由驅(qū)動電機、齒輪齒條傳動系統(tǒng)、走形輪及走形軌道等部分組成，共有四組走行裝置，分別置于棧橋端部兩側(cè)，主要為實現(xiàn)棧橋自動走行。走行裝置可以旋轉(zhuǎn)90°，以實現(xiàn)棧橋縱向和橫向走行。 2.3.2使用方法棧橋移動使用電機驅(qū)動，通過齒輪齒條傳動，帶動走行輪在走行軌道上移動

10、，其工作步驟如下：1）啟動裝于棧橋端部的四個頂升油缸，使棧橋離地。2）由工人配合指揮，將棧橋走形軌向前拖動，軌道拖至盡頭后，收縮頂升油缸。3）啟動走行電機，棧橋在軌道上向前移動，移動至軌道盡頭后。4）重復以上步驟，直至棧橋就位（棧橋橫向移動與此類同）。棧橋就位后，頂升油缸將棧橋頂起，使走行輪不受力，用銷子固定，最后將前后坡橋放下。2.3.3自行式仰拱棧橋使用情況1）使用自行式移動仰拱棧橋之后，棧橋上各種車輛設備正常通行，不影響掌子面施工，橋下可進行隧道的仰拱開挖、鋼筋綁扎、仰拱澆筑等作業(yè)，實現(xiàn)了掌子面開挖與仰拱施工平行作業(yè)，仰拱作業(yè)不占用循環(huán)時間，大大節(jié)約了施工時間，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)勢得到更大的體現(xiàn)。2）自行式仰拱棧橋橋操作簡單明了，行走靈活，移動就位方便，可實現(xiàn)跨越已開挖仰拱就位，簡化了仰拱施工工序；3）棧橋在前引橋下進行混凝土施工，可讓車輛從填充層通過棧橋直達下臺階，完美配合各類臺階法開挖方式下的仰拱（底板）混泥土施工，實現(xiàn)早封閉，早成環(huán)的施工要求。4）充分利用混泥土早期強度為棧橋自重及通行載荷提供支撐，配合專用柔性底座及自動走行軌道。接地壓強為0.3MPa，當混凝土達到脫模強度要求后便可通行棧橋及棧橋上過車。5）采用液壓控制，具備前、后、左、右移動功能，行走采用電控專用小車，整個棧橋就位無需人工鋪軌，3人即可操控。自動化程度及安全性

12、高于目前已知各類棧橋。6）通過載荷50T。圖 4 自行式仰拱棧橋2.4 仰拱和二襯施工設備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)構尺寸設計的端頭鋼模板，可準確安設中埋式止水帶及保證二襯邊墻的澆筑標高。 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行止水帶安裝固定，端模（擋頭模板）分為兩部分加工，靠內(nèi)凈空部分的模板采用螺栓固定在模板臺車上，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：一是操作簡單方便，安裝速度快。二是便于準確控制止水帶的埋設位置。三是安裝的止水帶圓順、平直，不會發(fā)生扭曲現(xiàn)象。圖 7 二襯鋼端模2.5 防水板鋪掛機 防水板鋪掛機實現(xiàn)防水板搭設的機械化作業(yè)，有效降低了作業(yè)人員的勞動強度，滿足了隧道施工對機械化作業(yè)的要求，同時具有功能齊全、適應性強、使用安全可靠、施工成本低和生產(chǎn)效率高的特點。 圖8 工人正在用防水板鋪掛機鋪防水板 圖9防水板鋪掛機鋪機整體 引用新型小型新工藝-超聲波熱熔焊機焊接防水板，與傳統(tǒng)工藝相比較，節(jié)約了工序時間，提高了勞動效率，保證了防水板的施工質(zhì)量。 圖10 超聲波熱熔焊機焊防水板 圖11防水板焊接質(zhì)量圖2.6 整體式液壓水溝電纜槽臺車整體式液壓水溝電纜槽臺車采用整體鋼模設計，模板強度大、穩(wěn)定性好，避免施工過程中出現(xiàn)“跑?！爆F(xiàn)象；并在鋼模上設置附著式振動器，振動時間采用數(shù)控方式，確保了振動效果，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車 圖13 水溝電纜槽施工效果圖 3 結(jié)束語 目前大型機械化施工存