工程機械第四講第一節(jié)

1、第一節(jié) 概述 一、我國鐵路施工現(xiàn)狀 我國鐵路隧道機械化施工是自上世紀(jì)八十年代才開始的。以大瑤山隧道建設(shè)為起點，然后在大秦、南昆、京九、西康等新線建設(shè)中推廣、完善，形成了多種機械化施工成套技術(shù)和設(shè)備配套模式。可以說，大瑤山隧道是鉆爆法機械化施工技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志，秦嶺隧道則是TBM施工技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志。這兩次技術(shù)跨越對我國隧道施工技術(shù)發(fā)展影響甚大，它不僅使隧道施工進度明顯加快，而且使人們共同認(rèn)識到大規(guī)模機械化作業(yè)是今后隧道施工技術(shù)的發(fā)展方向，沒有機械化，就不會有快速施工，就難以在較短時期內(nèi)完成大規(guī)模的各類隧道建設(shè)任務(wù)。而其它各種施工技術(shù)也必須在機械化條件下來實施，并且要與機械化施工的要求相適應(yīng)才能繼續(xù)

2、發(fā)展下去。 截止到2008年底，我國已建成鐵路隧道總長度超過200km，在建鐵路隧道總長已超過4700km，即將開工和規(guī)劃建設(shè)的隧道總長度超過5000km，預(yù)計到2012年，我國建成通車的鐵路隧道的總數(shù)量將突破10000座，總長度將突破10000km。 二、隧道的施工方法 隧道開挖是隧道施工中最主要的作業(yè)，隧道的施工方法因其設(shè)置深度不同，可分為明挖法和暗挖法。明挖法是先把隧道及其上方的土壤全部挖開，之后修筑襯砌，再回填土壤把隧道掩埋起來，如修筑明洞或淺埋的地下鐵道。暗挖法是全部工程都在地下進行。暗挖法常用的開挖方法有礦山法、盾構(gòu)法和掘進法。 1、礦山法 把隧道斷面分成若干部分，按先后順序，用鉆

3、眼爆破的方法進行開挖；當(dāng)斷面開挖到一定程度或全部挖好后，進行襯砌，因此，礦山法也稱鉆爆法。 礦山法開挖隧道有三項主要作業(yè)，即鉆孔、爆破和裝碴出碴。其施工步驟有：1） 鉆孔 2）施爆 3）通風(fēng) 4）出碴 5）支撐 6）襯砌 。裝碴出碴主要有兩種方式：有軌運輸（斷面較大用）。和無軌運輸（斷面較小用）。鉆爆法施工中，裝渣工序占用大約60的作業(yè)時間，優(yōu)良的裝載設(shè)備對提高工效，加快進度起著關(guān)鍵作用。目前鐵路隧道施工所使用的裝載設(shè)備品種較多，也基本上能達到與運輸設(shè)備配套的要求。但從高效、安全、快速、節(jié)能、工作面環(huán)境好的綜合要求考慮，施工單位普遍青睞從德國引進的ITC312挖掘裝載機。該機采用電力驅(qū)動，工作

4、面通風(fēng)較好；能連續(xù)裝載，效率高；在合理組織施工時能做到裝運與錨噴、鉆孔、測量等平行作業(yè)，縮短循環(huán)時間；加之所需作業(yè)空間較小、故障少等一系列優(yōu)點，已成為重點工程的首選裝渣設(shè)備。 采用礦山法開挖隧道，一定要保證風(fēng)、水、電的供應(yīng)。 1)施工機械和配套設(shè)施的確定 開挖機具的選擇 隧道斷面小，采用鑿巖機；隧道斷面大，采用鑿巖臺車；隧道較長，用電動火車運渣；較短，用傾卸車 配套設(shè)施 空氣壓縮機 臺數(shù)和容量，必須根據(jù)開挖面的多少，斷面面積大小及開挖方法等決定 照明設(shè)施 排水設(shè)施 在開挖的兩側(cè)壁附近各挖一排水溝，并以抽水機配合 彎鋼機 支撐用型鋼 混凝土拌和廠 混凝土澆筑機具 混凝土輸送泵 混凝土輸送車 電力

5、、水源通訊設(shè)施 電話；交通設(shè)施 測量儀器 安全衛(wèi)生設(shè)施 施工道路、出渣場地 爆材庫房 2）開挖方式的選擇 選擇開挖方式，應(yīng)考慮隧道所在區(qū)域的地形條件，工程地質(zhì)及水文條件，隧道的設(shè)置的深度，隧道的斷面形狀及尺寸，隧道的線路坡度，技術(shù)條件等，以工程地質(zhì)及水文條件為優(yōu)先考慮條件。 根據(jù)巖體穩(wěn)定程度可采用全斷面開挖、臺階法、漏斗棚架法、先拱后墻法等 3）隧道支撐 支撐方式 木支撐、鋼支撐；錨桿，噴射混凝土，一般在開挖前，先沿線鉆取巖心樣品進行分析，再選擇支撐方式。鋼拱架也是軟巖隧道的主要支護形式之一，其安裝過程一直采用人工操作，費力費時，安全隱患多。軟巖隧道施工支護過程人工作業(yè)帶來的諸多危害已越來越受

6、到關(guān)注。 2、盾構(gòu)法 隧道施工久有“怕軟不怕硬”的說法，意思是軟巖或土質(zhì)隧道圍巖穩(wěn)定性差，安全風(fēng)險大，事故隱患多，支護困難，進度慢 。 盾構(gòu)法最大的優(yōu)點是可以防止土壤坍塌，便于安裝襯砌，適用于軟弱不穩(wěn)定的地層中修筑較長的隧道，諸如水底隧道及地下鐵道等。但盾構(gòu)本身構(gòu)造比較復(fù)雜，設(shè)備多，造價高，需要有專門的拼裝室和拆卸室，且拼裝費時，成本很高。其施工步驟有：1） 機械開挖 2）出碴 3）通風(fēng) 4）支撐 5）襯砌 。開挖過程中應(yīng)注意： 土質(zhì)隧道開挖不易維持直立、洞頂易于坍塌，水位影響大，地層下沉。對于隧道長度較短的來講，用臂式掘進機 比較經(jīng)濟。臂式掘進機是任意斷面掘進機，集開挖裝載與一體，對斷面形狀

7、、開挖長度、循環(huán)進尺都沒有限制，可以邊開挖邊支護，工作效率雖不及TBM及盾構(gòu)，但通常也比鉆爆法高 。3、掘進法 掘進機的頭部裝有一個圓盤形的切割機構(gòu)，其上裝有切割巖石的刀具，工作時用旋轉(zhuǎn)動作或擺動動作來切除工作面上的巖石，隨著切割機構(gòu)不斷切割前進，就可以切出一個圓形斷面。所以一臺掘進機可以代礦山法中鉆眼、爆破和裝碴所需的若干臺不同類型機械。因此也可稱其為聯(lián)合掘進機。 掘進機一般應(yīng)用在整體性較好的中硬巖層開挖作業(yè)中，在這樣的巖層中作業(yè)，由于機身的中段裝有幾對可伸縮的支撐靴板，切割機構(gòu)推壓力所產(chǎn)生的反推力就通過這些支撐靴板傳到坑道的側(cè)壁上。當(dāng)巖層不穩(wěn)定時，掘進機需靠盾構(gòu)千斤頂傳到已拼裝好的襯砌上。

8、目前，掘進機按其結(jié)構(gòu)特征可分為護盾式、支撐式和支撐護盾式三種類型。 雖然我國已進入隧道施工機械化新時代，但總的技術(shù)發(fā)展速度緩慢，整體技術(shù)仍相當(dāng)落后，這主要表現(xiàn)在： 第一，以鉆爆法為基礎(chǔ)的快速施工技術(shù)體系尚未完成，在鉆孔、爆破、地質(zhì)預(yù)報、圍巖穩(wěn)定性控制、快速支護與襯砌、機械化作業(yè)線設(shè)備配套技術(shù)、施工通風(fēng)與環(huán)境控制、施工安全與風(fēng)險控制、自然生態(tài)環(huán)境保護與治理等方面，許多關(guān)鍵技術(shù)難題尚未取得突破，施工進度差別很大，事故隱患較多，工后環(huán)境影響較大。 第二，以鉆爆法為基礎(chǔ)的機械化設(shè)備配套幾乎只有在硬巖或圍巖穩(wěn)定性較好的條件下才能實現(xiàn)快速施工，而且作業(yè)線的主要設(shè)備都立足于從國外引進，自主創(chuàng)新開發(fā)的品種少、

9、質(zhì)量較差、故障多，因而影響作業(yè)效率。由于引進設(shè)備價格昂貴，大量采購必然導(dǎo)致成本高，對外商依賴程度高，反過來對自主創(chuàng)新形成阻滯作用。這樣，就難以在大多數(shù)工程上形成先進的機械化作業(yè)線，制約了全行業(yè)整體技術(shù)的全面發(fā)展和進步。 第三，對于軟巖和土質(zhì)隧道，大多數(shù)仍用鉆爆法或人工為主的作業(yè)，對圍巖擾動大，安全風(fēng)險高，支護困難，進度緩慢。把基本成熟的硬巖施工機械化配套方案用于軟巖隧道既不能快速施工，也不是真正意義上的機械化。 第四，對于TBM施工，我國只處在技術(shù)發(fā)展的初級階段，只能說我們剛學(xué)會使用TBM建設(shè)隧道。到目前，所有引進TBM施工現(xiàn)場都有為數(shù)不少的國外專家在工作，幫助處理各種技術(shù)和管理方面的問題。而

10、且TBM是一種特殊設(shè)備，就必須根據(jù)工程的具體情況對機組進行新的技術(shù)組合和設(shè)計，而且在不同的施工條件下，同類TBM將有不同的表現(xiàn)，真正掌握TBM的理論和技術(shù)，還需要更多的工程實踐和科技攻關(guān)才能實現(xiàn)，甚至有些技術(shù)必須從基礎(chǔ)理論和方法開始研究。第二節(jié) 礦山法用施工機械 一、鑿巖機 鑿巖機是一種鉆鑿炮眼的石方工程機械。主要用于隧道的掘進，石料的開采，混凝土的破碎及其它石方工程。 1、鑿巖機的分類及其特點 國產(chǎn)鑿巖機的類型如下： 按動力可分為風(fēng)動、內(nèi)燃、電動和液壓四種； 按操作形式可分為手持式、氣腿式、向上式和導(dǎo)軌式四種 2、鑿巖機選擇 1）動力類型的選擇 可根據(jù)現(xiàn)場的動力條件、施工要求和安全可靠性進行

11、選擇：（1）凡是零星的露天石方工程，如少量片石的開采、電桿基坑挖掘以及孤石的排除等，可優(yōu)先選用內(nèi)燃鑿巖。（2）從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動鑿巖機。但電動鑿巖機目前尚有不完善之處，如在瓦斯環(huán)境中作業(yè)不安全 （3）由于風(fēng)動鑿巖機使用安全可靠，并容易使鉆眼與裝巖平行作業(yè)，在石方工程施工中得到廣泛應(yīng)用。（4）優(yōu)先選擇本單位現(xiàn)有鑿巖機種類。（5）選擇時應(yīng)考慮動力設(shè)備的配套齊全， 2）操作型式的選擇（1）零星石方施工和不便于使用氣腿式鑿巖機施工的狹窄工作面，可以選用手持式鑿巖機。（2）一般石方施工應(yīng)盡量采用或創(chuàng)造條件采用氣腿式鑿巖機。（3）當(dāng)開鑿與地面成60度以上的向上炮眼，最好選用向上式鑿巖機 （4）

12、當(dāng)鉆眼眼深度超過3米時，為便于操作和控制，最好選用導(dǎo)軌式鑿巖機。（5）大型石方工程應(yīng)考慮鑿巖臺車。 3、鑿巖機工作臺數(shù)的計算 1） 按鉆孔數(shù)量計算（石方開挖采用） 每臺鑿巖機一個臺班應(yīng)鉆的炮眼數(shù)為：）設(shè)計要求的炮眼深度（）度（鑿巖機每臺班鉆眼總深個數(shù)鑿巖機一個臺班的鉆眼個）mmLnLn(同時工作的鑿巖機臺數(shù)開挖斷面炮眼總數(shù)可同時作業(yè)臺數(shù)NnnNm 2） 按采石產(chǎn)量計算（采石作業(yè)采用） 年實際工作臺班數(shù)每米炮眼平均產(chǎn)石率（每臺班鉆眼深度年石方計劃生產(chǎn)量TmmKmLmQTLKQmqq)/)()(33 4、提高鑿巖機效率的措施 鑿巖機的技術(shù)性能是設(shè)計或試驗出來的理論數(shù)值，在實際使用中，由于使用條件和

13、機械技術(shù)狀況是變化的，往往達不到理想效果，為此，除合理選擇機型和正確操作使用外，還可以采取各種措施，創(chuàng)造良好的工作條件，提高鑿巖機的作業(yè)效率。 1）保持合理的工作氣壓常用風(fēng)動鑿巖機的合理氣壓為0.50.6MPa 2）保證供水要求 目前石方施工大都采用濕式鑿巖，不但可以降低粉塵，而且由于水巖石的軟化作用，鑿巖機的轉(zhuǎn)速可以提高20%30%；又由于水的冷卻作用，釬頭的磨損量可以降低10%20%，釬桿的使用壽命也將延長。 3）采用黃甘油潤滑 多年來，許多鑿巖機使用單位試用黃甘油，直接用強風(fēng)一次吹入機體內(nèi)部進行潤滑 。 4）加強施工管理 施工管理主要是針對機械使用方面。在組織上要采取定機、定人、定位、定

14、時、定質(zhì)、定量等措施。 5）保持機況良好 鑿巖機技術(shù)狀況良好是提高鑿巖效率的關(guān)鍵。機況不良則鑿巖速度下降，動力消耗增加，嚴(yán)重時甚至不能正常作業(yè)。 二、鑿巖臺車 鑿巖臺車是支撐鑿巖機并能完成鑿巖作業(yè)所需的推進、移位等運動的移動式鑿巖機械。為了提高隧道開挖效率，將數(shù)把鑿巖機支架安裝在同一個臺車上，可以同時進行多個鉆眼工序。鑿巖臺車一般用于地質(zhì)條件好，基本不要臨時支護的大斷面。 鑿巖臺車是目前隧道全斷面開挖的主要機具之一，它具有下列優(yōu)點： 1、節(jié)省勞動力，強度低，操作者不直接承受鑿巖機的振動 2、鉆孔速度高 2030（cm/min),高達60(cm/min) 3、可利用長鉆桿 （7180mm） 4、

15、定向性好 可提高作業(yè)效率 5、機動性好 二、隧道襯砌機械 隧道開挖之后，除了圍巖穩(wěn)定性很好的以外，一般均需襯砌。隧道襯砌要緊跟開挖作業(yè)，以免圍巖暴露時間過長而降低穩(wěn)定性。襯砌的類型有多種：石襯砌、混凝土襯砌、噴射混凝土襯砌、噴錨襯砌以及復(fù)合襯砌等。 1、就地灌注混凝土襯砌 就地灌注混凝土襯砌的施工包括立模、攪拌、運輸、灌注和拆模等幾道工序。作業(yè)中一般采用機械攪拌，翻斗車或混凝土輸送車運送，卷揚機或混凝土輸送泵提升，人工拆裝拱架及模板或用襯砌臺車、混凝土輸送泵或風(fēng)動混凝土壓送器灌注混凝土等。 襯砌臺車也稱不移動式金屬模板臺車，是由模板、臺車和操縱設(shè)備三個主要部分組成的，根據(jù)臺車和模板的相互關(guān)系，

16、可分為整體式和穿行式兩種。 整體式襯砌臺車也稱為平移式鋼模臺車，其模板與臺車制成一個整體，在灌注混凝土?xí)r，由臺車承受混凝土的重量 。這種臺車結(jié)構(gòu)簡單，整體穩(wěn)定性好，缺點是在沒有早強劑的情況下，等待拆模時間長，立模灌注只能間歇進行，影響襯砌速度。 穿行式鋼模式臺車其模板部分與臺車是可以分離的，當(dāng)臺車就位后，用垂直千斤頂和側(cè)面支撐使模板固定在設(shè)計位置上，灌注混凝土?xí)r臺車可與模板分離，然后臺車退回到可以拆模的灌注段收起模板，帶著模板經(jīng)過前面已安裝好的模板，穿行到新的灌注位置去架設(shè)，這樣，混凝土的灌注作業(yè)可以逐段連續(xù)進行，從而提高了襯砌速度。 2、噴射混凝土 將噴射的混凝土作為襯砌或臨時支護近年來在隧

17、道施工中被廣泛采用。國際稱其為“新奧法”。它是原理是：利用混凝土將圍巖表面粘成一個整體，充分發(fā)揮巖體本身的自承能力。 噴射混凝土和干噴法和濕噴法，我國目前主要采用干噴法。主要工作步驟如下：先把砂、石、水泥以及速凝劑按一定比例干拌均勻，然后將其裝入專門的混凝土噴射機，在高壓風(fēng)的推動下，使干料沿管路連續(xù)地供給噴頭，干料在噴頭處與水混合，成為液狀的混凝土混合料，以較高的壓力和速度噴向坑道圍巖的表面上，形成一層與巖面粘結(jié)牢固的襯砌結(jié)構(gòu)。可以看出，噴射不用模板，并把混凝土的攪拌、運輸、灌注和搗固這些工序結(jié)合在一起，速度快、效率高，是一種新工藝。 噴射混凝土有以下優(yōu)點： 1、由于噴射的混凝土是在高速、高壓

18、的情況下粘附在圍巖表面和縫隙中，這樣的混凝土具有較高密實度，因而在強度、粘結(jié)力、抗?jié)B性等方面，都比一般灌注的混凝土高。 2、噴射混凝土不但能與巖壁牢固粘結(jié)，而且混凝土還可以射入巖縫，把由于爆破擾動過的圍巖粘結(jié)成一個整體共同維持坑道圍巖的穩(wěn)定。 3、噴射混凝土工序可以緊跟在開挖工作的后面，在很短的時間內(nèi)就能獲得承載能力，可以及時阻止圍巖的變形，減少或制止圍巖變形的進一步發(fā)展。 4、噴射混凝土襯砌的厚度可以大大減薄，所以，坑道的開挖斷面可以縮小，從而減小土石方的開挖量，提高了工效。 5、噴射混凝土可以不用拱架、模板、節(jié)省了材料，簡化了工序，并使坑道內(nèi)的工作空間寬敞，有利于采用大型施工機械。 混凝土

19、噴射機械 混凝土噴射機械有雙罐式、螺旋式和轉(zhuǎn)子式三種主要類型。 雙罐式：結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，但機體較大，操作復(fù)雜，出料的連續(xù)性差。 螺旋式：機體輕巧，操作比較簡單，但螺旋片容易磨損，噴頭較重，工效低。 轉(zhuǎn)子式：效率高，操作比較簡單，易于實現(xiàn)遠距離操作。 目前，在混凝土噴射機械中還有一種混凝土噴射三聯(lián)機，它把料倉、攪拌和運輸及噴射等三個部分組成一整套噴射機械。 3、隧道施工空壓機隧道施工空壓機壓縮空氣是轉(zhuǎn)眼、裝渣、噴射砼等作業(yè)的主要動力。為使機械正常工作，必須要供應(yīng)足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓，一般要求風(fēng)壓為0.50.7MPA。min/3mLknqkQmtqmin/3mntkmkmin/3m其中： 每臺風(fēng)動

20、機具的耗風(fēng)量每種風(fēng)動機具的臺數(shù) 風(fēng)動機具的同時工作系數(shù)； 機具磨損系數(shù)，一般為1.2-1.3L 風(fēng)管的總長（m） 每公里的管路漏風(fēng)量，一般為1.5-2.0 1）供風(fēng)量計算 壓縮空氣在輸送過程中，由于管路及附件要造成一定的損耗，所以，隧道施工中所需的供風(fēng)量應(yīng)包括機具需要的用風(fēng)量和由于管路及附件造成的損耗兩部分，如以Q表示供風(fēng)量，則 Q為： 2）、空壓機的選擇和空壓站 空壓機是一種通用機械，按原理可分為活塞式、螺桿式和滑片式。活塞式空壓機是靠活塞在汽缸里往復(fù)運動而產(chǎn)生高氣壓。螺桿式和滑片式則是靠裝在汽缸里的一對螺桿或帶有滑動片的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動作而產(chǎn)生壓氣。后兩種壓氣具具有結(jié)構(gòu)簡單而緊湊、效率高、輸氣脈動小的特點。 選擇的原則：1、工期長短、工地條件 2、本單位機械的保有情況 空壓機站容量的確定：除了滿足前面計算的供風(fēng)量外，還要考慮工地所處的海拔位置的影響。還要有一定的儲備量，一般為需裝機容量的30%左右。nqmtkLkkKQ3.1海拔高度系數(shù)kK 知道空壓機站的容量后，就可以選擇空壓機的型號