谈隧道机械化配套

谈隧道机械化配套谈隧道机械化配套 隧道和地下工程的施工方法基本分为两大类 即钻爆法和掘进机法 目前 我国在山岭隧道施工中主要的还是钻爆法 过去借助于简单的工具 基本上靠 人力完成 现在基本实现了机械化施工 从 80 年代开始 我国陆续从国外引进 了一批先进的钻爆法隧道施工机械 大幅度提高了施工的机械化水平 使国内 的隧道施工技术上了一个大台阶 并且随着时间的推移 这种施工方法不断得 到完善和发展 随着我国经济的发展 人民生活水平的提高 国家对基础设施投入的不断 加大 以及国家对基础建设的施工要求的不断提高 在公路 铁路 地铁和水 利水电工程施工中隧道等地下工程比重将越来越大 在隧道开挖施工中 传统 的隧道施工工艺已不能满足国家对环保 低耗能 经济性和高安全质量的要求 为此国内科研院所和有关高等院校 施工单位对铁路隧道建筑技术和施工设备 进行了广泛而深入的研究 促进了我国的铁路隧道施工技术和施工设备不断更 新换代 施工工艺和施工方法日新月异 虽然我国铁路隧道施工技术和施工设 备取得了长足的发展 但是与国外发达国家相比 差距仍然很大 为了赶上和 超过国外铁路隧道施工技术和施工设备 必须研制符合中国国情的铁路隧道施 工技术和施工设备 铁路隧道机械化配套就是顺应这一发展趋势而形成的 也 是未来我国铁路隧道建设的主要发展方向 而以多功能钻孔台车 防水板铺设 台车 混凝土湿喷射机械手和移动仰拱栈桥在内的机械化配套施工工艺对环境 污染少 安全系数较高 成本低 消耗能量少 比传统的隧道施工工艺有着显 著的优势 可有效地改善以往施工工艺的弊端 是一种值得广泛推广 较为经 济 先进的施工工艺 多功能钻孔台车多功能钻孔台车 多功能钻孔台车主架包括二根行走梁 四根立柱 含四根伸缩立柱 四根 横梁 四根纵梁以及横梁间隔撑等 以上主架均由 12mm 厚的钢板焊接而成 台 车工作平台设计简单 主要有二十四个 分别由槽钢 10 号和直径 10mm 的钢筋 经焊接而成 台车行走机构主要由电动机 减速器 链轮和链条及胶轮组成 多功能钻孔台车是铁路隧道机械化配套设备之一 而新研制的多功能钻孔台车 与简易钻孔台架相比有如下的优点 1 多功能钻孔台车具有自己行走的功能 通过电动机 减速机 链条和链 轮 带动胶轮行走到施工场地 方便操作 省工省力 2 多功能钻孔台车工作平台具有自我调节的功能 通过附设其上的液压缸 可以自如调节到任意合适的位置 减轻了施工人员的劳动强度 3 多功能钻孔台车具有满足不同隧道断面掘进的功能 通过设置其上的液 压缸来调整多功能钻孔台车的高度 既能满足全断面隧道开挖 也能满足大断 面隧道开挖 即节省了材料 同时也提高了工程进度 4 多功能钻孔台车具有安装拱架及花拱架的功能 在多功能钻孔台车上设 置有专门的拱架安装设备 不仅拱架安装方便 而且节省人力 5 多功能钻孔台车具有吊机功能 在多功能钻孔台车上设有起吊设备 可 以吊运隧道施工所要的不同材料 一车多用 6 多功能钻孔台车上风管 水管 电线 照明等布置合理有序 美观大方 方便操作 防水板铺设台车防水板铺设台车 目前 我国在防水板铺设作业中 普遍采用简易焊接台架 使用中施工人 员劳动强度大 存在安全隐患 防水板铺设困难 很难达到规范要求 为了解 决这些问题 从机械化和自动化的角度出发 我们先后研制了两代防水板铺设 台车 目前 第二代防水板台车基本实现了防水板铺设自动化的要求 铺设装 置到工作面的距离可调 方便防水板铺设与焊接 1 工人劳动强度大幅降低 防水板铺设台车与简易台车相比能显著降低施 工人员劳动强度 使用简易台车的时 土工布和防水板都是由装载机配合 由 工人搬到台车顶层平台铺开 需要多人配合铺开 调整位置 并且 简易台车 平台层间距和平台与初衬面距离不合理 防水板的位置调整和固定比较费力 防水板铺设台车有防水板铺设装置 能够实现土工布和防水板的铺设自动化 旋转平台作为自动控制的作业平台 能够沿初衬环面旋转 使土工布和防水板 的定位 铺设 焊接更加方便 省力 2 需要同时施工工人数量减少 使用简易台车时 由于整个防水板的铺设 过程都是由人工完成 需要同时配合的工人多 效率低 防水板铺设台车在防 水板的起吊 调整 铺设过程由铺设装置和旋转平台辅助实施 减少了配合人 数 在使用简易台车的时候一般需要 5 6 人 而且在防水板的起吊和台车行走 时还需装载机配合 而使用防水板铺设台车时 仅需要 3 个人 无需装载机配 合 一般情况下 使用防水板台车时 由 1 个人控制铺设装置和旋转平台 掌 握好铺设装置和旋转平台之间的距离 以便于铺设工作的进行 另外两个人进 行防水板的固定和焊接工作 工作效率较高 3 完成一板防水板铺设需要工时少 虽然在使用简易台车和防水板铺设台 车的时候 防水板的铺设和焊接需时基本相同 防水板铺设台车需时较短 在 加快防水板铺设的进度上效果有限 但是 由于防水板铺设台车需要同时工作 的人数较少 因此 使用防水板台车所需工时少 效率高 4 防水板位置调整 固定 焊接较方便 防水板铺设效果明显提高 由于 防水板台车有自动化的铺设装置和作业平台的辅助 防水板的展开可以自动进 行 防水板的位置调整则可以通过台车的定位和铺设装置上的调节装置调整 防水板的固定在防水板的展开过程中由工人随旋转平台固定 操作较为方便 防水板的焊接在防水板固定之后 有人工随旋转平台进行焊接 操作也较为方 便 由于 防水板铺设的整个过程中 各个环节的操作比较方便 出现漏焊 防水板局部焊穿的现象比较少 焊接效果明显提高 5 工作安全系数高 防水板铺设台车 有完整的液压和电路布置 油管线 路和电线路互不干扰 电气控制线路有安全保护装置和规范的操作装置 可以 避免漏电 触电事故的发生 台车固定平台有护栏和护梯 方便施工人员上下 旋转平台有自锁装置 可以保证施工人员的安全 6 防水板台车有横移装置 可以调整台车与初衬面之间的距离 保证台车 在整过隧道中顺利通过 混凝土湿喷机械手混凝土湿喷机械手 天平山隧道出口为单洞双线隧道 设计时速为 250km 洞身基岩以砂岩为 主 局部夹页岩 受附近区域性断层影响 段内多发育次级小型构造 岩体节 理裂隙发育 完整性较差 天平山隧道出口段全长 2374m 设计 V 级围岩 274m IV 级围岩 690m 级围岩 1410m 采用全断面或三台阶钻爆法施工 所 有初期支护采用 C25 湿喷混凝土 天平山隧道出口于今年七月份引进 Sika PM500PC 湿喷机械手 主要承担隧道初期支护的混凝土喷射任务 到目前为止 已工作 60 余循环 完成工作量 3100 余方 待机械手工作稳定后 统计工作循 环 40 次 完成工作量 2111m3 回弹 14 21 速凝剂每千克水泥添加量 0 399kg 在统计期间 平均每循环完成工作量 53m3 平均每循环耗时 5 7 小时 在正常情况下完成 10m3混凝土的喷射所需时间 22 26 分钟 从目前统计的数 据来看 在回弹量方面与干喷相比显著下降 与传统的湿喷机相比也有所下降 在快速性方面 与传统干湿喷机相比 优势体现在初期支护上 单纯从统计数 据方面看机械手的效率优势并没有得到充分发挥 然而 机械手的应用在国内 并没有成熟的经验 影响机械手作业效率的因素有很多 在解决了诸多因素之 后 合理组织施工 其优势将会越来越明显 在施工安全方面一采用砼喷射机械手进行湿喷作业时 作业人员通过该砼 喷射机械手配备的遥控机械手实现了对砼喷射机械手的遥控控制 从而可以使 机械手伸缩到掌子面进行施工 而作业人员和机器可停留在已完成初期支护的 位置进行湿喷作业 以此避免了在传统施工工艺中 人员与湿喷机械均要在暴 露在尚未进行支护的围岩下进行作业 对机械设备和施工人员存在着很大的安 全隐患 采用砼喷射机械手 几乎没有粉尘 作业人员作业环境很好 佩戴防 尘口罩即将防止对人员产生职业伤害 传统施工工艺作业面周围粉尘特别大 即便作业佩戴防护口罩 仍无法避免职业病伤害 矽肺病的阴影仍笼罩在每一 个作业人员 作业人员职业健康无法保障 在施工成本方面的比较一台砼喷射机械手喷射支护施工只需要 3 人操作在 一小时就能完成 20m3 以上砼 砼喷射的回弹量一般可以控制在 6 以内 能源 消耗每小时只需 140 度电 传统的人工 喷射 支护 一台传统机械设备施工需 要 6 个人 每小时喷射砼仅为 3m3 3 台传统机械 喷射 设备需要 2 台 120KW 20 m3 的电动空压机 砼喷射回弹量一般在 35 以上 在喷射同等量的砼的情 况下 传统施工工艺的能源消耗和配件材料消耗是机械化配套施工能源消耗的 5 倍以上 Sika PM500 PC 砼喷射机械手进行喷射砼作业 施工效率是普通湿喷 机的 8 10 倍 每个开挖循环节省 6 7 个小时 Sika PM500PC 湿喷机采用液态 添加剂计量输送装置 能够精确地添加速凝剂用量 喷头安装红外线距离感应 器 保证了喷头到喷射面始终控制在 0 8 米 有效保证了喷射混凝土强度和质 量 作业时 施工人员处于已完成初期支护的位置 采用机械手伸缩到掌子面 进行施工 即使掌子面突发塌方也不会威胁到施工人员 移动仰拱栈桥移动仰拱栈桥 施作仰拱对掘进干扰大一直是国内隧道钻爆法施工中未能很好解决的一大 难题 目前 大多数钻爆法施工的隧道采用半侧施作或简易栈桥的方法进行仰 拱施工 但是由于传统栈桥采用的是固定结构 适应性 灵活性差 不但仰拱 施工质量难以控制 而且开挖 衬砌不能同步进行 导致劳动强度高 安全事 故频发 功效非常低 大大影响了隧道施工速度 施工企业为了完成任务 不 得不在隧道狭小的空间里密集配备资源 单一推进掌子面掘进的同时 无法很 好的兼顾其他作业面的良好进展 导致二次衬砌的跟进难以保证 为实现高速快捷 减少施工干扰 加快施工进度 降低工程造价的目标 解决这个难题 许多单位都相继试制了各种各样的移动栈桥 以不间歇 循环 施工为目的 设计并制造出了可移动式仰拱栈桥 栈桥牺牲一部分有效长度 后部增加配重的方式 使栈桥前端呈悬臂 栈桥前部无需着地即可行走 当爆 破时栈桥后退到安全场所 爆破完成后栈桥悬臂跨过开挖部位就位 无需像其 他栈桥那样倒碴 配重全部放在隐形位置 不影响栈桥的整体视觉效果 栈桥 采用触摸屏遥控器控制 直观性强 操作简单 明了 由 plc 中央处理器控制 各个动作的连续进行 1 1 米为一个行程 当到达预定的行程时 传感器接通 plc 控制桥架起升油缸起升 到达预定的高度时 传感器接通 plc 控制控制行 走油缸反向动作 滑靴复位 当到达预定位置时 传感器接通 plc 控制桥架 起升油缸下降并收回 当桥架落地 起升油缸升到预定的位置时 传感器接通 下一行程开始 如此往复 栈桥自动行走 栈桥采用滑靴和连续梁结构 降低 了栈桥高度 采用了最新的稀土合金材料 抗压强度达到了 120MPa 摩擦系数 为 0 06 耐磨性能优越 在工厂试验行走了 200 米 拆解检查发现加工的刀纹 还在 证明该材料耐磨性能优越 移动仰拱栈桥的成功使用 减少了掌子面开挖施工运输和仰拱施工之间的 干扰 掌子面的工装料具可以从栈桥上通过 不影响栈桥下部的仰拱施工 同 时 栈桥的跨度大 为仰拱施工提供了作业工作面和工作空间 可以有效地组 织起流水施工 提高施工效率 移动栈桥易于拼装 施工中行走灵活 移动就 位方便 提高功效 栈桥采用型钢加工制作的仰拱栈桥 结构稳定 安全可靠 施工安全性高 总结总结 天平山隧道出口机械化配套可以提高铁路施工效率 减轻劳动强度 提高 隧道施工机械化程度 保证隧道施工安全 可以解决以下几个关键问题 效率 问题 环保问题 安全问题 经济性问题 设备与设备间工序与工序间有效衔 接问题 可以依托项目来推进 尽快形成规模 尽快投入使用 总之 通过公司全体员工在机械化配套方面的深入研究与反复实践机械化 配套施工方案在长洪岭隧道得到了有机配合和发挥 使天平山隧道出口成为了 贵广铁路的一个亮点之一 完善我国软硬岩隧道全断面和台阶法施工的全工序 作业线的机械化 尽快建立起了合理的设备配套 协调运转机制 形成一套完 整的具有理论指导 设备配套齐全且具有广泛适应性以及工法完善的机械化体 系 以解决我国铁路修建技术方面的