RPD-150C多功能钻机、CSS-3混凝土喷浆机械手在隧道施工中的应用.ppt

RPD-150C多功能钻机与CSS-3混凝土喷浆机械手在隧道施工中的应用王振国,中铁二十局集团兰新铁路甘青段七标二一一年九月,目录,一、RPD-150C多功能钻机的应用1、简介2、超前地质预报的应用3、管棚施工的应用4、注浆施工的应用二、CSS-3混凝土喷浆机械手的应用1、简介2、功能特点、应用及要点,RPD-150C多功能钻机在隧道施工中的应用,一、RPD-150C全液压多功能钻机简介RPD-150C多功能钻机为全液压旋转冲击式钻机，整机由内燃柴油机提供动力，由液压装置提供冲击力，采用高压水清洗钻孔，水平最大钻孔深度为150m，钻孔直径为,65225mm，该机配备履带行走装置，钻杆的推进方式为液压和链条组合式；作业时由5个液压油缸联动定位，可完成正向、双侧向大范围的施工。可完成超前地质预报、管棚、注浆等多种作业。,二、RPD-150C的应用1、超前地质预报包括普通超前地质钻探，叠加MWD系统的超前地质钻探，钻芯取样，叠加MWD系统的钻芯取样。2、管棚施工包括单管管棚，跟管管棚，套管管棚。3、注浆施工可实现单液、双液钻注一体式注浆,三、超前地质预报的应用PRD-150C型钻机超前地质预报钻探的手段有三种，一种是普通超前钻探，一种是依靠MWD系统，一种是岩芯取样。1、钻进系统该机所配备的钻进系统为一体化的液动锤设计，钻具兼容性强，可采用50年代以来国内长期采用的潜孔锤钻具施工。钻机钻进系统示意图,2、普通超前钻探该模式在探测隧道前方地质情况时，利用钻机的钻进系统依靠操作手在钻探过程中个人的经验判断出前方地质情况，如地质软硬、有无空洞、有无涌水等。该模式数据获得依靠操作手的经验，缺乏数据的可靠性只适用于判断地质情况不复杂，对施工影响不大的地质情况。,3、MWD系统（MeasurementWhileDrillingSurfaceSystem）MWD系统，即由钻机上配备的十余种传感器，如涌水压力、涌水量、推进力、破坏能、旋转速度、旋转压力、扭矩、推进速度等，将钻孔时接收到的数据传输到钻机上的数据处理中心，形成一系列反映地质变化的曲线图，同时各种数据即时存储于记忆卡中，可即时分析，也可将数据转入电脑，便于资料的积累、研究。技术人员根据曲线的变化和计算，得出隧道前方地质情况的预报。该系统在隧道地质预报、勘察中起着非常重要的作用，为隧道的安全施工作出了重要贡献。该系统的最长探测距离为150米。,钻孔数据记录曲线页面和数据记录页面,打击能主频变化剧烈说明围岩情况变化明显，表明围岩整体性差;打击能主频变化平稳，说明围岩岩性均匀。钻进速度曲线变化情况同样反映围岩变化情况，变化越明显，表明围岩整体性差；相反，说明围岩岩性均匀。水压曲线变化情况反映围岩内软弱夹层的变化情况；水压曲线变化平稳，可以判定围岩夹层较少；相反可以判定围岩夹层较多。,硫磺沟斜井超前地质预报,硫磺沟斜井超前地质预报钻孔记录曲线图,4、岩芯取样岩芯取样，是隧道超前地质预报钻探的另一重要手段。RPD150C型钻机采用旋转冲击钢丝绳提取取芯器的工法取芯，取芯器置于套管钻具之中，钻至预定位置，不退套管钻具，用钢丝绳打捞器将取芯器收回，循环往复取芯。可为隧道施工提供快速了解岩层的性质、压缩强度等信息的作用。该钻机岩芯取样的距离为150米。,取芯示意图,硫磺沟斜井取芯现场,取芯样品,二、管棚施工工艺及应用RPD150C型钻机可实现单管管棚、跟管管棚及套管管棚作业。1、单管管棚RPD150C型钻机可以使用单管进行管棚作业，即钻孔成孔后撤出钻杆钻头再插入管棚管的方法。该施工方法快速、简便，适宜围岩较好容易成孔的情况。,祁连山隧道进口单杆管棚施工,2、跟管管棚在难以成孔的情况下，根据现场施工需要可配置潜孔锤跟管钻具，进行跟管管棚的施工。跟管模式即使用偏心或同心钻头由跟管器带动外杆或管棚管进入孔内的模式。跟管钻具通常与潜孔锤配合，使用特定的钻头，包括偏心跟管钻头（扩孔跟管钻头）或者同心跟管钻头，利用管靴与管棚管用丝扣连接，钻进的同时管棚管同步跟入。该模式的优点是在围岩较破碎难以成孔的情况下，管棚管可以随钻头同步跟入，克服了单管管棚施工中塌孔后无法插入管棚管的缺点。,跟管钻具示意图及实物图,3、套管管棚当钻孔遇到软弱、破碎地质情况不易成孔时，RPD150C型钻机可以使用套管进行钻进。内外钻杆钻头同时由液压驱动旋转冲击钻进，成孔后先撤出内钻头和内钻杆，外管和外刀头暂时留在孔内起到护壁的作用，之后插入管棚管，然后再撤出外钻头和外钻杆。该模式的优点：保证了在难以成孔的软弱、破碎地带的各种作业，避免了跟管作业外管无驱动、容易变形、管靴易损坏等弊病。钻进时，内钻头稍微靠后，渣屑沿内钻杆和外钻杆之间自动刀头前的水转换器排出，彻底解决软弱地层单杆钻进排渣困难的问题。,套管钻具内外钻头,外钻头内钻头,祁连山隧道进口套管管棚施工,三、抢险救援隧道施工地质情况复杂，经常会出现掉块、塌方等现象，发生塌方、关门等的事故有人员被困时RPD-150C多功能钻机可快速完成险情地带的地质探测、地质改良和支护作业；若出现地下空间被塌方阻隔时，可采用套管作业快速为受困人员输送空气、水和其它救助物资。,四、注浆施工的应用及工艺RPD-150C多功能钻机可通过钻杆直接深孔注浆，实现真正的“钻注一体化”施工作业，克服了传统孔口注浆反复扫孔的弊端，以及在高压富水破碎等复杂地质情况下难以将浆液注入孔底的问题。注浆时与止水止浆装置配合，根据地质情况不同，注浆工法可采用前进式、后退式注浆；既可采用单浆液，也可采用双浆液；在出水量极大的情况下，可采用双层杆，将几秒钟即可凝固的特殊浆液注入孔底。,1、防突、止水、止浆在超前地质预报钻探和通过钻杆注浆时，为防止围岩高压水冲出钻孔对人员和设备形成危害，以及为防止浆液倒灌，钻具内部都设有单向阀，钻孔过程中可阻止地下突发水通过钻具涌出掌子面。还可在钻孔前安装高压止水止浆装置，当围岩高压水喷出时，只要关闭止水止浆装置，即可将出水孔壁封闭，将高压水封在孔中。在通过钻杆直接孔底注浆时，关闭止水止浆装置，才能阻止浆液倒灌、喷出，保证孔内压力和注浆效果。在关闭止水止浆装置的同时，钻杆还可自由活动，可顺畅执行各种注浆工艺。,钻具单向阀装置示意图及止水装置实物图,2、地质改良及地基加固针对隧道施工可能遇有高压水、破碎带、软弱土层等问题，钻进过程中可立即用钻杆直接注浆，改善掘进范围内的地质条件，保障施工安全，提高施工效率。针对建筑基础及承载地基可能出现软弱沉降、破碎等问题，可利用钻机钻进地基底部进行钻杆式注浆加固，使地基固结达到所需承载力的要求。特殊情况可利用钻杆式注浆将已沉降的基础抬升至正常范围。,架子一队地基加固处理,3、锚固、锚杆施工利用RPD-150C多功能钻机可方便的实现锚固、锚杆施工，在需锚固的位置采用套管方式钻进，当套管钻进至预定位置，先撤出内杆和内钻头，插入锚索或锚杆，边注浆边撤出外钻杆和外钻头，完成锚固、锚杆施工。,4、钻注一体化注浆利用钻杆钻到需要改良的位置之后，直接通过钻杆把浆液注入孔底，实现边钻边注的钻注一体化注浆工艺，完成地质改良。此工法适用于难于成孔的破碎带或软弱地层，以及高压赋水地质情况。根据地质情况的不同，可采用前进式、后退式、或孔口式等注浆方法。,钻注一体化注浆（钻杆式注浆）,前进式分段注浆钻进后不退钻杆，直接利用钻杆注浆。注浆后立即钻进，直至预定位置。,后退式分段注浆使用双液浆或单液浆，钻至预定深度后不退钻杆，浆液直接通过钻杆注入孔底，边注边退。,5、冲击式双层管注浆冲击式双层管注浆是针对复杂地质条件下，通过双层管进行双液注浆的施工方法。使用双层杆钻进，不同的浆液走不同的通道，在钻头后部混合后喷出，完成双液注浆作业。,五、总结RPD-150C全液压多功能钻机在工程施工中动力强劲、噪声较低、空气污染小、钻孔速度快、操作简单；配有性能优越的旋转冲击动力辅助锤，可靠性极高；钻杆自动拆卸可快速完成各种作业，作业范围大能适应各种工况；RPD-150C钻机的功能多用途广，尤其是超前地质预报、管棚施工、止水注浆的应用在长大隧道施工中起到非常重要的作用。,CSS-3混凝土喷浆机械手在隧道施工中的应用,意大利CIFACSS-3混凝土喷浆机械手,一、简介在铁路公路隧道、深基坑和道路边坡防护等工程施工中，广泛采用喷射混凝土的支护方法。传统的人工喷射混凝土法，其工作环境恶劣，对工人身体危害大；劳动强度高，效率低；而且难以保证喷浆的工艺要求。因此，采用机械化喷浆作业成为喷射混凝土技术发展的一种趋势。意大利CIFACSS-3混凝土喷浆机械手是智能化程度非常高的混凝土湿喷设备。整机为双动力配置，可分别由内燃柴油机和电动机独立提供动力工作，最大理论喷射方量30方/小时，配备四轮转向蟹行机构底盘，四轮驱动无极变速。该设备人性化设计出色，全液压泵送，全自动无线遥控操作，机载空压机，智能外加剂调剂系统，双转台设计臂架灵活，能灵活方便的完成各种作业面的混凝土喷射任务。,硫磺沟斜井边坡防护作业,喷浆机械手各种工作方式及施工范围,二、意大利CIFACSS-3混凝土喷浆机械手的特点1、工作范围大，拥有强大的灵活性该喷浆机械手臂架由三截折叠式大臂组成，臂座可在水平及垂直方向两级旋转，臂座沿底盘轴线可在3.7米范围内纵向滑移，小臂易有1.8米伸缩空间。利用臂架的各个动作组合可实现最大15.7m的喷射半径，最小3.6m的喷射半径，可在15.7m的纵向范围内移动喷浆。2、喷浆效率高。该喷浆机械手设计效率为30m3/h，是一般混凝土喷射机械的6倍，极大的提高了作业效率，缩短了喷浆作业的时间，加快了整个工程的施工进度。3、喷浆质量好，回弹量低。利用遥控器控制及软件自动控制喷枪口与受喷面垂直、等距，减少了回弹量，控制了喷射质量。喷浆机械手可以时刻保证最佳的喷射混凝土工艺参数，与人工喷射时受操作人员技术水平、疲劳程度、站位、身体状况等因素的影响，不能保证最佳工艺参数比较，显著减少了回弹量。,4、经济效果显著。由于降低了回弹量，提高了喷浆施工的效率，同时又节约了材料和时间。5、操作简单，性能可靠。喷浆机械手到达施工现场后，接通电源后，即可施工。6、安全。操作人员可以通过无线遥控器，控制喷浆机械手作业，可在将喷头伸至人员无法到达的危险区域进行喷浆作业，也可通过喷头直接对塌腔进行喷浆回填，使施工人员避开了有塌落危险的工作区域，保障了施工人员的安全。7、降低了劳动强度，提高了施工效率。克服了喷射混凝土操作人员劳动强度大，劳动效率低的通病。8、健康。通过遥控器控制喷浆，不需人工上料及手持喷浆管，避免了操作人员站在粉尘中施工，改善了作业环境，保障了操作人员的健康。,三、混凝土喷射机械手在隧道施工时需注意的几个问题1、造成混凝土堵管的通常原因(1)输料管太干燥或润滑不够；(2)S摆管阀漏浆；(3)输料管泄漏；(4)在S摆管阀或输料管里有以前残留硬化的混凝土；(5)混凝土配比或骨料级配不合理；(6)混凝土离析；(7)混凝土已经开始初凝。,2、避免混凝土堵管必须采取的有效措施(1)严格按照规定选择符合喷射要求的混凝土进行喷射。(2)每次泵送前，必须先泵送一定量的水泥砂浆（通常为12方），进行管路润滑。(3)每次喷浆结束后，必须对喷浆机械手进行清洗，清理料斗及管路中残留的混凝土。(4)对已磨损的输料管要及时更换。(5)应尽量避免喷浆过程的中断，防止混凝土离析或初凝。如果发生堵管，须立即将混凝土反抽回料斗并搅拌重新混合。当混凝土泵送缸和S摆管阀自动转换正常时，可转换成高压小排量泵送，确认泵送正常不再堵管后转入正常泵送速度继续喷浆。,3、尽量减少混凝土的回弹在喷浆作业时，混凝土的回弹难以避免，但回弹过多，使喷浆效率降低，材料消耗增大，施工成本增加。回弹的多少几乎与喷射作业中各个施工环节都有关系，如拌合料中粗骨料的含量、使用的水泥及速凝剂的质量、混合料的均匀度、喷浆机的性能、喷射手的操作技术、受喷面的情况等，都会影响混凝土的回弹量。所以必须掌握以下4点正确的操作要领。(1)选择最佳的喷射距离与喷射角度。最佳喷射距离也受很多因素影响，包含拌合料的骨料粒径、颗粒级配、喷射面的处理及喷射面的性质等。但一般说来喷射距离应控制在0.61.4m。喷射方向应尽量与受喷面垂直，若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加倾斜，但不宜小于70。,(2)采用正确的喷浆顺序。喷浆作业时，可开启喷浆机械手的360连续刷动功能，使喷枪作螺旋运动，自下而上喷射，主要作用是保证受喷面上的混凝土覆盖均匀，减少由于喷浆作业时粉尘覆盖在受喷面上而造成的混凝土回弹。在受喷面上首次喷射混凝土时，绝大部分粗骨料都会因回弹掉落在地上，为避免这种现象，在初喷时可先喷一层标号稍高的水泥砂浆，然后再喷正常的混凝土。(3)控制好一次喷浆的厚度。一次喷浆厚度主要由喷射混凝土颗粒间的凝聚力和喷射层与受喷面的粘结力而定。厚度太薄会增大回弹率，厚度太厚会使混凝土颗粒间的凝聚力减弱，同时会引起大片塌落或使混凝土与岩面脱离。适宜的一次喷射厚度就是混凝土层在不错裂、不脱落的情况下达到的最大厚度。它与喷射部位有关，根据本项目施工经验，在掺加速凝剂时拱部为56cm，边墙为710cm。,(4)掌握好分层喷射的间隔时间。分层喷射的间隔时间不仅与水泥的品种、速凝剂的掺量有关，而且与施工温度、速凝剂种类和水灰比大小等有关。分层喷射间隔时间不宜过短，一般至少为1520min。4、喷射混凝土配合比及速凝剂掺量的选择喷射混凝土的配合比选择