第三章 隧道支护设

1、 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三章第三章 隧道支护设备隧道支护设备 n第一节 锚杆台车n第二节 混凝土喷射机n第三节 衬砌模板设备 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n1 概述n在隧道施工中，工作面开挖后应立即进行必要的支护，约束围岩的松弛和变形。喷射混凝土配以锚杆的支护方法，可以主动加固围岩，控制围岩变形，防止围岩的松动破坏和坍落，使喷锚在与围岩共同变形的过程中保持围岩的稳定性，是隧道施工中初期支护的主要手段。锚杆支护可将表面可能坍落的岩块悬吊在稳定的岩层上。在分层岩体上打入锚杆后，提高岩层的整体抗弯能力。 辽宁

2、省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n与构件支撑、灌筑混凝土衬砌或其它衬砌结构比较，喷锚结构是一种变“被动”为“主动”的支护形式，在节省劳动力、材料、缩短工期、降低造价方面都有显著的优越性。n采用喷锚支护的施工程序一般为先喷混凝土后打锚杆，锚杆杆体露出岩面的长度不应大于喷层厚度。喷锚机械包括锚杆台车、混凝土喷射机和悬臂式喷嘴遥控操作器（机械手）等。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n2 锚杆台车n锚杆台车是在隧道施工中用干围岩支护的专用设备。在需要锚杆支护的地方用锚杆台车进行钻孔、注浆、插入锚杆，全套工序均由锚

3、杆台车完成，如图3-1所示为锚杆台车外貌图。n锚杆台车由台车底盘、大臂、锚杆机头等组成。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n2.1 台车底盘n锚杆台车的底盘为自行式底盘，和凿岩台车底盘相同，为增加台车的机动性，采用轮胎式底盘、全液压驱动、液压转向，具有机动灵活、操纵轻便等特点。n2.2大臂n大臂结构通常为矩形箱式结构，具有升降、摆动、伸缩、转动等功能。大臂内外套管之间可由摩擦块调整。大臂的动作均由液压系统控制。大臂上各个油缸均装有插入式自动平衡限速阀起保护作用，如大臂受到强大外力作用时

4、，自动打开油口卸荷。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n 2.3锚杆机头n 锚杆机头由凿岩机及其推进器、锚杆推进器、注浆或喷射导架、定位器、三状态定位油缸、锚杆夹持架等部件组成，可完成从钻孔、注浆到锚杆安装全过程的工作。更换少数部件即可安装涨壳式锚杆。图3-2为锚杆机头结构图。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n2.3.1 凿岩机及其推进器 n该机使用全液压凿岩机，可自动防卡钎，带有双向液压马达、水和压气双重冲洗系统，所有液压油管对称地布置

5、在凿岩机后部。n推进器为链式，由两根槽钢靠背焊接而成，由液压马达驱动链条提供动力。凿岩机装在推进器上，具有自动停止、快速退回的功能。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n2.3.2 注浆、喷射导管和抓杆器 n 导管可上、下升降和左右摆动，利于找位，锚杆机头上的抓杆器，向右摆动抓住锚杆，然后夹紧，随着锚杆机头的转动，自动地将锚杆从夹持器上抓出。n 2.3.3锚杆推进器n 配有旋转马达。打注浆锚杆时锚杆无需旋转，马达不工作；打树脂卷锚杆时，旋转马达使锚杆边旋转边摊进，到顶后等待片刻，旋转马达反向旋转给锚杆施加预应力。其推进器与凿岩机推进器一样，只是无自动

6、停止功能。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n2.3.4 锚杆夹持器 n 使用圆盘式锚杆夹持器，每次可夹持8根锚杆，由液压马达驱动，可自动定位。n2.3.5 转动定位器n 由一个带蓄能器的液压缸及橡胶头组成。安装锚杆时，锚杆机头围绕定位器转动，其顶紧力保持恒定。定位器与才能器在工作时处于闭锁状态，以确保定位稳定 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第一节 锚杆台车n2.3.6 三状态液压缸n液压缸是由一个缸体两个活塞杆组成。活塞杆全部回收时，锚杆机头处于打锚杆孔位置；一端活塞杆伸出时，锚杆机头处于注浆或喷树脂卷位置；活塞杆

7、全部伸出时，锚杆机头处于放置锚杆位置。见图3-3。n2.3.7凿岩机液压系统 n凿岩机液压系统可完成钻机冲击、钻杆旋转、钻机推进三个动作。具有半功率开孔、全功率钻进、自动防卡钎、自动计时、自动洗孔、自动停止等功能。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系

8、辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 1、钻孔：手持式凿岩机凿岩孔清孔 2、安装锚杆：将带有锚头的中空锚杆插入锚孔并安装止浆塞、垫板，旋紧螺母 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 3、连接注浆机：注浆接头将锚杆尾端与注浆机连接 4、注浆：注浆机注浆，达到设计压力 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 1、钻孔：凿岩机将安装好钻头的锚杆钻进到设计深度 2、安装止浆塞：卸下钻机并将止浆塞安装在距锚孔口约2cm处 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校

9、 机机 电电 系系 3、连接注浆机：通过注浆机将锚杆尾端与注浆泵相连4、注浆：注浆机注浆，达到设计压力 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 5、安装配件：安装垫板螺母 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n一、概述n 混凝土喷射机是地下工程、岩土工程和市政工程等领域内广泛使用的一种施工设备。它是利用压缩空气或其他动力，将按一定比例配合的拌和料通过管道输送并高速喷射到受喷面上凝结硬化，从而形成混凝土支护层，近年来，喷射混凝土技术以其简便的工艺、独特的效应、经济的造价和广泛的用途，在各种建筑领域内显示出旺盛

10、的生命力。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n1.国内外混凝土喷射机的发展n干式混凝土喷射机的主要优点是输送距离长，设备简单，耐用。但由于它是使干拌和混凝土在喷嘴外与水混和，故而施工粉尘、回弹均较大，干喷作业产生的粉尘危害工人健康，尤其是窄小巷道工程中粉尘污染更为严重。n目前，在一些西方国家中，湿式混凝土喷射机己逐渐成为主要的喷射混凝土作业机具 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n2.湿式混凝土喷射机主要优点n（1）粉尘小 大大降低了机旁和喷嘴处的粉尘浓度，消除

11、了对工人健康的危害。n（2）生产率高 干式混凝土喷射机一般不超过5m3h，而使用湿式混凝土喷射机，人工作业时可达10m3h；采用机械手作业时，则可达20m3h。n（3）回弹度低干喷时，混凝土回弹率可达1550，采用湿喷技术回弹率可降到10以下。n（4）质量高 湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土液化程度高，故可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的匀质性. 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n二、湿式混凝土喷射机的种类及工作原理n（一）泵送型n1.柱塞泵式湿喷机n如图2-3-6所示，这种湿喷机是将柱塞式混凝土泵作为湿式混凝土喷射机

12、的基本机体，在输送管出口装以喷嘴并在此通入压缩空气，将混凝土喷射出去。n这类湿喷机一般较笨重，但输送距离长。在二滩、小浪底等一些大型水利工程中使用的瑞士生产的Robojet041型混凝土喷射机就是这种类型。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n2.螺杆泵式湿喷机n如图2-3-7所示，这种湿喷机是以螺杆与定子套相互啮合时封闭空间容积的变化来输送物料的。这种类型的有德国乌尔马特（UELMAT）公司的SB-3型湿喷机，我国有关单位也曾进行过研制。该机型的主要缺点是生产率低

13、，螺杆和定子套的磨损较严重，故而应用范围不大。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n3.软管挤压泵式湿喷机n如图2-3-8所示，进种湿喷机由搅拌斗、泵送软管、泵体和输料管等部件组成。泵体为圆筒形，中部之行星传动机构带动两个滚轮转动，连续挤压泵送管内的湿料，使之进人输料管压送出去。日本极东PC08-60M型混凝土喷射机即属此类型湿喷机。据报道这种喷射机曾在国外应用较广，但从近年来国内的引进情况来看，已很少使用，其主要问题是挤压管寿命短。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土

14、喷射机n（二）气送式湿式混凝土喷射机 n这类湿喷机是利用压缩空气将物料在软管中以“稀薄流”的形式输送至喷嘴直接喷出。图2-3-9是英国COMPERNASS-208型湿喷机工作原理图。该机为并排的两个罐，一个喷射、一个备料。罐的底部各有一个横卧的螺输送器，喷射罐内通人压缩空气，湿拌和料经螺旋送进输料管，在喷嘴处，通过气环引人的压缩空气使拌和料喷射出去。这种湿喷机的缺点是向罐内加料比较麻烦，罐的清理亦不方便。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n图2-3-10所示是日本

15、德斯古马恩型湿喷机工作原理图。该湿喷机为竖立的两个罐，上罐拌料、下罐喷射，上下罐均有密封阀门，交替开启、关闭，以实现连续喷射。下罐底部有一横卧螺旋驱动湿拌和料至料管内喷射出去。这种湿喷机的缺点是上料高度大、比较笨重。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n图2-3-11所示是瑞士阿列瓦280型湿喷机工作原理图。该机为转子结构，采用液压驱动装置，恒功率变量泵通过液压马达带动转子转动，转速可调，从而使喷射量可调；采用了液压式转子压紧机构，压紧力可调。工作时料斗中的湿拌和料落人转子料孔，经旋转180后料孔与压缩空气进气口相通，湿拌和料遂

16、以悬浮状态被压至出料管，经在喷嘴混合室与液体速凝剂快速充分混合后，从喷嘴高速喷出。该机的缺点是设备投资较大，维护工作量大，自体质量达到2t多，机动性差。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第二节第二节 混凝土喷射机混凝土喷射机n（三）转子活塞式湿喷机n TK-961型湿式混凝土喷射机是铁道科学研究院西南分院近年来研制的一种转子活塞式湿喷机，如图2-3-12所示。该机利用一组活塞将湿拌料推送至机器顶部的混合室，经与空气混合后，通过软管输送到喷嘴，在喷嘴处掺加速凝剂后喷出。该机的主要优点是无余气排放，送料连续性好，且对混凝土的和易性要求不高。 辽宁省交通高等专科学校辽宁

17、省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n1 概述 n保证隧道衬砌的质量，必须做到衬砌结构密实，坚固耐久，外表平整，中

18、线、水平、断面和净空符合规定。隧道衬砌时，模板决定着隧道断面的形状及外表平整性等，因而衬砌模板设备是隧道施工中的重要设备。衬砌模板台车己普遍被采用，近年来国外已开发出高性能的全液压衬砌模板台车。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n2 衬砌模板台车n2.1 简易衬砌台车n简易衬砌台车一般分为上、下两层，下层平台应有一定的净空高度，以便各种运输车辆的通行，台车置于两根轨道上；台车上两层作业平台应保证灌注混凝土操作方便。有的简易衬砌台车上设置混凝土搅拌机和浇注机，可以在台车上进行联合作业，减少每个衬砌环节施工时频繁地搭拆脚手架。 辽

19、宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n2.2 衬砌模板台车n隧道衬砌模板台车由一部台车和数套钢模板组成。模板以型钢为骨架，上铺钢板形成外壳，并设有收拢结构，通过安装在台车上的电动液压装置，进行立模与拆模作业。模板与台车各自为独立系统，每段衬砌灌注混凝土完毕后，台车可与模板脱离，衬砌混凝土由模板结构支撑。台车将后面另一段己灌混凝土可以拆模的禳板收拢后，由电平车牵引，穿过安装好的模板下，到达前方预计灌注段进行立模作业。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n这种钢模台车适用

20、于曲线半径大于等于400m、衬砌厚度小于等于45cm，使用先墙后拱法进行衬砌施工的单线铁路隧道。该台车衬砌作业快速、高效、优质、安全，并节省人力、钢材、木料，减轻劳动强度。n衬砌模板台车由钢模板、台车和液压系统三大部分组成，如图3-3-1所示是衬砌模板台车示意图。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n2.2.1 模板部分 n 每套模板长8m，由四个2m长的拼接段组成。其中分基脚模板、折叠模板、边墙模板、拱脚模板、拱腰模板和加宽块等11块，以及基脚千斤顶、基脚斜撑、堵

21、头块、收拢铰、连接铰等配件，各模板块间均用螺栓对接。钢拱架用18号工字钢和槽钢弯制而成，表面铺焊6mm厚钢板。每套模板设有作业窗40个，为便利灌注和捣实混凝土之用。在每套模板前端有堵头挡板，作灌注时分节用。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n曲线加宽块模板最大的加宽值为80cm。使用时根据隧道曲线设计的加宽断面要求，只需换装相应加宽值的加宽块即可。但在曲线外侧，每8m长的衬砌灌注段由于内外弧长之差，在相邻灌注段的模板接头处，须增加楔形辅助弯头模板。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬

22、砌模板台车衬砌模板台车n2.2.2 台车部分n台车车体为桁架结构，立柱和横梁均采用箱形截面结构，其他部件为型钢组合构造。台车分为上、下两层平台，平台两侧均设有可翻转的脚手平台，便于衬砌施工作业。n台车行走装置为轮轨式，设有顶机装置，可用电平车或机车顶推牵引；还设有制动车器和卡轨器，使台车停止和固定时能安全稳妥。轨道应专门铺设。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n2.2.3 液压系统n液压系统由油泵、油缸及操纵系统等组成，上部垂直油缸控制拱顶模板，侧向油缸控制侧模板。油泵由电机驱动，一般设置两套供油系统，以保证作业的绝对可靠性。

23、n台车的作业程序如图3-3-2所示。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n2.3 全液压衬砌模板台车n隧道施工的及时衬砌是十分重要的，可防止挖掘面的劣化、风化，减少挖掘面的临时支护、喷锚等，并缩短作业循环时间。国外已开发出全液压衬砌模板台车，如图3-3-3所示，该车由基础车、臂架、拱架、模板、控制系统、混凝土浇注系统等组成。台车转移运输时，将模板拱架收拢如图3-3-4a）状态，以便运行。施工实例已表明该台车大大改善了一次衬砌的作业环境，减少了支护，缩短了作业周期，其

24、作业状态如图3-3-4b）所示。 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系 辽宁省交通高等专科学校辽宁省交通高等专科学校 机机 电电 系系第三节第三节 衬砌模板台车衬砌模板台车n2.3.1 基础车.n采用隧道机械的专用轮胎式底盘，适用于隧道施工环境，机动性好、坚固耐用。衬砌混凝土施工所需的设备全部组装在基础车上。n2.3.2拱架 .n如图3-3-3所示拱架2的作用是作为模板1移动的导轨，拱架也是定型架，浇注混凝土时作为承受压力的反力架。拱架有4处关节，可方便地折叠起来。在基础车的前端设置有拱架的调节机构，可实现拱架