談隧道機械化配套

談隧道機械化配套 隧道和地下工程的施工方法基本分為兩大類，即鉆爆法和掘進機法。目前我國在山嶺隧道施工中主要的還是鉆爆法，過去借助于簡單的工具,基本上靠人力完成，現(xiàn)在基本實現(xiàn)了機械化施工.從80年代開始，我國陸續(xù)從國外引進了一批先進的鉆爆法隧道施工機械,大幅度提高了施工的機械化水平，使國內(nèi)的隧道施工技術上了一個大臺階.并且隨著時間的推移，這種施工方法不斷得到完善和發(fā)展. 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高,國家對基礎設施投入的不斷加大，以及國家對基礎建設的施工要求的不斷提高；在公路、鐵路、地鐵和水利水電工程施工中隧道等地下工程比重將越來越大；在隧道開挖施工中,傳統(tǒng)的隧道施工工藝已不能滿足國家對環(huán)保、低耗能、經(jīng)濟性和高安全質(zhì)量的要求。為此國內(nèi)科研院所和有關高等院校，施工單位對鐵路隧道建筑技術和施工設備進行了廣泛而深入的研究，促進了我國的鐵路隧道施工技術和施工設備不斷更新?lián)Q代，施工工藝和施工方法日新月異。雖然我國鐵路隧道施工技術和施工設備取得了長足的發(fā)展，但是與國外發(fā)達國家相比,差距仍然很大.為了趕上和超過國外鐵路隧道施工技術和施工設備，必須研制符合中國國情的鐵路隧道施工技術和施工設備；鐵路隧道機械化配套就是順應這一發(fā)展趨勢而形成的，也是未來我國鐵路隧道建設的主要發(fā)展方向.而以多功能鉆孔臺車、防水板鋪設臺車、混凝土濕噴射機械手和移動仰拱棧橋在內(nèi)的機械化配套施工工藝對環(huán)境污染少,安全系數(shù)較高，成本低，消耗能量少,比傳統(tǒng)的隧道施工工藝有著顯著的優(yōu)勢，可有效地改善以往施工工藝的弊端，是一種值得廣泛推廣，較為經(jīng)濟、先進的施工工藝。 多功能鉆孔臺車 多功能鉆孔臺車主架包括二根行走梁，四根立柱（含四根伸縮立柱），四根橫梁，四根縱梁以及橫梁間隔撐等。以上主架均由12mm厚的鋼板焊接而成.臺車工作平臺設計簡單,主要有二十四個。分別由槽鋼10號和直徑10mm的鋼筋經(jīng)焊接而成。臺車行走機構(gòu)主要由電動機，減速器,鏈輪和鏈條及膠輪組成。多功能鉆孔臺車是鐵路隧道機械化配套設備之一。而新研制的多功能鉆孔臺車與簡易鉆孔臺架相比有如下的優(yōu)點. 1、多功能鉆孔臺車具有自己行走的功能.通過電動機，減速機，鏈條和鏈輪，帶動膠輪行走到施工場地。方便操作，省工省力。 2、多功能鉆孔臺車工作平臺具有自我調(diào)節(jié)的功能。通過附設其上的液壓缸可以自如調(diào)節(jié)到任意合適的位置，減輕了施工人員的勞動強度。 3、多功能鉆孔臺車具有滿足不同隧道斷面掘進的功能。通過設置其上的液壓缸來調(diào)整多功能鉆孔臺車的高度，既能滿足全斷面隧道開挖，也能滿足大斷面隧道開挖，即節(jié)省了材料，同時也提高了工程進度。 4、多功能鉆孔臺車具有安裝拱架及花拱架的功能.在多功能鉆孔臺車上設置有專門的拱架安裝設備，不僅拱架安裝方便，而且節(jié)省人力。 5、多功能鉆孔臺車具有吊機功能。在多功能鉆孔臺車上設有起吊設備,可以吊運隧道施工所要的不同材料。一車多用. 6、多功能鉆孔臺車上風管，水管，電線，照明等布置合理有序，美觀大方，方便操作。 防水板鋪設臺車 目前，我國在防水板鋪設作業(yè)中,普遍采用簡易焊接臺架,使用中施工人員勞動強度大，存在安全隱患，防水板鋪設困難，很難達到規(guī)范要求。為了解決這些問題,從機械化和自動化的角度出發(fā)，我們先后研制了兩代防水板鋪設臺車。目前，第二代防水板臺車基本實現(xiàn)了防水板鋪設自動化的要求，鋪設裝置到工作面的距離可調(diào)，方便防水板鋪設與焊接。 1.工人勞動強度大幅降低，防水板鋪設臺車與簡易臺車相比能顯著降低施工人員勞動強度。使用簡易臺車的時，土工布和防水板都是由裝載機配合，由工人搬到臺車頂層平臺鋪開，需要多人配合鋪開、調(diào)整位置。并且，簡易臺車平臺層間距和平臺與初襯面距離不合理，防水板的位置調(diào)整和固定比較費力。防水板鋪設臺車有防水板鋪設裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)土工布和防水板的鋪設自動化,旋轉(zhuǎn)平臺作為自動控制的作業(yè)平臺，能夠沿初襯環(huán)面旋轉(zhuǎn)，使土工布和防水板的定位、鋪設、焊接更加方便，省力。 2.需要同時施工工人數(shù)量減少。使用簡易臺車時，由于整個防水板的鋪設過程都是由人工完成，需要同時配合的工人多,效率低。防水板鋪設臺車在防水板的起吊、調(diào)整、鋪設過程由鋪設裝置和旋轉(zhuǎn)平臺輔助實施，減少了配合人數(shù)。在使用簡易臺車的時候一般需要5～6人，而且在防水板的起吊和臺車行走時還需裝載機配合，而使用防水板鋪設臺車時，僅需要3個人，無需裝載機配合。一般情況下，使用防水板臺車時，由1個人控制鋪設裝置和旋轉(zhuǎn)平臺，掌握好鋪設裝置和旋轉(zhuǎn)平臺之間的距離，以便于鋪設工作的進行，另外兩個人進行防水板的固定和焊接工作，工作效率較高。 3。完成一板防水板鋪設需要工時少.雖然在使用簡易臺車和防水板鋪設臺車的時候，防水板的鋪設和焊接需時基本相同,防水板鋪設臺車需時較短,在加快防水板鋪設的進度上效果有限，但是，由于防水板鋪設臺車需要同時工作的人數(shù)較少,因此，使用防水板臺車所需工時少，效率高。 4。防水板位置調(diào)整、固定、焊接較方便，防水板鋪設效果明顯提高。由于防水板臺車有自動化的鋪設裝置和作業(yè)平臺的輔助，防水板的展開可以自動進行，防水板的位置調(diào)整則可以通過臺車的定位和鋪設裝置上的調(diào)節(jié)裝置調(diào)整。防水板的固定在防水板的展開過程中由工人隨旋轉(zhuǎn)平臺固定,操作較為方便。防水板的焊接在防水板固定之后，有人工隨旋轉(zhuǎn)平臺進行焊接,操作也較為方便.由于,防水板鋪設的整個過程中，各個環(huán)節(jié)的操作比較方便,出現(xiàn)漏焊、防水板局部焊穿的現(xiàn)象比較少，焊接效果明顯提高。 5。工作安全系數(shù)高。防水板鋪設臺車,有完整的液壓和電路布置，油管線路和電線路互不干擾，電氣控制線路有安全保護裝置和規(guī)范的操作裝置，可以避免漏電、觸電事故的發(fā)生。臺車固定平臺有護欄和護梯，方便施工人員上下，旋轉(zhuǎn)平臺有自鎖裝置,可以保證施工人員的安全. 6.防水板臺車有橫移裝置,可以調(diào)整臺車與初襯面之間的距離，保證臺車在整過隧道中順利通過。 混凝土濕噴機械手 天平山隧道出口為單洞雙線隧道，設計時速為250km 。洞身基巖以砂巖為主，局部夾頁巖，受附近區(qū)域性斷層影響,段內(nèi)多發(fā)育次級小型構(gòu)造,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,完整性較差。天平山隧道出口段全長2374m，設計V級圍巖274m,IV級圍巖690m，Ⅲ級圍巖1410m。采用全斷面或三臺階鉆爆法施工，所有初期支護采用C25濕噴混凝土。天平山隧道出口于今年七月份引進Sika—PM500PC濕噴機械手,主要承擔隧道初期支護的混凝土噴射任務.到目前為止，已工作60余循環(huán)，完成工作量3100余方。待機械手工作穩(wěn)定后，統(tǒng)計工作循環(huán)40次，完成工作量2111m3，回彈14。21％，速凝劑每千克水泥添加量0.399kg。在統(tǒng)計期間,平均每循環(huán)完成工作量53m3，平均每循環(huán)耗時5.7小時，在正常情況下完成10m3混凝土的噴射所需時間22～26分鐘。從目前統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看,在回彈量方面與干噴相比顯著下降 ，與傳統(tǒng)的濕噴機相比也有所下降，在快速性方面，與傳統(tǒng)干濕噴機相比，優(yōu)勢體現(xiàn)在初期支護上.單純從統(tǒng)計數(shù)據(jù)方面看機械手的效率優(yōu)勢并沒有得到充分發(fā)揮，然而，機械手的應用在國內(nèi)并沒有成熟的經(jīng)驗，影響機械手作業(yè)效率的因素有很多，在解決了諸多因素之后，合理組織施工，其優(yōu)勢將會越來越明顯。 在施工安全方面一采用砼噴射機械手進行濕噴作業(yè)時，作業(yè)人員通過該砼噴射機械手配備的遙控機械手實現(xiàn)了對砼噴射機械手的遙控控制,從而可以使機械手伸縮到掌子面進行施工,而作業(yè)人員和機器可停留在已完成初期支護的位置進行濕噴作業(yè)，以此避免了在傳統(tǒng)施工工藝中,人員與濕噴機械均要在暴露在尚未進行支護的圍巖下進行作業(yè)，對機械設備和施工人員存在著很大的安全隱患；采用砼噴射機械手，幾乎沒有粉塵，作業(yè)人員作業(yè)環(huán)境很好,佩戴防塵口罩即將防止對人員產(chǎn)生職業(yè)傷害。傳統(tǒng)施工工藝作業(yè)面周圍粉塵特別大,即便作業(yè)佩戴防護口罩，仍無法避免職業(yè)病傷害，矽肺病的陰影仍籠罩在每一個作業(yè)人員,作業(yè)人員職業(yè)健康無法保障。 　　在施工成本方面的比較一臺砼噴射機械手噴射支護施工只需要3人操作在一小時就能完成20m3以上砼，砼噴射的回彈量一般可以控制在6%以內(nèi)。能源消耗每小時只需140度電,傳統(tǒng)的人工（噴射)支護，一臺傳統(tǒng)機械設備施工需要6個人，每小時噴射砼僅為3m3，3臺傳統(tǒng)機械（噴射）設備需要2臺120KW 20 m3的電動空壓機，砼噴射回彈量一般在35％以上，在噴射同等量的砼的情況下，傳統(tǒng)施工工藝的能源消耗和配件材料消耗是機械化配套施工能源消耗的5倍以上;Sika—PM500 PC砼噴射機械手進行噴射砼作業(yè)，施工效率是普通濕噴機的8—10倍，每個開挖循環(huán)節(jié)省6—7個小時。Sika-PM500PC濕噴機采用液態(tài)添加劑計量輸送裝置,能夠精確地添加速凝劑用量，噴頭安裝紅外線距離感應器，保證了噴頭到噴射面始終控制在0.8米，有效保證了噴射混凝土強度和質(zhì)量。作業(yè)時，施工人員處于已完成初期支護的位置,采用機械手伸縮到掌子面進行施工，即使掌子面突發(fā)塌方也不會威脅到施工人員。 移動仰拱棧橋 施作仰拱對掘進干擾大一直是國內(nèi)隧道鉆爆法施工中未能很好解決的一大難題。目前，大多數(shù)鉆爆法施工的隧道采用半側(cè)施作或簡易棧橋的方法進行仰拱施工。但是由于傳統(tǒng)棧橋采用的是固定結(jié)構(gòu)，適應性、靈活性差，不但仰拱施工質(zhì)量難以控制，而且開挖、襯砌不能同步進行，導致勞動強度高、安全事故頻發(fā)、功效非常低，大大影響了隧道施工速度。施工企業(yè)為了完成任務,不得不在隧道狹小的空間里密集配備資源，單一推進掌子面掘進的同時，無法很好的兼顧其他作業(yè)面的良好進展，導致二次襯砌的跟進難以保證。 為實現(xiàn)高速快捷、減少施工干擾、加快施工進度、降低工程造價的目標，解決這個難題，許多單位都相繼試制了各種各樣的移動棧橋,以不間歇、循環(huán)施工為目的，設計并制造出了可移動式仰拱棧橋.棧橋犧牲一部分有效長度，后部增加配重的方式，使棧橋前端呈懸臂；棧橋前部無需著地即可行走，當爆破時棧橋后退到安全場所，爆破完成后棧橋懸臂跨過開挖部位就位；無需像其他棧橋那樣倒碴.配重全部放在隱形位置，不影響棧橋的整體視覺效果。棧橋采用觸摸屏遙控器控制，直觀性強,操作簡單、明了；由plc中央處理器控制各個動作的連續(xù)進行；1。1米為一個行程,當?shù)竭_預定的行程時，傳感器接通；plc控制橋架起升油缸起升,到達預定的高度時，傳感器接通;plc控制控制行走油缸反向動作，滑靴復位,當?shù)竭_預定位置時，傳感器接通；plc控制橋架起升油缸下降并收回,當橋架落地，起升油缸升到預定的位置時，傳感器接通,下一行程開始。如此往復,棧橋自動行走。棧橋采用滑靴和連續(xù)梁結(jié)構(gòu),降低了棧橋高度。采用了最新的稀土合金材料，抗壓強度達到了120MPa,摩擦系數(shù)為0.06,耐磨性能優(yōu)越。在工廠試驗行走了200米,拆解檢查發(fā)現(xiàn)加工的刀紋還在，證明該材料耐磨性能優(yōu)越. 移動仰拱棧橋的成功使用，減少了掌子面開挖施工運輸和仰拱施工之間的干擾,掌子面的工裝料具可以從棧橋上通過,不影響棧橋下部的仰拱施工；同時,棧橋的跨度大,為仰拱施工提供了作業(yè)工作面和工作空間,可以有效地組織起流水施工，提高施工效率。移動棧橋易于拼裝，施工中行走靈活，移動就位方便,提高功效。棧橋采用型鋼加工制作的仰拱棧橋，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全可靠，施工安全性高。 總結(jié) 天平山隧道出口機械化配套可以提高鐵路施工效率,減輕勞動強度,提高隧道施工機械化程度，保證隧道施工安全?？梢越鉀Q以下幾個關鍵問題：效率問題、環(huán)保問題、安全問題、經(jīng)濟性問題、設備與設備間工序與工序間有效銜接問題?？梢砸劳许椖縼硗七M，盡快形成規(guī)模，盡快投入使用. 總之，通過公司全體員工在機械化配套方面的深入研究與反復實踐機械化配套施工方案在長洪嶺隧道得到了有機配合和發(fā)揮,使天平山隧道出口成為了貴廣鐵路的一個亮點之一。完善我國軟硬巖隧道全斷面和臺階法施工的全工序作業(yè)線的機械化，盡快建立起了合理的設備配套、協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)機制，形成一套完整的具有理論指導、設備配套齊全且具有廣泛適應性以及工法完善的機械化體系，以解決我國鐵路修建技術方面的設備配套及國產(chǎn)化問題.核算機械化施工的各項經(jīng)濟指標，對評價投資規(guī)模,促進施工進度,縮短工期，保證施工質(zhì)量和安全，提升隧道施工裝備實力與國產(chǎn)化水平，進而形成我國鐵路機械化配套施工技術體系具有重要意義。 總結(jié)近幾年鐵路建設技術裝備的發(fā)展過程，我們對推動隧道施工機械化事業(yè)充滿信心。我國高速鐵路路基、橋梁、線路工程重大設備以及動車組技術的引進、吸收、再創(chuàng)新過程僅用了幾年時間,我們同樣可以在較短的時間內(nèi)全面實現(xiàn)隧道機械化技術裝備的研發(fā)，快速推進隧道施工機械化的歷史進程，并與中國隧道建設者一道開創(chuàng)有中國特色的隧道施工技術的新時代.