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摘要:辅助坑道断面较小,空间受限。针对钻爆法施工的辅助坑道,从其交通、
作业条件着手,通过调查研究,选择合理、高效、尽量利用正洞配置的机械设备提出合理化的意见及建议,实现辅助坑道的机械化施工,提高辅助坑道施工进度关键词:辅助坑道;机械化施工;加快施工进度
1引言
机械化施工相较于传统施工方法能够加快施工进度、节约劳动力、减轻劳动强度、改善施工条件、提高工程质量、降低工程成本,因此机械化施工是今后隧道施工的发展方向。
辅助坑道分为单车道及双车道,(宽>高);(宽>高)。因单车道辅助坑道断面及作业空间较小,施工干扰问题更为突出,将对其进行重点研究。
图1单车道内轮廓示意图(单位cm)
(宽>高)。内轮廓满足ZYS82全电脑两臂凿岩台车、HPS3016SG湿喷机械手、
SX3255GP5269陕汽轩德X6自卸车15t、4m3凝土运输车、,并考虑通风管、排水管和高压风管的布置、。风管考虑采用托架,防止风带下垂影响洞内施工作业空间。
表1单车道辅助坑道设备选型表
风管直径:0150cm两根。风管布置为一般情况的示意,斜井考虑双向施工,风管按两根0150cm布置;长距离施工时根据施工组织调整风管直径及布置形式。
⑴开挖
)凿1岩台车
通过对辅助坑道断面及衬砌台车通道尺寸进行分析,ZYS82型全电脑二臂凿岩台车满足作业空间要求。
表2ZYS8型全电脑二臂凿岩台车参数表
该设备采用全智能控制系统,车辆自动定位、臂架姿态自动调整,多臂协同钻孔推进,一次成孔多,施工效率高。
)悬2臂掘进机
悬臂掘进机集切割、行走、装运、喷雾降尘等多功能于一体。围岩单轴抗压强度20—60MPa的软岩隧道较为适用,作业效率高、作业人员少、对围岩损伤扰动小、安全性高,开挖出渣连续。
但悬臂式掘进机作业也存在较多的不足。
因掘进机切割头较长,,防止已施作初期支护在下次开挖时受损,致使掌子面处产生过大临空面。
因悬臂式掘进机尺寸相对较大(长>宽>高=,无法在掘进中同时通过二次衬砌台车,二次衬砌一旦开始作业,掘进机仅能单线单向前行掘进,洞内维修困难。
由于掘进机切割部受自身长度制约,无法满足分台阶掘进施工。
悬臂掘进机在切割围岩时会产生大量粉尘。采用常规压入式通风方式通风,隧道会一直处于粉尘十分大的污风之中。洒水降尘,因切割围岩较破碎又会导致掌子面淤泥堆积,影响正常施工。根据以往施工经验,即使配置大功率的吸尘机,实际使用效果仍然并不理想。
设备费用较高,例如三一重工EBZ260(H)型售价约580万元。悬臂掘进机与钻爆法发开挖相比施工成本较高,主要是截齿费用及水电费用。
3)小结通过上述分析得出,单车道辅助坑道采用全电脑两臂凿岩台车钻孔爆破开挖更为适宜。悬臂掘进机施工具有局限性且生产成本较高,在川藏铁路隧道不适合作为主流设备。
⑵出碴
单车道辅助坑道净空断面尺寸仅为5mx6m(宽x高),机械通行会让困难,装载机与出碴车无法会车装碴。
挖装机配合自卸车出碴。挖装机由挖掘装置、行走装置、回转装置和输送装置组成,采集和输送功能合二为一,
采用双动力系统,在进洞行走或洞外作业时使用柴油动力,在洞内施工时采用电动全液压装置,具有安全环保、效率高的特点。
代表设备ITC312挖装机,德国原装进口,出碴效率较高,设备经久耐用,但一旦出现故障,配件需从国外进口,短时间内很难修复,维修成本较高。据统计312H3挖装机装满一辆14m3的自卸车平均时间为3〜4min。
辅助坑道断面较小,受通风及装载宽度限制,采用隧道挖装机电动出碴、无轨运输就显示出了优越性。但当辅助坑道进入正洞施工,由于断面大,除有轨运输矿车出碴使用挖装机具有优势,采用无轨运输出碴时,挖装机反而不如装载机装碴速度快。
同时挖装机对弃碴粒径有相应要求,超粒径大块石无法通过挖装机输送槽进行装运,因此还需配备洞内移动破碎站,施工成本大大提高。
装载机配合自卸车出碴
单车道无轨辅助坑道断面的净空尺寸5mx6m(宽x高),(宽x高),装载机和大型自卸车无法并排作业,装载机需从掌子面退回错车道位置装碴,严重影响出碴速度,进而影响整体施工进度。
采取加密错车道、增设调头洞的措施。原设计单车道辅助坑道每间隔200m设置一处错车道,为缩短隧道出碴时间,在施工中调整为每100m设置一个错车道,并设置掉头洞,错车道与掉头洞合并布置。加密错车道缩短了装碴时间,增设掉头洞解决了车辆调头问题,提高了行车速度。
图4装载机配合自卸车出碴工序图3(单位:cm)
洞内装载机正向平均行驶速度5km/h,装碴倒车行驶速度3km/h,装载机往返一次运行
所用平均时间(100=(5000=60)+100=(3000^60))=2=;,一辆14m3自卸车需装载机往返8趟,约13min。
小结
以单车道辅助坑道IV级围岩37m2断面为例,,出碴量(换算成虚方)200m3,每车装14m3,采用挖装机出碴每循环出碴用时约为60min,采用装载机出碴每循环出碴时间约为195min,挖装机出碴功效较高,是装载机出碴的3倍。
但购买一台ITC系列挖装机312H3型的总费用约为800多万元,日本挖装机也接近600万元,还需配备移动破碎站进行辅助施工,施工成本较高,且不适用于无轨运输的正洞大断面隧道施工。相比较,装载机出碴更灵活,可靠性更高,费用更低。综合比较单车道辅助坑道宜选用装载机配合自卸车出的方式进行出碴作业。
⑶初期支护
SCD133G高原型隧道多功能作业车(拱架拼装机)外形尺寸(长x宽x高m)=,最大工作断面(高x宽,m)=13x16,最小工作断面(高x宽m)=6x6m。单车道辅助坑道净空尺寸仅为5mx6m,空间受限,拱架拼装机无法施工,因此采用初支台架进行拱架、钢筋网片的施作。
⑷衬砌
为保证衬砌混凝土浇筑质量,单车道辅助坑道采用衬砌台车配合泵送灌筑混凝土进行衬砌施工。混凝土输送泵及混凝土运输车均在错车道停放,衬砌处道路保证畅通。这样掘进、衬砌和其它工序均能同时进行,减少了施工相互干扰,提高了施工进度。
图5单车道辅助坑道车衬砌浇筑示意图(单位:cm)
机械化设备选型机械化配置原则:各道工序尽可能采用机械化或半机械化,最大限度降低作业人员劳动强度,提高施工效率。
经济高效原则:不追求单机(台)设备先进,力求设备合理匹配,整个施工作业线科学先进,既要避免大马拉小车,又要防止小马拉大车现象,同时考虑后期正洞施工使用,节省设备的二次投入。
根据设备外形尺寸和隧道断面,在单机选型上考虑质量可靠、施工高效、经济合理、维修方便、科学配套,选定的机械设备外形尺寸适应,生产能力要匹配。
⑴ZYS113G全电脑三臂凿岩台车作业范围(宽x高,m)(+〜-),;ZYS82型全电脑两臂凿岩台车作业范围(宽x高,m)(+8〜-),最大钻孔深度4m。其优点如下。
进出掌子面快速便捷,钻孔速度快,精度高,降低了施工人员的劳动强度,提高了钻孔施工效率。
机械化程度高,定位后,可通过预先导入的钻爆设计图实现半自动钻孔,减少孔位测量放样工序,加快隧道施工。
系统由电力驱动,可减少尾气排放,缩短通风时间,保证作业人员职业健康。
适用范围广,利用率较高,除日常开挖作业外,在小导管、中管棚、加深炮孔、超前水平钻、锚杆等方面也可应用。
⑵SCD133型隧道多功能作业台车最大安装高度13m,最大安装宽度8m,可满足钢架、网片、连接筋安装的施工,其优点如下。
①安全性高;②减少工人数量,降低劳动强度;③缩短作业时间;④多功能使用。
(3)HPS3016SG型单臂湿喷机械手最大理论喷砼量30m3/h,混凝土最大出口压力8MPa,,,,最小喷射作业隧道高度4m,其优点如下。
工作范围大,无施工盲区,操作简单、安全。
动载稳定性好,操作灵活方便,准确控制喷射距离,降低回弹率,施工效率极大提高。
辅助坑道机械化配套工法选用
皿、IV级围岩采用全断面法施工,掌子面1次钻眼爆破,全环1次支护,初期支护及时封闭成环。V级围岩采用微台阶法施工,不同于皿、V级围岩全断面法施工,微台阶法施工预留约3m长台阶,全断面一次开挖,此方法可减少对围岩的扰动次数,有利于掌子面稳定。
⑴首先应加强超前支护并对掌子面进行超前预加固,确保掌子面稳定。
通过对隧道掌子面稳定性分析,结合掌子面围岩稳定情况,合理选用喷射混凝土、玻璃纤维锚杆、超前预注浆加固等措施,以达到控制掌子面挤出变形,确保掌子面稳定。
超前支护体系是主要承载结构,不仅能保证施工期间的施工安全,还能保证运营后的结构安全,当辅助坑道围岩较差时,可加强超前支护措施,如采用25m«51mm自进式管棚注浆施工,并在自进式管棚内充填水泥砂浆,以增强管棚强度。
⑵全断面及微台阶法开挖采用全电脑三(两)臂凿岩台车钻孔、装药爆破掘进。根据现场实际情况,结合初期支护监控量测数据、超前地质预报结果,,,。
⑶支护初期支护既是隧道开挖后的临时支护,也是作为隧道整体支护的一部分。隧道的初期支护采用先喷砼封闭围岩,再施作钢筋网、锚杆以及拱架等多种支护手段,形成复合式支护体系,确保隧道结构的稳定。喷砼采用湿喷机械手以加快喷砼速度,提高施工质量。
结语
针对辅助坑道钻爆施工,从辅助坑道的交通、作业空间着手,选择合理、高效、且能够利用到正洞的机械设备。同时需应用与机械设备相配套的施工工法,合理配备人员,这样才能最大限度的发挥机械化施工的优势,提高辅助坑道施工进度。
参考文献:
铁路隧道设计规范,TB10003—2016;
[2]张秋祥,从高寒地区隧道施工谈青藏铁路施工设备配置与管理,西部探矿工程,
20012001-021:355-357
张璠[3琦],高原缺氧严寒地区小段面长隧洞施工技术,隧道/地下工程;2001,2001-5:
26-29
作者简介:张涛(1986-),男,河北保定,工程师,中国水利水电第五工程局,从事技术管理工作;