隧道施工新装备新技术课件.pptx

1、时 间：2020年01月隧道施工新装备新技术目录CONTENTSPart 1专用设备发展历程及现状 Part 2山岭隧道机械化配置思路Part 3山岭隧道施工新装备新技术 Part 4城市隧道施工新装备新技术Part 5山岭隧道机械化施工开挖工法探讨PART 1专用设备发展历程及现状 专用设备事业部发展历程三臂凿岩台车、湿喷机、悬臂掘进机经过充足的市场验证，全面开始三臂凿岩台车、湿喷机、悬臂掘进机经过充足的市场验证，全面开始批量化生产！批量化生产！20172017年年2010年年2012年年2013年2016年年2015年年2014年n开始总公司立项研发湿喷机械手n第一代湿喷机械手SP30A完

2、成工业试验，通过总公司科研验收n开始研发三臂凿岩台车n开始生产HP25湿喷机械手n三臂凿岩台车完成工业试验，通过验收定型nHP30B开始量产n首台三臂凿岩台车组装完成并开始工业试验n第二代HP30B湿喷机械手完成工业试验，实现产品定型，同时完成凿岩台车首台试验臂调试中铁装备可提供的主要配套产品全液压三臂凿岩台车重型高端悬臂掘进机湿喷机械手门架支护台车拱架安装机防水板铺设台车顶管/水平螺旋钻全液压三臂凿岩台车全电脑三臂凿岩台车中型低端悬臂掘进机多功能一体机隧道水平钻机小导管台车合作或联合研发自主研发产品中铁装备可提供的主要配套产品国外品牌开挖支护其他国内厂家单臂三臂电脑导向三臂凿岩台车业务门类-

3、隧道专用设备业务门类-隧道专用设备PART 2山岭隧道机械化配套思路山岭隧道机械化配套思路 相对国外隧道施工，国内隧道施工地质条件更复杂，针对不同的隧道地质情况，针对隧道施工特点，通过“机械化换人、智能化减人”，最终达到让隧道施工更好、更快、更安全的目的,机械化配套思路，即：硬岩成套和软岩成套。隧道硬岩成套凿岩台车装载机运输出碴 车湿喷机械手混凝土罐车防水板铺设台车衬砌台车及养护台车混凝土罐车混凝土泵车适用范围：1） 适用级、级、级围岩为主以及经过超前加固的级、级围岩。2） 采用以全断面或短台阶法施工的隧道工程。配套方案：全断面：三臂凿岩台车+湿喷机械手；微台阶：三臂凿岩台车+拱架安装机+湿喷

4、机械手。仰拱：采用自行式仰拱栈桥。衬砌：防水板铺设台车+信息化模板台车+养护作业台架。隧道软岩成套适用范围：1）适用级、级围岩，掌子面能基本自稳，少水地层。强度一般在15MPa以下的软质岩，开挖可采用隧道专用挖掘机；强度在15MPa30 MPa之间的围岩，开挖可采用隧道悬臂掘进机施工。2）采用短台阶或微台阶法施工的隧道工程。配套方案：开挖：隧道专用挖掘机或悬臂掘进机；支护：拱架安装台车+湿喷机械手；仰拱：自行式仰拱栈桥；衬砌：防水板铺设台车+信息化模板台车+养护作业台架。PART 3山岭隧道施工新装备新技术 新123凿岩台车电脑导向系统新型信息化衬砌模板台车悬臂掘进机工法在隧道施工中的应用产简

5、品介4三臂三篮拱架安装机5特殊地质处理设备1、凿岩台车电脑导向系统14中铁装备电脑导向三臂凿岩台车主要由以下系统构成。中铁装备电脑导向三臂凿岩台车主要由以下系统构成。针对目前的隧道采用机械化施工，智能、信息收集是主流方向，全电脑台车因采用电气元件控制，在隧道内潮湿、高粉尘环境下使用易出故障，现电脑导向配全液压台车是最适合中国国情的配置。DJ3C电脑导向凿岩台车数据传输数据实时监控和采集超前地质预报配合装药与撬毛激光辅助导向功能电脑导向凿岩台车功能锚杆施工高效钻孔爆破布孔计划DJ3C电脑导向凿岩台车三臂凿岩台车载电脑采用ARM Cortex-A9处理器，linux系统编程，系统指定1号（左）电脑

6、为主电脑，通过CAN总线接受数据处理单元发送过来的整机传感器数据，利用RT矩阵变换算法，实时计算三个钻头的空间位置，同时实现电脑虚拟断面画点和激光导航功能。DJ3C电脑导向凿岩台车实现功能1：激光辅助隧道内导向功能 在隧道内架一台激光发射器，测量人员测出激光线在隧道内的空间位置， 利用隧道坐标计算表程序-交点法换算出激光线与每一个分段掌子面的交点坐标及面夹角，生成一个符合半电脑系统(FGS)格式要求激光文件，通过U盘导入FGS系统内 ，这样具备导航条件。DJ3C电脑导向凿岩台车实现功能2：钻孔结果显示，便于分析调整全过程记录钻孔过程和结果-提供准确的管理数据-钻孔米数、孔数、实际孔深、钻孔偏差

7、等-容易分析钻孔结果多级报警记录功能维护保养提醒功能和记录功能DJ3C电脑导向凿岩台车专业制造专业服务专业制造专业服务实现功能3：布孔计划及数据传输故障故障参数参数传输方式：传输方式：U U 盘盘数据传输数据传输1）CAD制图2）U盘输入/出3）钻孔角度监测4）钻孔结果显示DJ3C电脑导向凿岩台车实现功能4：边钻边测，通过监测钻进数据，判断岩石软硬，有无裂隙。 DJ3C电脑导向凿岩台车黔张常铁路武陵山隧道雅康高速二郎山隧道中铁上海局郑万铁路中铁四局太焦铁路中铁隧道局郑万铁路定位掘进高度4.5m7.5m定位掘进宽度4.8m 8.0m装机总功率633kW整机重量132.5t最大截割岩石单向抗压强度

8、70MPa卧底深度293mm爬坡能力-18+18适应性1、 /软岩为主，岩石单向抗压强度70Mpa；2、非爆机械化开挖，实现同步开挖和同步出渣；3、全断面法：适合可自稳定的小断面，断面面积50m；4、大半断面长台阶法：上台阶不小于25m，流水作业。2、悬臂掘进机工法在隧道施工中的应用截割部铲板部第一运输机本体部行走部后支撑液压系统第二运输机除尘系统电控系统润滑系统悬臂掘进机CTR323 C-CREG(中铁装备) T-Tunnel(隧道) R-Roadheader(掘进机) 323-截割电机功率323kW悬臂掘进机CTR323后配套运输方案多样化方案一：掘进机第一运输机皮带式悬臂二运工程自卸车方

9、案二：掘进机第一运输机工程自卸车特点：一运直接卸料进自卸车，结构简单紧凑，整机高度小、长度短，设备移动便捷。特点：悬臂二运可升降和左右摆动，卸料点离地距离大，自卸车装料方便。使用案例一：中铁六局北京铁建公司承建北京S1中低速磁悬浮石景山隧道1、项目概况：隧道长度162米，巷道断面（宽高）：12.84米9.66米，结合CD法及上下台阶法施工（上台阶宽6.3米，高5.56米）；岩石性质：以、级围岩为主，石英砂岩层，岩石单项抗压强度最大达到了110MPa，平均达到80MPa。2、设备运行情况：设备共运行18天，截割约2200m 截割效率：约18 m/小时；截齿消耗：0.12个/m（更换了260个截齿

10、，含截割头47个）；出渣形式：一运+挖机CTR323悬臂掘进机使用案例二：重庆曾家岩公路隧道1、项目概况：巷道断面（宽高）：16米11米，上下台阶法施工。上台阶7米，掘进机用于上台阶施工，下台阶用破碎锤开挖。岩石性质：以、级围岩为主，砂岩，岩石单项抗压强度平均70MPa。2、设备运行情况：设备目前还在运行截割效率：约16 m/小时；截齿消耗：0.15个/m出渣方式：一运+装载机+出渣车截至2017年12月30日累计截割10000方，月平均进度70米/月。 CTR323悬臂掘进机使用案例三：贵阳八鸽岩公路隧道1、项目概况：全长1.2km，隧道断面（宽高）：16米11米，上下台阶法施工。上台阶7米

11、，掘进机用于上台阶施工，下台阶采用重型隧道挖掘机掘进。岩石性质：以、级围岩为主，中风化含泥质白云岩，中风化白云岩，岩石单项抗压强度平均45MPa。2、设备运行情况：设备目前还在运行截割效率：约35-40 m/小时；截齿消耗：0.004个/m出渣方式：一运+挖机截止2017年12月30日累计截割11000多方，月平均进度100米/月。CTR323悬臂掘进机3、新型信息化衬砌模板台车 1、刚强度满足要求前提下，简化二衬台车结构； 2、功能配置齐全，尽量标准化； 3、具备空洞检测功能，及时发现及时补救； 4、具备信息传输功能，随时掌握二衬动态。主要性能特点1 1）分布式灌浆）分布式灌浆 采取分布式灌

12、浆管道，实现自下而上、左右侧对称浇筑的混凝土施工要求。简单易于操作。主要性能特点2 2）过压防护装置）过压防护装置在灌浆口布置过压防护装置，防止灌浆压力过高，避免模板变形，并使注浆口不产生错台，混凝土密实。过压防护装置配有行程开关，灌浆压力过大，触碰行程开关，混凝土泵停止泵送。主要性能特点3 3）自动定位功能：）自动定位功能：快速定位，提高施工效率。（1 1）水平定位）水平定位在隧道中线水平基准点横向布置相对的2个激光测距传感器，X1和X2为横向模板距离基准点的实时距离，如果X1X2模板右移；X1X2模板左移；X1=X2模板横移到位。（2 2）垂直定位）垂直定位 在隧道中线水平基准点纵向布置一

13、定间隔的2个激光测距传感器， Y1和Y2为模板顶部距离基准点的实时距离，先把Y1调整到要求高度，通过调整顶升油缸位移达到Y1=Y2，模板顶升到位。主要性能特点4 4）空洞检测）空洞检测 由检测探头、检测棒和接收仪器组成，当混凝土内部有空洞时，探头就可以探测出来，显示仪报警，找到空洞位置，然后进行二次注浆，直到没有空隙为止。主要性能特点5 5）信息化传输）信息化传输 编程PLC控制。能够自动记录衬砌混凝土施工全过程，形成混凝土浇筑日志，（模板台车定位时间、浇筑时间、结束时间、浇筑方量、脱模时间等），工控电脑显示数据，并提供无线通信接口。3、新型信息化衬砌模板台车新型信息化衬砌模板台车用于中铁一局

14、郑万铁路项目。4、三臂三篮拱架安装机根据隧道的不同断面研发了单臂单篮拱架安装机和三臂三篮拱架安装机，单臂单篮拱架安装机适用于单线铁路全断面施工，三臂三篮拱架安装机适用于双线铁路、高速公路全断面或短台阶法施工的隧道。三臂三篮拱架安装机是一种具备隧道钢拱架安装、锚杆锚网安装、拱架间连接筋焊接、辅助装药或其它高空作业的多功能、多用途的新型隧道施工机械。4、三臂三篮拱架安装机双向驾驶室滑移平台架主臂底盘系统泵站系统辅助臂整机简介4、三臂三篮拱架安装机主臂工作范围：高11.8m，宽8.4m辅助臂工作范围：高11.5m，宽14.4m4、三臂三篮拱架安装机工作情况 两台阶工作情况5、特殊地质处理设备隧道水平

15、钻机（XPS-15型）主要用于隧道洞内、外管棚施工、帷幕注浆、劈裂注浆及超前水平旋喷。特殊工装：隧道水平钻机XPS15型主要参数设备性能及参数钻孔深度： 15m（一次钻进） 钻孔直径： 76-110mm钻杆规格及参数： 76单管钻杆（1.5/2/3米），配单管导流器、喷头、钻头89双管钻杆（1.5/2/3米），配双管导流器、喷头、钻头动力头转速： 低30-64r/min 高137-296r/min动力头最大扭矩： 17115N.m 桅杆俯仰角度： 15 行使速度： 低速 1.5km/h 高速 2.5km/h 爬坡能力： 15功率： 电动机110kw 柴油发电机组183kw钻机重量： 50T特殊

16、工装：隧道水平钻机XPS15型主要参数钻机工作状态最高工作状态8.74m，最低工作状态3.35m。运输最低高度运输最低高度特殊工装：隧道导管钻机DG-6000隧道导管钻机DG-6000，可施工超前小导管、径向注浆小导管及水平旋喷，一次性施工6m，作业高度6.5m。供货周期为3个月。作业最大高度行走最低高度行走最低高度PART 4城市隧道施工新装备新技术1、暗挖隧道装配式衬砌配套设备装配式衬砌即利用在工厂或工地生产的预制构件进行隧道衬砌。当前，装配式衬砌主要用于盾装配式衬砌即利用在工厂或工地生产的预制构件进行隧道衬砌。当前，装配式衬砌主要用于盾构法施工隧道。构法施工隧道。传统暗挖法隧道超欠挖难以

17、控制，很少采用装配式衬砌。随着新型施工设备（三臂凿岩台车、传统暗挖法隧道超欠挖难以控制，很少采用装配式衬砌。随着新型施工设备（三臂凿岩台车、混凝土湿喷台车）、爆破技术（预裂爆破、光面爆破）的发展，现阶段已经可以很好的控制隧道的混凝土湿喷台车）、爆破技术（预裂爆破、光面爆破）的发展，现阶段已经可以很好的控制隧道的开挖轮廓及初支轮廓，使装配式衬砌技术的实施成为可能。开挖轮廓及初支轮廓，使装配式衬砌技术的实施成为可能。传统衬砌因钢筋间排距控制、接头磨损、扎破防水、施工缝节点止水带不牢靠、衬砌蜂窝、麻传统衬砌因钢筋间排距控制、接头磨损、扎破防水、施工缝节点止水带不牢靠、衬砌蜂窝、麻面、拱顶浇筑不密实、

18、结构厚度控制等质量通病，尝试在暗挖隧道中采用装配式衬砌施工而研发的面、拱顶浇筑不密实、结构厚度控制等质量通病，尝试在暗挖隧道中采用装配式衬砌施工而研发的配套设备。配套设备。1、暗挖隧道装配式衬砌配套设备暗挖隧道装配式衬砌配套设备整机主要由履带车、管片拼装机、大臂、液压、电气系统、注浆、注豆粒石系统组成。注浆台车是独立移动的，可根据实际注浆作业需要调整位置。履带车的大臂连接拼装机轨道梁可上下、左右摆动，使拼装机对中线定位；管片拼装机具有6个自由度及抓取功能，满足管片拼装需求。暗挖隧道装配式衬砌配套设备管片拼装机管片拼装机结构形式为中心回转结构形式为中心回转式，具有式，具有6个自由度。管片拼装机个

19、自由度。管片拼装机由平移机构、回转机构、举升机由平移机构、回转机构、举升机构、抓举头、管路支架、工作平构、抓举头、管路支架、工作平台等组成。台等组成。激光定位系统激光定位系统: :在设备上设置激光靶，在管片环在设备上设置激光靶，在管片环上设置激光经纬仪，实现拼装机轨道梁的定位。上设置激光经纬仪，实现拼装机轨道梁的定位。暗挖隧道装配式衬砌配套设备豆砾石填充系统豆砾石填充系统主要由豆砾石罐、主要由豆砾石罐、豆砾石皮带机、豆砾石泵及空压豆砾石皮带机、豆砾石泵及空压机等部分组成。机等部分组成。注浆系统主要由注浆泵、搅拌罐组成。注浆台车单独配置驱动部，可根据需要自行移动。暗挖隧道装配式衬砌配套设备管片支

20、撑装置管片支撑装置可在管可在管片拼装成环前，对拱片拼装成环前，对拱顶两块管片起到有效顶两块管片起到有效的支撑作用。的支撑作用。拖车支撑装置拖车支撑装置可增强可增强拖车机身的稳定性。拖车机身的稳定性。管片支撑装置拖车支撑装置暗挖隧道装配式衬砌配套设备履带车采用油、电双动力驱动；隧道内作业采用电驱；转场时，采用发动机驱动；相对于传统模筑法，每延米造价持平或略高；相对于传统模筑法，设备功效可提高3倍以上；1.整机方案经过专家会多次论证；关键部件经过详细受力计算及有限元分析；2.整机机械化程度高，现场作业人员可减少2/3以上；主要性能安全经济环保功效设备特点设备特点暗挖隧道装配式衬砌配套设备北京地铁六

21、号线西延07标工程共设一个车站两个区间，车站为金安桥车站，区间为起点至金安桥站以及金安桥站至苹果园站区间。本标段（起点金安桥站）区间隧道，采用新型的施工工法：采用浅埋暗挖法施作隧道后，再进行二衬管片拼装，完成永久性支护。区间试验段长度：单线211m（双线共计422m）。应用案例应用案例垂直提升皮带机竖井出渣现状国内地铁隧道竖井出渣受竖井尺寸的限制，主要有两种方式：龙门吊出渣、垂直提升皮带机出渣。由于垂直提升皮带机可以与连续皮带机配套使用，实现连续出渣，因此垂直提升皮带必将成为竖井出渣的主要方式。出渣方式出渣速度与连续皮带机的配合对渣土的适应性龙门吊间断慢较难好垂直提升皮带机连续快容易差垂直提升

22、皮带机压带式垂直提升 斗式垂直提升 波纹挡边垂直提升目前三种垂直提升皮带机形式缺点：对含水率较高、粒径不均匀的渣土，压带装置容易失效。缺点：物料提升至上部靠离心力卸载，料斗不易倒干净，易造成堵塞，输送效率也不高，并且料斗和牵引机构也容易损坏。缺点：不便清渣，凹槽内的渣料堆积越来越多，造成物料的重复提升，降低提升效率。垂直提升皮带机施工组织案例工程概况：北京地铁19号线一期04标采用暗挖大断面全自动机械化数控台车+波纹挡边垂直提升皮带机出渣。因采用暗挖施工，无需渣土改良，渣土粘接皮带的可能性大幅减少。 1、 北京地铁19号线一期04标垂直提升皮带机为提高出渣效率，施工采用盾构机+连续皮带机+波纹

23、挡边皮带机出渣。施工组织案例 2、 以色列红线地铁项目垂直提升皮带机存在问题及解决措施存在问题存在问题：（2）受竖井尺寸限制，水平段较短，不能设置足够的拍打器。（1）经盾构机改良后的渣土粘接在皮带上，清查困难，渣土带回竖井底部，造成反复提升。解决措施：解决措施：（1）加强拍打、采用双拍打器（2）增加渣土导料槽（3）加强水清洗渣土导料槽垂直提升皮带机中铁装备新型垂直皮带机由于波纹挡边输送带的特殊结构，其主要清扫方式只能为振打式，特别对于粘性物料，清扫效果差，容易出现反复提升。针对这一问题，中铁装备研发了一种新型的复合式垂直提升皮带机，即将波纹挡边皮带机与夹带式皮带机相结合，可实现刮渣板清渣，可以有效解决垂直提升皮带机清渣困难的问题。PART 5山岭隧道机械化施工开挖工法探讨通过合理的超前支护措施加固围岩后，优先采用全断面法施工，其次采用台阶法施工，实现快挖、快支、快封闭，提高了隧道施工机械化水平。考虑围岩岩性和隧道埋深等因素，主要采用超前小导管注浆、双层小导管注浆、超前帷幕注浆、超前水平旋喷桩、地表注浆等加固手段，提高软弱围岩的物理力学性质，改善围岩条件。软弱围岩段采用台阶法施工，减少了CD法、CRD法、双侧壁导坑法等复杂工法临时支撑等拆除工序和对围岩的多次扰动，大大缩短了隧道初期支护全断面封闭成环的时间（控制在610 d内），提高施工工效。