铁路隧道施工机械化见证与展望Word文档下载推荐.doc
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到1861年出现了第一台风动凿岩机,1866年发明了黄色炸药后,在法意边境的仙尼斯隧道施工中,首先采用了风动凿岩机和简易凿岩台车钻孔。
二十世纪40年代,由于凿岩机具的几次重大革新,采用门架式凿岩台车及其配套机械进行隧道全断面施工,到二十世纪70年代,以高压风为动力的隧道全断面综合机械化施工已成为一种首选施工方法。
使单线铁路隧道的平均单口月成洞达170m。
随后,具有凿岩速度高、能耗低的液压凿岩机的成功应用,很快地取代了风动凿岩机在凿岩台车上使用的统治地位,出现了钻臂少且凿孔范围大的轮胎式全液压凿岩台车并很快广泛应用于铁路隧道施工,使钻爆法施工机械及其配套技术水平得到一次飞越,单线铁路隧道全断面月掘进达到240m(麦克唐纳隧道)。
1.2我国隧道钻爆法施工机械的发展
1.2.1隧道分部开挖施工机械
上世纪50年代初期,我国隧道多数为人工开挖,60%左右的短隧道(500m以下)月成洞仅14m,30%左右长2000m以下的隧道为30m。
1954年开工的宝-成线秦岭隧道(2364m)第一次使用手持式风动凿岩机、电瓶机车和碴斗车。
到60年代中期的川-黔、成-昆和贵-昆铁路隧道建设中,学习煤矿和金属矿山的巷道快速掘进模式:
采用手持式凿岩机配以自制的分风、分水器,长短钢钎搭配多台凿岩机同时凿孔;
全部采用人工元木支撑;
采用H762型(或华-1型)铲斗后卸式装碴机、平移调车器、0.75m3V型斗车、XK-8型电瓶机车及762mm轨距组成装运系统,最高月进尺301.3m(沙木拉打隧道);
当配套形式中的装碴机采用国内新研制的ZCQ-4型风动装碴机后,于1975年在长潭1号隧道导坑掘进中创造了月掘进359.5m;
又当装碴机改为8HR立爪装碴机与12t电瓶机车和8m3梭式矿车配套时,1988年在大瑶山隧道北端的导坑掘进中,达到月进尺425m;
虽然隧道的衬砌作业仅使用了J1250-1、J1400和J1400A混凝土搅拌机进洞作业、木模板和插入式振捣器等机械,此期间的单线铁路隧道平均月成洞已达到80m,最高为152m(关村坝隧道)。
2008年以来,建设中的贵昆线六盘水至沾益段乌蒙山2号隧道(全长12266m),其中横洞工区负责横洞2026m、平行导坑3645.5m,正洞双线隧道4270.94m施作。
横洞和平行导坑的掘进断面分别为25m2和15m2。
釆用多台手持风动凿岩机打眼;
ITC-312大能力挖装机、3台25m3梭式矿车和25t内燃机车、43kg/m钢轨、900mm轨距、4轨3线布置轨道组成的装运作业线;
TK-961型湿喷机支护作业;
大风量长管道压入式通风方式等。
在岩溶地区水害很大条件下,月掘进近300m,代表了当今平行导坑掘进机械化水平。
1.2.2铁路单线隧道全断面施工机械化的发展
铁路单线隧道全断面施工机械化起步较早,可分为以高压风为凿岩动力和以液压为动力的两个阶段。
1.2.2.1早期的风动凿岩台车及配套模式
成昆铁路修建期间引进10台套隧道全断面风动凿岩台车及部份配套设备,在15座隧道施工中掘进7876.68m,机械配套作业线归纳起来有两种形式。
(1)以自制SQT-1型梯架凿岩台车为主的全断面掘进配套技术在白云岩1号隧道中施工,台车分三层,共布置17台BBC-24W风动凿岩机(进口)沿梯架自动推进凿孔,洞口供风量为100m3/min;
2台LM-250H风动装岩机、19辆4.25m3侧卸式大斗车、3台LJU-10内燃机车和起重能力为10t的风动平移调车器等组成装、运作业线;
采用01-45锚杆钻机钻孔、安装楔形锚杆并挂网支撑;
人工立木模板衬砌等,全断面掘进仅580m。
(2)另一种形式是以日本ZC419型液压钻臂式风动凿岩台车为主的全断面掘进配套技术在成昆线蜜蜂菁2号隧道施工。
台车分三层、共15台液压钻臂上分别安装1台ASD-35中型导轨式风动凿岩机凿孔,洞口供风量为100m3/min;
RS-85型风动装岩机、120辆0.75m3V型斗车、三台BL-10-M电瓶机车和自制三线平移调车器组成出碴作业线;
金属锚杆挂网支护;
人工立木模衬砌等。
全断面掘进长度658.38m,平均月掘进153.11m,最高月掘进200.58m。
这种配套形式继后又在沙通铁路梨树沟隧道、襄渝铁路蜀河隧道中再次使用。
1.2.2.2凿岩台车及配套设备研究制
1974年铁道部科学研究院西南研究所与铁道部第二工程局合作,总结了隧道全断面机械化施工的经验教训,研制了第一台CGJ15-3型铁路隧道全断面凿岩台车、SC8.5m3、SC16m3梭式矿车、TP865型混凝土喷射机械手等施工机械,1977年在四川广(元)-罗(坝)铁路普济隧道(长405m)进行全断面试掘进,取得了月掘112m和每米掘进工天为56天的好成绩。
与凿岩台车配套的相关机械有YG-40型导轨式凿岩机,ZCY-45电动装碴机及SC8.5m3风动梭车等,其中研制的梭式矿车在铁路隧道施工中首次使用,深受施工单位喜爱。
1984年按CGJ15-3改型的CGJ12型台车在四川映秀渔子溪二级电站引水隧洞修建中再次成功应用。
1.2.2.3单线铁路长隧道快速施工配套技术与设备研究
二十世纪90年代侯月、宝中、南昆、西康和内昆单线铁路的修建,由于单线铁路隧道断面净空小、施工干扰大,成功的双线隧道施工机械配套模式不适于单线长隧道施工,因此,1992年铁道部针对米花岭隧道(9,392m)工程实际,由铁路工程总公司牵头,进行了“单线铁路长隧道快速施工配套技术与设备”的研究。
以引进、研制单线隧道门架轨行式全液压凿岩台车为龙头,使用国产机械组成装运作业、喷锚支护作业和衬砌作业线等。
以洞内轨道布置为纽带,使几条作业线在运行尺寸、工作范围、生产能力等方面合理配套为该研究的重点和难点。
经过几年努力,研制出了适用于单线隧道支护作业的TK-961型湿喷设备、研制了类似ITC-312、KL-20ES大能力挖装机,使用了T12t电瓶牵引机车与14m3梭式矿车新产品,首次在隧道内使用43kg/m重轨,建立了单线铁路隧道快速施工机械配套方案,实现了单口月成洞120-150m的目标。
随后在西康铁路秦岭隧道Ⅱ线(长18,456m)施工中,将上述配套方案中的轨距由762mm改为900mm、四轨三线制布置轨道、使用ITC-312大能力挖装机、14m3以上梭式矿车和大马力内燃机车组成的装运作业线;
使用具TK-961型湿喷机为主的支护作业线;
采用长管道压入式通风方式等。
形成了我国单线铁路隧道快速施工机械配套模式。
具有90年代国际先进水平,在隧道施工中发挥了极其重要的作用。
1.2.3铁路双线隧道全断面施工机械化模式研制
1982年后,衡广及大秦铁路加速修建,大瑶山、军都山特长双线隧道建设中,采用传统的施工方法和施工机械难已满足工程建设要求。
为此,引进国外先进机械和施工技术进行全断面综合机械化施工,推动我国隧道新奥法施工技术、液压凿岩技术和大型轮式隧道施工机械等跨入国际先进行列。
在引进设备的同时,各专业厂家采取技贸结合或入门费加提成的方式,引进了工程机械专有生产技术111项,到1989年底,其中67项国产化率达70%以上,不少项目基本实现国产化,其中隧道机械专有生产技术9项,如H174~H178全液压凿岩台车、COP1038HD液压凿岩机等,促进了隧道施工机械的研制和发展。
国产配套施工机械主要有钢模板衬砌台车、HB30、HB60混凝土泵。
引进的隧道机械组成了几条作业线:
由TH286液压凿岩台车、LM1641或CAT966D装载机、DP205自卸汽车组成挖、装、运作业线;
由B1.5-4、Robot75机械手组成的支护作业线;
由国产模板台车、引进的M30混凝土拌合楼、混凝土搅拌输送车组成衬砌作业线;
另外还配有通风机械、注浆机械和找顶反铲等。
大瑶山、军都山双线隧道机械化的施工,建立了具有世界先进水准的铁路双线隧道机械化施工模式,其月掘进和成洞速度达到了世界先进水平。
2007年以来,正在施工的雅砻江锦屏电站引水隧洞中,发包人提供承包人全额回购的施工设备13台(套),在铁路双线线隧道机械化施工横式基础上,适当变换机械,形成了当今最先进的隧洞掘进机械化模式,该模式由RocketBoomer353E液压凿岩台车、0.5~1m3长臂挖掘机组成掘进作业线;
用CAT980、CAT966胎式正装侧卸式装载机、反铲挖掘机(清底)、大型自卸汽车(20t)等组成装运作业线;
进口锚杆凿孔台车(工作高度11m、动力约100kW)、使用水胀式锚杆、Spraymec7110WPC喷混凝土台车(35m3/h)组成支护作业线;
衬砌钢模台车、砼运输罐车、砼土泵等组成衬砌作业线。
2铁路隧道掘进机施工法的发展
2.1国外隧道掘进机施工法发展
掘进机是由盾构技术发展而来,具有掘进、出碴、导向、支护四大基本功能,使隧洞全断面一次成形。
1851美国工程师设计了世界上第一台掘进机,由于存在难以克服的刀具问题和其它各种困难,不好与隧道钻爆法施工相比。
直到1952年,美国工程师再次采用滚刀获得了成功,使掘进机在硬岩中的掘进速度超过了钻爆法的掘进速度。
现代的掘进机采用了机械、电气和液压领域的高科技成果,运用计算机控制、闭路电视监视、工厂化施作隧道,无论是隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面,还是在人力资源的配置方面都比传统的钻爆法施工有质的飞跃。
目前,国外掘进机技术已经相当成熟,有敞开式、单护盾、双护盾掘进机等不同类型,适应不同的地质条件。
德国维尔特公司1999年制造的用于西班牙Paracuellos项目的TBE450/1140H型掘进机,直径为12.35m;
德国海瑞克公为马德里一座隧道提供了一台双刀盘土压平衡盾构机,外刀盘直径达15.2m;
上海长江隧桥工程成功使用2台德国海瑞克公司生产的世界上最大直径(15.43m)的泥水平衡式盾构等,代表目前大直径掘进的先进水平。
经过半个世纪的发展,国外的掘进机制造技术在以下方面取得了长足进步:
(1)掘进机在适应地质条件方面可根据不同地条件设计掘进机及其后配套设备系统,并有多种形式的机型供选用;
(2)掘进机的直径范围也扩大了,从直径小于1.0m的微型掘进机到12.35m左右的大直径岩石掘进机均能生产并投入使用;
(3)掘进机的一次掘进长度可达20-25km,在更换一次刀盘大轴承及轴承密封后,整机寿命达40km,有利修建特长隧道;
(4)当前,有单一圆形断面、双圆、多圆断面、扩孔式掘进机和任意断面的掘进机修建岩石隧道;
(5)有水平隧道掘进机、竖井掘进机、斜井掘进机;
(6)掘进机激光制导和PC控制系统及液压伺服调节技术也非常成功在掘进机上得到应用;
(7)滚刀直径进步加大,19英吋(¢483mm)滚刀已投入使用,其单刃滚刀的承载能力达31t,刀具的破岩能力和使用寿命得以提高;
(8)特大型刀盘的分块设计、刀盘钢结构焊接变形控制、刀盘整体热处理技术,刀盘、护盾的耐磨保护技术及耐磨材料的研究成功;
(9)大型铸钢件的冶炼、浇铸、质量控制和成品检测技术,大型焊接件(掘进机主梁)的选材、焊接成型工艺、变形控制和质量检测等;
(11)可自动延伸的特长皮带机连续运渣,使掘进速度加快,是钻爆法隧道施工不可比拟的。
2.2国内掘进机及
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