仰拱喷射混凝土施工及设备改造技术应用研究.pdf
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1、第 4 5卷 第 3期 2 0 1 4 年 2 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 4 5, No 3 Fe b,2 01 4 文章 编号 : 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 4) 0 3 0 0 6 3 0 3 仰拱喷射混凝土施工及设备改造技术应用研究 杨 凡 , 陈 方 明 , 王 丽宏2 ( 1 中国葛洲坝集 团 巴基斯坦 NJ 项 目部 , 湖北 宜昌 4 4 3 0 0 2 ; 2 长 江勘测规 划设 计研 究有限责任公 司 施 工设计处 , 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 : 开 敞式 T B M掘进 支护施工的难点
2、是仰拱施 工 , 及 时进行仰拱施 工对隧洞安全、 工程 质量具有重要 意 义。 但 开敞式 T B M 由于设备功 能限制, 在选择仰拱施 工方式上 受到较 大局 限 , 从 而大 大增 加 了仰 拱施 工的 困难 。 针 对巴基 斯坦 NJ工程 中使 用的 2台开敞式 T B M, 结合 工程和设备 实际条件 , 通过反 复试验和 实际应 用, 对 仰拱 混凝土喷射施 工方法和设备改造 方案进行 了深入 研 究和分 析 , 最终找 到 了一种 简便 可靠且行之 有 效的 仰拱施 工方法 。可 为类似 工程和在 T B M 设备上解 决仰拱施 工问题提供 一些具有 实际应用价值的经验 。 关
3、键词 : 开敞式 T B M; 仰拱混凝 土;喷射施 工;设备改造 中图法分类号 : T V 5 3 文献标志码 : A T B M 全 称 为 隧 洞 掘 进 机 ( T u n n e l B o r i n g Ma - c h i n e ) , 是一种用于隧道全断面机械开挖的施工设备 , :i 生 半个多世纪的时间内已逐步在 国内外的地下工程中 得 到广 泛和 成 功应 用 。在 巴基斯 坦 N e e 1 u m J h e l u m :水电工程( 以下简称 NJ 工程 ) 中使用了 2台开敞式 F B M 用 于 21 1 5 k m 长 的 引水 隧 洞 开挖 。本 文 主要
4、 针对开敞式 T B M支护施工 中的难 点之一仰拱混 凝土( 如图 1 所示) 施工进行研究和分析 , 寻找适应该 工程特定施工设备条件的简便可靠且行之有效的仰拱 施工方法 , 并对相关的设备改造一并展开研究 。 图 1 T B M仰拱混凝土布 置示意 1 仰拱施工主要方式简述 开敞式 T B M仰拱混凝土施工由于工序较多、 影 响 范围大 、 作业空间狭窄、 工艺要求高等原 因, 导致实施 困难较大, 一般可采用 的施工方 法有 : 预制混凝 土仰 拱 、 现浇混凝土仰拱和喷混凝土仰拱等。 ( 1 )预制混凝土仰拱是一种广泛采用且简单易行 的施工方法 , 其主要作法为, 按照设计要求使用快
5、速养 护模具预制出钢筋混凝土管片 , 并利用 T B M上的运输 和安装机具将该管片铺设在隧洞仰拱处 , 完成底部 回 填后形成最终仰拱 。由于该工程隧洞埋深大 , 围岩差, 存在大收敛情况 , 且因施工征地问题导致无法布置大 型预制车间等 , 在 T B M选型时业主方未考虑预制仰拱 施工手段 , 因此预制仰拱的方案无法实现。 ( 2 )现 浇混凝 土 仰 拱 一 般 为 掘进 后 的施 工 手 段 , 所谓掘进后施工手段是指 T B M完成掘进并通过后 , 在 T B M后部利用专用 或 自制 的仰拱施 工台车完成仰拱 立模 、 混凝土入 仓、 振捣 、 养护 和拆模形成隧洞仰 拱。 前期
6、 NJ 工程 中计划采用此方式 , 并使 用 自制的仰 拱台车和混凝土运输设备进行了仰拱施工试验, 但结 果极不理想 , 存在施工难 度大、 工艺要求高 、 施工干扰 多、 成型质量差、 准备时间长等诸 多难点和弊端 , 要实 现现 浇仰 拱极 为 困难 。 ( 3 )喷混凝土仰拱则是结合现场实 际情况 , 通过 收稿 日期 : 2 0 1 31 2 0 3 作 者简介 : 杨 凡 , 男, 工程师 , 主要研 究方向为 大型施工设备技 术及 管理。Em a i l : 3 6 9 6 7 3 7 9 5 q q c o rn 6 4 人 民 长 江 对 T B M进行必要 的、 合理的设备改
7、造, 采用成套混凝 土湿喷机械臂实现仰拱混凝土 的喷射施工 , 完成仰拱 一 次成形的施工方法。该方法相对其它两种方法而言 实施 的难 度 较 小 , 而且 具 有 工 序 环 节 少 、 工 艺 控 制 简 便 、 掘进 和仰 拱 同步 、 岩 石封 闭及 时等 优势 。 N J 工程为满足 T B M 仰拱混凝土施 工需要 , 在 保证 施 工质 量 的同时 , 必须 尽量 简化 工艺 流程 , 减 少施 工难度 , 提高整体效率 。经反复试验和论证后 , 采用湿 喷机械臂实现仰拱混凝土的喷射施工 , 完成仰拱 的一 次成形。本文将结合该工程 T B M设备的实际特点 , 重 点分析和研究
8、喷混凝土仰拱施工技术和与之配套的设 备 改造 技术 。 2 仰拱喷 混凝 土施工技术研究 2 1 基本 思路 NJ 工程 的 开 敞 式 T B M 由 主机 、 设 备 桥 和 7节 后配套 台车组成 , 其 中在 2个 区域布置 了混凝土喷射 施工设备 , 即位于主机主梁顶部的 L 1区和后配套 1 号 台车 上 的 L 2区 , 这 两 个 区 域 可 以 完 成 仰 拱 以 上 约 2 7 0 。 范围的喷混凝 土作业 , 但无法满足仰拱施 工的要 求 。为了实现仰拱喷混凝土施工要求 , 经过对 T B M设 备 、 成套喷混凝土设备 、 小火车平板及施工空间等设备 性 能 和现场 条
9、件 进 行 实测 和分 析 后 认 为 , 如 果 将 成套 湿混设备分解后安装在 T B M上的合适位置, 使之形成 较为配备的整体 , 便可实现 T B M掘进和仰拱喷混凝土 施 工 同步进 行 。 2 2主要施工程序 首先按仓位设计尺寸设置隔水 围堰 , 完成仓位排 水和清基作业后, 利用安装在后 配套上 的混凝土输送 泵将混凝土输送至施工部位 , 采用喷射机械臂对仰拱 区域进行喷混凝土作业 , 一次性形成仰拱。机械喷射 臂 安装 在 一个 可在 轨 道 上 滑行 的小 火 车 平 板 上 , 可 移 动到 中心 轨道 一侧 , 不影 响 吊机 对材料 的运输 。 2 3 仰 拱喷混凝土
10、施工 仰 拱 喷 混 凝 土 施 工 主 要 包 括 : 仓面排水 、 清理基面、 喷混凝土作业 、 回弹控 制 等工 序 。 ( 1 )仓 面 排 水 。 在 清 渣 料 斗 和 后支撑位置分别设置一道隔水 围堰 , 围堰 距 离为 6 m; 使 用 1台污 水 泵 ( 水泵 数量 根 据 前 方水 量 确定 ) 抽 排 T B M后支撑 前部 的积 水 , 确保水 位 超 过 围堰高 度 ; 另用 1台污水 泵 抽 排两道 围堰之间的水 , 便于清渣。围 堰一般可采用砂袋 围堰和钢板 围堰 , 钢板 围堰和砂袋 围堰相 比, 具有使用方便 、 设置速度快 、 可重复利用 、 不 会造成二次
11、污染等优点 , 该工程采用钢板 围堰 。使用 5 mm厚 钢板 , 切 割成 弓形 , 弧度 与 隧洞 开挖 线 相 同 , 高 度为 6 0 c m, 不超 过轨 枕 面 , 避 免影 响轨 道 铺设 。 ( 2 )基 面清 理 。两 道 围 堰 之 间 的水 抽 排 完 后 , 人 工将 石渣 清理 到 出渣料 斗 中 , 提 升倾 倒 至 出渣 皮带 , 确 保围堰之间石渣清理干净 , 剩余的泥浆用污水泵排净 , 直到露出基岩面。然后再采用高压水或高压风进行岩 面清 理 。 ( 3 )喷混凝土作业。 作业 空间。喷混凝土作 业空间为 T B M设备桥前轮到出渣料斗位置 , 喷射 区域 为
12、隧洞底部 1 0 0 。 范围 , 即仰拱范 围。 仓位设置。机 械臂伸缩长度为 3 m, 仰拱混凝土每延米约 1 5 m , 混 凝土罐车容量为 5 m , 可施工长度约为 3 IT I , 因此每次 喷混 凝 土长 度 可设 置 为 3 m, 仓 位 设 置 长度 为 6 m, 分 两次 喷射 施 工 , 每 次 清 基 长 度 为 6 m。 工 艺 流 程 。 每次清基 6 m后 , T B M掘进 6 m, 将清基仓位移动至喷 混凝 土作 业 区域 , 然 后 进 行 后 续 测 量 放 线 、 铺 设 预 制 块 、 喷射仰拱等工作。完成 3 m喷射后 , 铺设轨枕轨道 ( 板车移动
13、 ) , 向前移 动机 械臂 , 再 完成仓位剩 余 3 m 的施工( 见图 2 ) 。在第 1次喷射混凝土时 , 掘进 、 清基 持续 进 行 , 到完成 整个 仓位 的喷混 凝 土施 工 时 , 另一仓 位已经清基 、 准备完毕 , 具备仰拱 喷混凝土条件 , 可实 现 掘进 、 清基 、 喷 混凝 土持 续循 环 作业 。施 工 工艺 流程 为 : 设 围堰排 水一 清 渣一 测 量 放 线一 铺 设 预 制块 一 机 械 臂就 位调 整一 管路 连接 一 喷射 仰拱 混凝 土一 铺 设 轨 枕 轨道 。 ( 4 )回弹控制 。通过调整 喷射 嘴到岩 面距 离 、 速 凝 剂掺 量 以及
14、 喷射顺 序 等控 制 回弹料 。喷嘴 到 岩面距 离通过喷射试验确定 , 选择最适合 的距离 ; 速凝剂掺量 也 通过 试验 确定 ; 喷射顺 序 为 : 先 喷底 部 、 再 喷两 侧 , 由 下 到上 分段 、 分 片进 行 。因 喷头 基本 朝下 喷 射 , 理 论上 回弹率很低 , 实际回弹率还需通过现场试验确定 。 图 2仰拱 喷混 施工布置( 尺寸单位 : m) 第 3期 杨 凡 , 等 : 仰拱 喷射 混凝 土施工及设备 改造技术 应用研 究 6 5 3 仰拱喷混凝土设备改造技术 3 1改造方 案 通 过对 性 能稳 定 、 技术 成 熟 的成 套湿喷设备进行 合理 的分解 、
15、 改装 , 并结合 T B M 没备的安装空间和仰拱 施工部位的具体条件 , 将湿喷设备混 凝土输送泵 、 喷射机械臂 、 速凝剂供 应系统等与 T B M 和小火车平板整合 ; 芏一起 , 在 完 成 仰 拱 喷 混 施 工 的 同 时 , 保 证 T B M 同步掘 进 。 2成套湿喷设 备 ( 1 )湿喷机械臂。使用 目前非常成熟的 A l i v a 3 0 2 机械臂, 实测机械臂尺寸 : 长 宽 高为 2 5 m x( 0 7 0 8 )m1 8 m, 伸出后长度为 5 6 m。A l i v a 3 0 2机 械 臂作 业 范 围见 图 3 。 1 0 1 2 3 4 5 6 7
16、 8 9 距离 m 图 3 Al i v a 3 0 2机 械 臂 作 业 范 围 ( 2 )混凝土输送设备 。使用性能稳定 、 应用广泛 的 S i k a P M7 0 2 E P混凝土湿喷泵。 3 3设备改造 技术 ( 1 )喷射机械臂改装 。将喷射机械臂安装在小火 车平板 的前端 , 该小火车平板放 于 T B M设备桥底部 , 即在后 配 套轨 道 的末 端 处 , 这 样 机 械 臂 所 覆 盖 的施 工 范 围 中没 有铺 设轨 道 , 可 以方便 实 现 喷混作 业 。此外 , 机械臂通过一组滑动轨道与小火车连接 , 可使机械臂 实现沿洞轴线垂直方 向移动 的功能 , 从而保证
17、在不进 行仰拱喷混施工时留出中间通道 , 方便材料运输 。 ( 2 )混凝土湿喷机改装。考虑为方便混凝土供料 和混凝土输送管线 的布置 , 以及混凝土输入泵 的安装 尺寸要求 , 通过仔细研究和分析 T B M后配套结构和功 能 , 决定将 S i k a P M7 0 2 E P混凝土湿喷泵安装在后配 图 4混 凝 土 湿 喷 机 布 置 套 4号台车左侧下平台上( 详见图 4所示 ) , 该部位原 安装有一套灌浆设 备 ( 根据施 工的实际需要 , 可以拆 除不用) , 并配置了一部水 泥罐 吊机 , 可 以方便装卸水 泥或 混凝 土罐 , 从 而解 决 了混凝 土输 入泵 的供 料 问题
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- 关 键 词:
- 喷射 混凝土 施工 设备 改造 技术 应用 研究
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