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藏北铁路隧道辅助工序施工机械化研究 万博手机网页|万博手机官网|万博手机网页版|木屑制粒机|生物质颗粒机|万博手机官网 / 15-07-07

一、绪论
(一)内外研究及利用现状
    藏北铁路是我国高速公路网的关键部分,全长约1933km,沿岸高寒缺氧、地质结构复杂,冻土特性也各不相同。其中的风火山隧道海拔约4900m,琼山隧道海拔约4700m.地处高原多年冻土地段的春寒缺氧地区,严格的生态使得机械和人工的上班效率大大降低,普通常用的开掘方法和施工机械在冻土地区很难适应。于是,高原多年冻土地段的石径开挖成为一个困扰人们的技艺问题。加拿大、瑞典、瑞士和东亚一些国家在连年冻土区或高原地区建筑过很多铁路、铁路以及其他土建工程。我国也在冻土区修筑过铁路,首要是在大小兴安岭地区的亚林点和嫩林线,但在高原多年冻土地区建筑铁路尚属首次。于是,在高原多年冻土区修建铁路隧道没有多少经验可以借鉴,还有不少施工技术问题尚待研究加以解决。
    在公路隧道施工中,除大一部分关键工序实现现代化作业外,还有不少扶持工序的施工是由人力来形成的,这种现象与青藏线高原缺氧的尺度完全不相适应,为了加强工作效率、减轻人员的体力劳动强度,必须使用小型机械来代替人工完成辅助工序的功课,即使不能用机械代替的功课,也应使人员的难度保持左中等强度以下:短道分部开挖时用耙斗装岩机代替人力翻碴、用防干扰栈桥施作仰拱、用挖掘机捡底挖水沟、用液压长臂反铲找顶代替人工撬危石等等。直升机械最好能一机多用,如小型液压挖掘机,除捡底及挖沟外,换上液压锤,则可对大块石头进行破碎,配上长臂,则可用于找顶……
    在支援工序中,喷射混凝土上料和把持喷头的难度大,上班条件恶劣,且过去的喷发混凝土上料机及喷射机械手结构复杂、机型单一,决不能满足喷射机的配套要求,必须结合青藏铁路隧道施工要求对他进行配套研究,增长喷射混凝土工序施工机具的匹配性能。
(二)研讨内容及要达到的对象
    1.首要研究内容
    (1)利用小型机械代替人工作业的研讨。在高原缺氧条件下,人力劳动的频率极低,利用小型机械代替人工作业可大大增强工作效率、减轻工人的难度。穿过调研优化比选出合适的直升机械选型使赞助工序作业现代化。
    (2)喷射混凝土上料及喷射机械手的多样化研究。喷射混凝土的上料及喷射机械手的构造复杂、机型单一,决不能满足喷射机的配套要求,重组青藏线隧道施工对他进行规范化研究,以增进喷射混凝土工序施工机具的匹配性能。
    2.要达到的对象
    增长隧道施工机械化作业程度,减轻人工劳动强度,增长人工的功课效率。
二、小型机械化配套研究
    (一)直升机械代替人工作业的研讨
    在公路隧道施工中有许乡救助工序的施工是由人力来形成的,这种现象与青藏线高原缺氧的尺度完全不相适应。为了加强工作效率、减轻人员的体力劳动强度,必须用小型机械来代替人工完成辅助工序的功课,即使不能用机械代替的功课,也应使人员的难度保持在中间强度以下。针对小型机械,如分部开挖施工用之耙斗装岩机、捡底挖水沟用之挖掘机、找顶用的液压长臂反铲、施作仰拱用之抗干扰平台等等对他进行性能参数的僵化比选及享受性研究,以提出合适的配套机械选型。
    1.盖斗装岩机抛碴
    借鉴煤矿巷道斜井施工的成功经验,利用耙斗装岩机及其配套设施来形成隧道分部开挖法的上部出碴(抛碴)作业,名将会很好地解决人工抛碴所带来的题材。
    根据昆仑山隧道施工的切实可行情况,名将有关厂家生产的耙斗装岩机(斗容0.3~0.6m,)的技艺性能参数进行比选,末了推荐生产的PY-60B型耙斗装岩机,或生产的P60B型耙斗装岩机,他性质参数如下:
艺术生产率(m3/min):    80 ~100
盖斗容积(m3):    0.6
东电动机功率(kW):    14
电压(V):    380.660
转折( r/min):    980
轨距(mm):    600.750.762.900
外形尺寸(mm):    7730×1850×2340飞机重(kg):    6140
2.小型挖掘机捡底挖水沟为降低工人劳动强度,增长工作效率,引进使用小型液压挖掘机来形成隧道捡底及打桩水沟的功课。其次移动方便与否考虑,轮胎式液压挖掘机较好,表面1列入了有的轮胎式挖掘机的技艺性能参数。
    另外,还有天津重型机械厂,昆明万方矿山机械股份有限公司、广州神钢建设机械公司等生产的轮胎式挖掘机也可选择。露天的电厂如泰国JCB企业生产的812型(0.5m,)、814型(0.6m3)、816型(0 .5m3)挖掘机,瑞士CASE企业生产的480E、488P液压挖掘机,卡特彼勒公司生产的206、212、214B、224型液压挖掘机、ALPINE企业和Liebherr企业生产的微型液压挖掘机、摩洛哥小松公司生产的PW270~PW100型液压挖掘机以及俄罗斯、中东国家的有关厂家生产的轮胎式小型液压挖掘机等也可选择。该署挖掘机大都可选择多种配件完成相应的功课,如配液压锤可冲击破碎大块岩石避免改炮、配冻土斗可在冰冻地区打井冻土等等。西合线黄砂岭隧道即用大宇轮胎式挖掘机来捡底和挖水沟。小型的(斗容在0.6m2以下)履带式挖掘机也可完成隧道捡底和挖水沟的上班,她对隧道底部的损坏较轮胎式的挖掘机小,但人家移动不太方便,价格也相对较贵。
    3.反铲挖掘机找顶
    短道在装药爆破后、喷射混凝土支护前,为了确保后续工作之盲目性,合同喷层的品质,必须对拱顶的危石展开清除(即常说之找顶作业)。直升机械难于到达隧道拱部进行找顶作业,可选择较大型的教条来代替人工作业,履带式较轮胎式对隧道底部的损坏更小,提议选用履带式。
  在野外,摩洛哥隧道工程历来在液压挖掘机上安排液压破岩锤,表现爆破后找顶、短道周边整形及仰拱整形的帮扶工具。在墨西哥隧道工程中,部分将TEX250型液压破碎式撬毛臂安装在直升机斗臂上开展找顶工作,撬毛臂的技艺参数如下:
    碰上能量(J):    240
    碰上频率(Hz):    15
    上班油压(MPa):    10
    油流量( L/min):    70
    重(kg):    240
    马耳他塔姆洛克公司生产的SCALERDH420型及SCALERDH495型找顶机,他撬碴头采用具有足够冲击力的液压冲击锤,可把富有的岩石撬落,但不会扰动牢固的围岩,这两种找顶机皆为轮胎式,在车辆工作臂下备有推土板,以清扫隧道底板上的分散石渣,他首要技术性能参数见表2。对风火山隧道和井冈山隧道,提议使用履带式液压反铲挖掘机(加大臂杆型或加长斗杆型),如日立EX210LC( H15)-5型找顶机,他比压约为0.15MPa,最大挖掘半径可达15.3m。
    4.防干扰栈桥施作仰拱
    短道仰拱的施作往往影响到运输作业的风调雨顺展开,特别是在仰拱施作必须紧跟开挖面(顶围岩不好时,仰拱与开挖面间距不到10 m)的时光更是如此。琼山隧道和风火山隧道均设计有仰拱,且仰拱要适时跟上开挖和支护,以及时形成封闭环承受载荷。为达到隧道开挖的运送与仰拱施作互不干扰,最好的消灭办法是利用防干扰栈桥,运输车辆可正常通过栈桥上的准则进行运输,而栈桥下则可进行捡底、挖水沟以及仰拱浇筑作业等。针对昆仑山和风火山隧道的计划、施工机械配套、轨道布置与担负载荷等展开了仰拱防干扰栈桥方案设计。
(二)喷射混凝土上料及喷射机械手的配套研究
    1.喷射混凝土上料
    喷射混凝土是隧道及非法定洞室施工初期支护的首要手段之一,但却是地下工程中作业条件最恶劣的施工工序,工人劳动强度极大。利用人工上料,喷射机的用率为8m3/h,用4个工人上料,则每人应上料2m3/h(近4500kg),这种劳动强度在平原地区也是超重体力劳动。而在建造大断面的石径时,可望喷射没备的生产能力为l5m3/h或更大,此刻再采取人工上料已是不现实的了,若采用机械手实施喷射,利率可高达20rri3/h,于是,必须用机械快速上料来满足喷射机的用率。
    上料机械的用率应大于喷射机的用率,并要求在不自带动力之情况下,可以轨行或轮胎行走。对于只进行干式喷射的场面,为减少设备投资,租用皮带式上料机。如果既需干喷,也需湿喷,则上料采用螺旋输送机,因湿喷时的混凝土坍落度较大,利用螺旋输送机上料可将混凝土进一步搅拌,且浆液也不会流失,更有利于保证喷射混凝土层的品质。
螺旋输送机的首要技术参数如下:
螺旋生产率(m3/h):    10    接料高度(mm):    <1000
卸料高度(mm):    ≥1500    螺旋转速(rpm):    65
外形尺寸( mm):    3600×1200×2260    车轮对直径(mm):    ∮350
轨距(mm):    900    轴距(mm):    2050
螺旋倾角(o):    18—25
皮带运输机的首要技术参数如下:
带速( m/s):    0.5—0.8    输送量(m/h):    Q= 25~40
带宽( mm):    400    功率(kW):    2.2
外形尺寸( mm):    4000×1100×1870    车轮对直径(mm):    300
轨距(mm):    900    接料高度(mm):    1000
卸料高度(mm):    1530
    2.喷射混凝土机械手
    喷射混凝土时,如果由工人操持喷嘴进行喷射,石材的反弹及喷射产生之宇宙尘对施喷人员具有极其严重的民族性。对于生产率高的喷发机,特别是在使用湿喷时,出于喷射压力的增长和喷嘴及软管内混凝土的分量,工人的难度更大。考虑到劳动的盲目性,必须采取机械手来代替人工喷射。随着我国湿喷混凝士技术之不断增高及他广大使用,机械手的研讨应用将具有大规模的背景。
    用机械手喷射混凝土具有以下优点;
    (1)有可伸缩的较长臂杆,可实现较远距离喷射作业,解除了艰难费力的搭脚手架工作;
    (2)可在安全地方遥控机械手作业,避免了回弹物的伤害;
    (3)笨重的喷嘴、软管以及喷射时的后坐力均由机械承受,所以减轻了操作人员的难度;
    (4)可按喷混凝土规程实施喷射,使混凝土喷层的品质得到保证;
    (5)可减轻喷射粉尘(包括速凝剂有毒雾状物)对施工人员的危害。
    对于青藏线风火山和井冈山隧道,出于地处高寒地带,施工时更应考虑尽量用机械手来代替人力劳动,喷射混凝土支护的标准实施更应采取机械手。穿过对采集到的史料进行规范化比选后,确认山东科技大学研制由福建济南山川机器人工程公司生产的PRJ铺天盖地喷混凝土机器人较好。这种机器均可实施干唛和湿喷,能满足风火山和井冈山隧道喷射混凝土要求,于是人民币推荐使用中型PRJ型机械手。PRJ型机械手的首要技术参数如下:
    机身最大宽度(含走行机构)(m):    2
    机身最大高度(含走行机构)(m):    2.9
    混凝土喷射率(m3/h):    6~l6
    喷射行程(m):    1.596
    喷嘴纵向转角(°):    ±45
    喷嘴横向转角(°):    ±45
    喷射高度(m):    ≤10
    运输机械:    轨行、轮胎、腰带式车辆
    这种机械手能自动地保持喷嘴与受喷面垂直且保持最佳距离,喷嘴的运动轨迹可按计划的顺序任意调节,不论干喷还是湿喷,均可自动控制加水量,具有遥控和机关控制功能并可以快捷互换。这种机械手采用的是模块式结构设计,与海外的机械手相似,是时下国内最好的税种之一。大概机械手喷射出来的混凝土不能保证喷层的高质量,不宜采用。
三、总结及建议
    藏北铁路格拉段风火山隧道和井冈山隧道,他海拔高度近5000m,地处高原高寒地区,他自然条件极其恶劣:气压低、环境含氧量低、气象严寒多变、紫外光照射强、辉映长、风沙大等,于是,施工人员的固定汇率和机械、车辆的带动力输出性能均会严重降低。为了更便捷优质地做到隧道施工任务,应尽量使有关的施工工序实现现代化作业以达到“很快、很快”的施工目标。
    (1)对于隧道捡底及挖水沟作业,提议使用小型轮胎式液压挖掘机(换冻土斗可在跑道外挖冻土层)代表人工作业;
    (2)为减少分部开挖时的扒碴和扮演碴难度,提议使用耙斗装碴机来扒碴和扮演碴;
    (3)为防止仰拱施工作业与掘进运输作业干扰,提议使用仰拱栈桥来通过运输车辆,并开展新型防干扰栈桥的科研;
    (4)为增进找顶作业的上班效率和作业安全性,提议使用长臂液压反铲,并开展隧道施工多功能机械的科研,如在凿岩台车上安装找顶机或新型多功能台架等;
    (5)对于临时支护,为龙头工人从繁重的体力劳动及恶劣的施工条件中摆脱出来,提议将混凝土上料输送机、混凝土喷射机和喷混凝土机械手配套使用,并进一步拓展配套技术研究与配套设施的科研。
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