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1、模块二 公路隧道施工,模块二 公路隧道施工,任务二 公路隧道施工机械,任务分解：一、理解选型配套的必要性及一般原则 二、熟悉隧道开挖及出渣运输机械的种类 三、熟悉隧道支护机械的种类 四、熟悉隧道施工通风机械,任务二 公路隧道施工机械任务分解：,一、选型配套的必要性及一般原则,1选型配套的必要性 随着我国社会主义经济建设的发展，长大隧道不断增多，新的施工工艺不断出现，因此，必须选择符合工艺要求、加快施工进度的机械，但隧道施工场地狭窄，许多机械都在有限的空间内工作，工艺过程衔接紧密，机械之间相互制约，因此，选用的机械必须精练。基于上述原因，对隧道施工使用的机械，必须进行科学、细致的选型配套，以保证
2、完成施工任务。,一、选型配套的必要性及一般原则 1选型配套的必要性,一、选型配套的必要性及一般原则,2选型配套的一般原则 实行机械化施工，进行选型配套时，经常是将若干机械或机组配成“成套机械”。所谓成套机械，是指在主要参数方面彼此协调一致而专门组成的机组，或相互联系的机组组成的“机群”。成套机械中，起主要作用的机械或机组称之为主要机械或主要机组，另外还有辅助机械或辅助机组。成套机械中的主要机械或机组决定着施工方式、方法和工程的施工进度。正确选择机械并配套成“成套机械”充分发挥机械的群体效能，可以使施工机械化达到理想的效果。,一、选型配套的必要性及一般原则2选型配套的一般原则,一、选型配套的必要
3、性及一般原则,2选型配套的一般原则 为做好隧道施工机械的配套工作，一般遵守下述原则：（1）制定施工机械化方案时，应考虑国情、施工条件、工期和本单位现有机械设备情况。比如，同样一个隧道可采用机械化施工，也可采用半机械化施工。（2）具体选择施工机械型号时，应根据隧道的围岩分类、断面、长度、工艺要求、现有机械设备和投资情况等确定。（3）选型配套时要进行经济比较，综合考虑机械的价格、使用费用和修理费用、寿命等因素。,一、选型配套的必要性及一般原则2选型配套的一般原则,一、选型配套的必要性及一般原则,2选型配套的一般原则（4）成套机械中各机械的主要参数必须得到最大限度的利用。主要机械与辅助机械之间必须协
4、调一致，辅助机械的选定首先应保证主要机械参数充分发挥最大效果的前提下进行。各机组之间也要相互协调，不能发生互相不连续的“断层”，即两头的作业都采用机械化，而中间某重要作业仍然手工作业，互相不协调，使占用的机械不能充分发挥作用。（5）尽可能选用先进的机械、一机多用的机械，并为这些机械安排足够的工作量。（6）一个工程中所选用的机械其型号规格尽可能统一，便于采购配件和保养修理。,一、选型配套的必要性及一般原则2选型配套的一般原则,二、隧道开挖及出渣运输机械,1凿岩机械 在中硬以上的岩石中进行隧道施工广泛采用钻爆法，所采用的机械有凿岩机和凿岩台车。 凿岩机主要有风动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机和内燃
5、凿岩机等几种类型。 施工中选择凿岩机一般是根据凿岩地点和钻孔方向先确定类型，再根据岩石的硬度、炮眼尺寸等选择规格。凿岩台车是在单台凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机械，将多台液压凿岩机安装在一个专门的移动设备上，实现多机同时作业。按行走装置分为轨行式、轮胎式和履带式；按结构形式可分为实腹式和门架式；按钻臂形式分为液压钻臂式和梯架式；按隧道开挖断面分为全断面合车、半断面台车和导坑台车，按凿岩机台数分为单臂、两臂、三臂、四臂等凿岩台车。凿岩台车具有钻眼速度高、劳动强度低、机动性好、覆盖面积大等特点，目前多采用液压钻臂式。,二、隧道开挖及出渣运输机械1凿岩机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,1凿岩机械
6、 风动凿岩机结构简单，制造容易，维修使用方便，适用性较强，应用广泛，但总效率低，需要压气设备，有排气污染，噪音大。液压凿岩机凿岩速度快，总效率高，动力消耗少，噪音小，排气污染小，但结构复杂，造价高，重量较大，附属装置较多，对使用维修要求高，多安装在台车上使用，是一种有发展前途的凿岩机，已日趋广泛使用。电动凿岩机总效率高，动力消耗少，动力单一，震动小，噪音小，但功率小，可靠性、耐久性、安全性均不如风动凿岩机，多用于交通不便、搬迁频繁的石方工程。内燃凿岩机重量轻，携带方便，但油烟污染大，适用于露天作业、流动性工程和山地、无水、电地区作业，不适用于地下工程。,二、隧道开挖及出渣运输机械1凿岩机械,二
7、、隧道开挖及出渣运输机械,1凿岩机械,二、隧道开挖及出渣运输机械1凿岩机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,2装药、找顶及清底机械（1）装药器和装药台车在我国隧道钻爆法施工其他各工序都实现机械化的情况下，唯有装药工序多处于人工操作的落后状态，主要原因在于国内没有适用于隧道钻爆法施工的装药机械，进口国外的装药设备不适合于国情且价格昂贵。 装药器是利用压缩空气将散装炸药压入炮孔的设备 。目前，所使用的装药器大部分是靠压气作用的。按其原理可分为三类：喷射式、压入式和联合(喷射、压入)式；按携带方式不同可分为轻便式和自行式两种。装药台车是一种在长大隧道施工中将人员、物品提升起来送到工作面进行装药的机械设备
8、。优点是机械化程度高，装药效率快，装药质量好。但机械成本高，占用隧道空间大，因此选择时要考虑整体工程造价，一般在长达隧道可选择使用。,二、隧道开挖及出渣运输机械2装药、找顶及清底机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,2装药、找顶及清底机械,二、隧道开挖及出渣运输机械2装药、找顶及清底机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,2装药、找顶及清底机械（2）找顶及清底机械 履带式反铲挖掘机，是隧道施工中常用的机械之一。换装适当型式的铲斗和液压锤后，可用作找顶。换装侧置式臂后，可用于隧道内挖侧沟。装用普通臂的反铲也可挖侧沟，但有铲斗的纵向对称面和水沟的纵向对称面不重合的缺点。换装成普通铲斗可用作隧道清底。,二、隧
9、道开挖及出渣运输机械2装药、找顶及清底机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,3单臂掘进机 单臂掘进机是采用装在可移动式机臂上的切削头来破碎岩体，并挖除坑道范围内的岩体，可连续掘进，但只适用于软岩及土质隧道。 单臂掘进机通常是集切割、装运与行走为一体挖掘机械，广泛应用于矿山开采和隧道开挖，可以挖掘任意形状的道坑和大小跨度的隧道，并且对围岩的稳定性影响较小，扰动破坏性少，常用的单臂掘进机是铁盘式采矿机。挖斗式掘进机和铲斗式装渣机亦可用于隧道掘进，机动灵活，适用能力强等。,二、隧道开挖及出渣运输机械3单臂掘进机,二、隧道开挖及出渣运输机械,4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 是盾构法隧道掘进的专用工程机械，
10、现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。,二、隧道开挖及出渣运输机械4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机,二、隧道开挖及出渣运输机械,4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 盾构机的
11、基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。,二、隧道开挖及出渣运输机械4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机,二、隧道开挖及出渣运输机械,4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液
12、)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。,二、隧道开挖及出渣运输机械4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机,二、隧道开挖及出渣运输机械,4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少
13、盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。 a.敞开式开挖 手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适于地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均比其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。,二、隧道开挖及出渣运输机械4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机,二、隧道开挖及出渣运输机械,4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 b.机械切削式开挖 指与盾构直径相仿的全断面
14、旋转切削刀盘开挖方式。根据地质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障碍物也不如敞开式开挖。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。,二、隧道开挖及出渣运输机械4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机,二、隧道开挖及出渣运输机械,4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 c.网格式开挖 采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进是，土体就从格子里挤出来
15、。根据土的性质，调节网格的开孔面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此，在施工务必采取有效措施，防止盾构后退。,二、隧道开挖及出渣运输机械4盾构机，全名叫盾构隧道掘进机,二、隧道开挖及出渣运输机械,4盾构机d.挤压式开挖 全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤密实。,二、隧道开挖及出渣运输机械4盾构机,二、隧道开挖及出渣运输机械,5全断面掘进机（TMB） 其实全断面掘进机和盾构机笼统的
16、说，都是一样，都是隧道全断面掘进。只是不同的工作环境应用不同的机械罢了。主要区别如下：a适用的工程不一样，TBM用于硬岩，盾构机用于土层的挖掘。工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城市地铁，及小型管道。 b两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。 cTBM比盾构技术更先进，更复杂。,二、隧道开挖及出渣运输机械5全断面掘进机（TMB）,二、隧道开挖及出渣运输机械,5全断面掘进机（TMB）,二、隧道开挖及出渣运输机械5全断面掘进机（TMB）,二、隧道开挖及出渣运输机械,6装渣机械隧道施工中，正洞、导洞及斜井出渣用的装渣机械有:装载机、爪式扒
17、渣机、耙斗式装渣机、铲斗式装渣机等。隧道内装渣用的装载机轮胎式和履带式为主，以柴油机为动力的应装有废气净化装置和侧卸式岩石铲斗，转向灵活、转向半径小，铲斗插入力及铲起力要大。爪式扒渣机是一种连续装渣机械，它可与各种矿车、自卸汽车等运输机械配套，实现装岩机械化。爪式扒渣机能扒装各种硬度的岩石，生产效率高，清底干净，机内转载、机后卸料，按扒渣爪的排列方式不同有蟹爪、立爪及蟹立爪之分。目前隧道常用的扒渣装岩机有立爪装岩机和立蟹爪装岩机。,二、隧道开挖及出渣运输机械6装渣机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,6装渣机械,二、隧道开挖及出渣运输机械6装渣机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,6装渣机械耙斗式装渣
18、机不仅可用于平巷装渣，还可以在300以下的斜井装渣。按绞车传动方式的不同，有行星轮式和摩擦式之分。铲斗式装渣机是一种间歇式装渣机械，按卸载方式分为、正装后卸式、正装侧卸式，按装渣方式分为直接装渣式、间接装渣式。,二、隧道开挖及出渣运输机械6装渣机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,7运输机械隧道施工的洞内运输（出渣和进料）方式分为有轨式、无轨式和皮带运输，常用的为前两种方式，皮带运输仅在少数隧道施工或斜井出渣运输中采用。有轨式运输是铺设小型钢轨轨道，用轨道式运输车出渣和进料。有轨式运输在有水隧道或洞内泥泞的情况下独具优势，但须配备调车设备和卸渣机械。常用的轨道式运输车辆有斗车、梭式矿车、窄轨平板车
19、、窄轨矿车等。有轨运输大多采用电瓶车或内燃机车牵引，有少量为人力推运，采用斗车或梭式矿车运石渣，是一种适应性较强的及较为经济的运输方式。,二、隧道开挖及出渣运输机械7运输机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,7运输机械无轨式运输是采用无轨运输车出渣和进料。隧道用无轨运输车多为燃油式动力、轮胎行走的自卸汽车，还有铰接车身或双向驾驶的坑道专用车辆。一般要求选用载重自重比大、体型尺寸较小、机动灵活、自卸、配有废气净化器能与装渣机能力相配套的运输车，可充分发挥各自的工作效率及提高整体作业能力，达到加快隧道施工掘进速度。其特点是机动灵活，不需要铺设轨道，适用于弃渣场离洞口较远和道路纵坡度较大的场合。缺点是由
20、于大多采用内燃驱动车辆，作业时在整个洞中排出废气污染洞内空气，故适用于大断面开挖和中等长度的隧道施工中，并应注意加强洞内通风。,二、隧道开挖及出渣运输机械7运输机械,二、隧道开挖及出渣运输机械,7运输机械,二、隧道开挖及出渣运输机械7运输机械,三、隧道支护机械,1混凝土喷射机械隧道施工中，大量采用喷射混凝土配之以锚杆、挂网、钢拱架的方法，作为初期支护，并同时构成复合式衬砌。混凝土喷射法是利用压缩空气将按一定比例配比的混凝土形成悬浮状态的气流，由喷射机喷向被喷表面形成密实的混凝土层，以达到支护的目的。它采用的主要机械设备有喷射机、机械手、空压机、供水系统、配料及搅拌上料装置、速凝剂添加装置等。这
21、些设备通过不同的配备组合，可实现多种工艺流程。混凝土喷射机分干喷和湿喷机，按结构形式分为活塞式和转子式。活塞式主要用于湿喷，喷射质量高，且可用于钢纤维喷射，价格高。转子式结构简单，价格低。,三、隧道支护机械 1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械,1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械 1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械,1混凝土喷射机械采用人工手持喷嘴喷射混凝土时，由于场地狭小，喷射料的回弹粉尘，使作业环境极为恶劣，观察喷射状况也十分困难，喷射质量难以保证。喷射机械手的使用克服了这一困难，它有以下好处:能在恶劣环境下作业，并能实现自动控制；可获得均匀的喷敷层(特别是在拱顶)；还可调节喷嘴喷射角度、运
22、动速度及喷嘴的回转运动，使其达到某一最佳状态，尽可能减小回弹；还可以采用大口径喷嘴，进行高效率的大喷射量喷射；操作方便，且劳动强度低。,三、隧道支护机械 1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械,1混凝土喷射机械喷射机械手根据臂的运动形式可分为直角坐标式和极坐标式，前者应用较多。结构型式也有两种，一种是独立的机械手，自身可以行走，作业时要与喷射机、送料机等配合使用，另一种是与喷射机、料车等组装成为一个机组。喷射机械手应具备的功能是：喷头能自如地运动到受喷空间的任一点，对于受喷面的角度可调；喷射时喷嘴应作偏心划圆或鱼摆等复合运动；喷嘴在沿隧道纵向作前后移动时应保持与受喷面等距。,三、隧道支护机械 1混
23、凝土喷射机械,三、隧道支护机械,1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械 1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械,1混凝土喷射机械目前国内外喷射混凝土施工机械化配套的一种方式是将各有关的单件机具组合配套，其优点是各独立的机具所占空间小，移动方便，并可视现场条件进行灵活组配，较适合应用于中小断面地下工程施工；其缺点是由于各设备独立分散，造成动力分散，控制欠集中，单机效率得不到充分发挥。另一种方式是联合机组形式（如图2-2-19），它将几道工序的机械组合在一二辆车上，其优点是机组结构紧凑，动力和控制集中，生产能力大，效率和综合机械化程度高，经济效益发挥得好。联合机组形式是一个发展方向，其不足之处是组合的结果
24、往往使机体形体偏大，在中小断面的地下工程施工中受到一定的限制。,三、隧道支护机械 1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械,1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械 1混凝土喷射机械,三、隧道支护机械,2锚杆机械锚杆机又称土钉机、锚杆钻机（如图2-2-20），主要用于岩土锚杆，路基、边坡治理，地下深基坑支挡，隧洞围岩稳定，预防滑坡等灾害整治，地下工程支护及高层建筑地基处理。也适用于深基坑喷锚支护、边坡土钉工程的非预应力锚杆支护，须借助锚杆安装机完成锚杆作业。锚杆台车是一种机械化的岩石锚杆支护系统（图2-2-21），它可使水泥注浆锚杆、树脂灌注锚杆、劈叉式锚杆等的安装完全机械化，锚杆机头系统能完成钻锚杆孔、
25、注浆、由锚杆架上选取锚杆并安装等连续作业。同样的锚杆机头可用于灌注树脂和水泥两种作业，而无需要更换任何部件。所有控制装置都设在离喷锚支护作业地点较远的地方，使得操作者的安全可以保证，并设有安全棚。,三、隧道支护机械 2锚杆机械,三、隧道支护机械,2锚杆机械,三、隧道支护机械 2锚杆机械,三、隧道支护机械,3.注浆泵 注浆泵是注浆过程中浆液运动的动力，是注浆的主要设备之一，主要用于锚杆注浆、围岩注浆加固和堵水施工当中。包括止浆塞、混合器、高压球阀、压力表及高压胶管等。按其性能可分为液压注浆泵、隔膜计量泵、柱塞泵及手压泵等。,三、隧道支护机械 3.注浆泵,三、隧道支护机械,4混凝土二次模注衬砌机械
26、隧道施工中，混凝土模注衬砌所采用的机械设备根据不同的施工工艺，有多种配备方式。但主要机械是：混凝土搅拌站、混凝土搅拌输送车、混凝土输送泵、钢模板衬砌台车等。另有一些辅助设备，主要是供后台上料之用 在长大隧道施工中，一般是在洞外设置搅拌站，由搅拌输送车运送混凝土进洞，经输送泵将混凝土泵入模板台车所构成的衬砌面内。也可以考虑在洞内设置移动式搅拌站，将搅拌好的混凝土直接由输送泵泵至模板台车。,三、隧道支护机械 4混凝土二次模注衬砌机械,三、隧道支护机械,4混凝土二次模注衬砌机械,三、隧道支护机械 4混凝土二次模注衬砌机械,三、隧道支护机械,4混凝土二次模注衬砌机械,三、隧道支护机械 4混凝土二次模注
27、衬砌机械,四、隧道施工通风机械,在隧道施工中，洞内氧气大大减少，且混杂各种有害气体与岩尘，造成洞内空气污浊。随着坑道不断开挖，不断向山体深处延伸，洞内温度和湿度相应提高，对人体产生有害的影响。隧道施工通风与除尘的目的是：为了更换和净化坑道内的空气，供给洞内足够的新鲜空气，稀释、冲淡和排除有害气体和降低粉尘浓度，以改善劳动条件，保障施工作业人员身体健康、保证正常的安全生产.并提高劳动生产率等。因此，施工中应加大施工通风。隧道及地下工程用的通风机械包括通风机、风管、消声器等，基本上是与矿山通用的。通风机按构造分有离心式通风机和轴流式通风机两种。隧道施工用的通风机多选用轴流式通风机。,四、隧道施工通风机械在隧道施工中，洞内氧气大大减少，且混杂各,四、隧道施工通风机械,四、隧道施工通风机械,
