1、隧道施工标准化工装配置及优化银西铁路黄土隧道标准化工装配置及优化 新建银川至西安铁路位于陕西、甘肃及宁夏自治区等三省(区)境内，连接关天经济区、陇东地区和沿黄城市带，行经整个黄土高原。线路南起西北地区中心城市西安，向西北经陕西省咸阳市、甘肃省庆阳市、宁夏自治区吴忠市后接入宁夏自治区首府银川市。YXZQ-1标起讫里程为DK167+858DK194+170.060，正线长度26.312km。位于甘肃省庆阳市正宁县、宁县境内，线路途经6个乡镇16个自然村。本标有隧道4 座，总24947.38m(其中永乐隧道出口端长2260.15m、早胜一号隧道长9909.81m、早胜二号隧道长1606.04m、早胜
2、三号隧道长11171.38m），占全线的94.8，且隧道不良地质发育、穿越软塑土、围岩条件较差，工期紧。一、挖机快速转化刀头及湿喷机械手在开挖及喷砼中的使用1、工序施工流程黄土隧道不用钻爆，具备开挖扰动小、粉尘少的特点，具备开挖立架交叉作业、同时进行的条件，将开挖出渣耗时尽可能的化解到立架工序时间内，以减少初支循环作业时间，达到“快挖、快支、快封闭”，确保黄土隧道安全施工，下面简述该工序施工流程及耗时。（1）挖机开挖上台阶及核心土，将开挖土方甩至中、下台阶，并平整下台阶至上台阶坡道，此时装载机端好上导拱架在下台阶等候，耗时V级围岩2025分钟，IV级围岩3035分钟；（2）第一步完成后，挖机横
3、移至中台阶一侧，装载机将拱架送至上台阶，同时立架班组将照明灯具、施工工具送至上台阶，耗时1015分钟；（3）立架班组开始上台阶立架，同时挖机开始开挖中台阶及核心土，装载机、出渣车开始在下台阶出渣，耗时V级5560分钟，IV级8590分钟；（4）上台阶立架完毕开始超前、锁脚施工（耗时V级95100分钟，IV级115120分钟），此时中台阶开挖出渣完毕，立架班组开始中导挂网、打砂浆锚杆、立架、打锁脚（耗时V级4550分钟，IV级5560分钟），挖机、装载机、出渣车开始下台阶开挖出渣；（5）中导立架结束，此时下台阶已经开挖出渣完毕，立架班组开始下导挂网、打砂浆锚杆、立架、打锁脚（耗时V级4550分钟
4、，IV级5560分钟）。（6）通过施工组织协调，达到上导超前、锁脚施工完毕的同时下导锁脚锚管施工完毕，报监理工程师检验合格后开始喷锚作业，喷锚耗时V级围岩100150分钟，IV级围岩120220分钟；在无仰拱初支施工的循环，共计耗时V级围岩300360分钟，IV级围岩440480分钟；2、挖机快速转换刀头改进挖机采用单钩开挖头开挖，刀头可以实现快速更换，更换刀头仅需花费23分钟，有效控制开挖轮廓线，控制超欠挖。3、湿喷机械手配置情况黄土隧道围岩以粉粒成分为主，结构均匀无层理，疏松具有大孔隙，垂直节理发育，围岩变形释放快，具突然性，属脆性破坏。暴露时间越长，滴渗水及掉块越严重。喷锚是隧道施工的一
5、项重要工序，其速度的快慢对隧道施工的安全、质量、进度影响很大，通过一年来的施工及工序时间统计，湿喷机械手比小湿喷机有着明显优势，速度更快，掌子面处需要的施工人员更少，但对机械手操作水平要求较高。同时湿喷机械手型号的选择也很重要，就项目部各工点分析，以四级围岩三台阶预留核心土为例，每循环上、中、下台阶各进尺2榀拱架，相同方量不同湿喷机械手所耗费的作业时间相差很大，从下面表1-1各工点喷锚统计表可以明显看到选择合适的湿喷机械手在喷锚速度上有明显优势。表1-1各工点喷锚统计表序号隧道工点湿喷机械型号进尺 (m)价格（万）喷锚方量 (m)喷锚时间 (h)备注1永乐隧道出口小湿喷机TK600A三台，7.
6、5KW，9m/h1.69.5/台232533.52早胜一号隧道进口小湿喷机TK600A三台，7.5KW，9m/h1.69.5/台232533.531#斜井西安方向科达机械手，82KW，30m/h1.622023252.02.541#斜井银川方向科达机械手，82KW，30m/h1.622023252.02.552#斜井西安方向科达机械手82KW，30m/h1.622023252.02.562#斜井银川方向科达机械手82KW，25m/h1.616523253.03.57出口科达机械手，82KW，30m/h1.622023252.02.58早胜二号隧道出口耿力机械手30m/h1.616823253.
7、24.09早胜三号隧道进口耿力机械手，30m/h1.615823252.53.0101#斜井五新隧装WXCHP25B1.618023253.03.5112#斜井五新隧装WXCHP151.618023253.54.0123#斜井五新隧装WXCHP25B1.218018193.03.5 2、仰拱自行式液压栈桥1、移动栈桥配备液压仰拱栈桥采用机电液一体化设计，配备有多功能自动走行装置，前支架，后横移机构，液压自平衡系统，能够实现自动纵移、起升降落、自动横移，自动化程度高，能适应多种施工工况。整体式仰拱模板后端带有驱动机构，前端通过连接机构与栈桥的自动走行装置连接后，可进行仰拱模板的机械化纵移。施工时
8、，先将栈桥与仰拱模板分离，栈桥单独就位，进行仰拱开挖、初支、防排水、钢筋施工。仰拱钢筋绑扎完毕后，将栈桥自动走行装置运行到栈桥后端，与仰拱模板连接后，将仰拱模板纵移到仰拱钢筋上方，加固后即可进行仰拱混凝土的整体浇筑，模板定位更加牢固、方便快捷。 移动栈桥统计表工点栈桥型号生产厂家栈桥长度参考价格（万元）是否带逃生通道早胜一号隧道进口YQII-24M成都科利特28.863.8否永乐隧道出口YQII-24M成都科利特28.863.8否早胜一号隧道1#斜井小里程YQII-18M湖南中铁五新钢模有限责任公司2866否早胜一号隧道2#斜井小里程YQII-18M湖南中铁五新钢模有限责任公司2866否早胜一
9、号隧道出口YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司2871否早胜二号隧道出口YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司3871否早胜三号隧道进口YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司3871否早胜三号隧道1#斜井小里程YQII-24M北京万桥兴业机械有限公司3860是早胜三号隧道1#斜井大里程YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司3871是早胜三号隧道2#斜井小里程YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司3871是早胜三号隧道2#斜井大里程YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司3871是早胜三号隧道3#斜井小里程YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司3871否
10、早胜三号隧道3#斜井大里程YQII-24M湖南中铁五新钢模有限责任公司3871否38m栈桥主要参数长宽高38.4m5.1m1.4m(1.15m)主梁28.5m长，左右纵箱可以加宽利用，一侧做逃生通道，另一侧过风水管线斜坡道5.042m，4.86m（掌子面端）设计通过载荷60t通过车辆形式胶轮或履带式车辆通过车辆最大外宽3.4m控制方式电动、液压（可选配遥控）行走方式步进、自行步履长度8.5m走行速度5m/min升降速度0.5m/min整机功率13KW后轮轮距4m左右横移单次最大450mm2、移动栈桥在施工中的优点1）保证仰拱及二衬施工缝同一里程，有利于提高仰拱的整体性及防水性能。2）仰拱边墙弧
11、形模板移动不用隧道机械设备，比起传统的简易栈桥节余挖机等机械设备占用。3）对隧道内交通影响较小，栈桥下作业不影响栈桥上车辆通过。4）安全度高，液压移动栈桥刚度大，两侧主桥起到护栏作用，车辆在栈桥上行驶不会危及栈桥下人员安全。5）利用栈桥纵梁作为逃生通道，更加合理方便。6）通过该栈桥在隧道施工中的应用，掌子面所施工的工装料具可以从栈桥上部通过，减少了开挖施工和仰拱施工之间的干扰；同时，栈桥大跨度，为仰拱施工提供了流水作业工作面；栈桥本身安装方便快捷，行走较为灵活，机械化水平较高。这些都有利于加快隧道施工速度，解决进度问题，特别是当隧道较长，工期较紧张的情况下，对于保证进度的效益非常明显。7）采用
12、可移动仰拱栈桥与简易栈桥相比，虽然制造或购置费用使成本有所提高，但由于有效提高生产效率,加快了进度，特别是长隧道的情况下，会起到降低工程施工成本的作用。3、长短栈桥对比移动栈桥在施工中，由于受不同围岩级别安全步距的影响，分为有效施工区段12m（栈桥总长28）和24m两种（栈桥总长38米），在IV级围岩下使用有效施工区段为24m栈桥，可以同步施工两版仰拱，有效保证仰拱封闭成环处距掌子面不大于35m的要求。在V级围岩时二衬距掌子面不大于70m，由于受施工场地的限制，只能采用施工区段为12m的栈桥。3、二衬施工1、防水板自动铺挂台车利用台车在初期支护面安装环向排水管。台车根据测量交底，通过升降油缸和
13、水平油缸定位。利用台车土工布沿环向移动牵引芯轴穿入，启动电机，土工布沿拱墙一侧到另外一侧完成环向布料。人工利用激光准确定位热熔垫圈位置，并固定土工布，完成土工布挂设，然后多循环前进完成土工布挂设。采用磁焊枪将防水板与专用热熔垫圈熔，磁焊枪焊接有效避免将防水板焊穿，造成的破损。磁焊机及焊接效果 三缝爬焊机环纵向防水板接缝采用三焊缝爬焊机焊接，焊缝焊接质量更好，防水效果更有保证。2、钢筋绑扎台车根据测量交底，通过升降油缸和水平油缸定位。利用单排牵引头一次可牵引多根钢筋同时施工，沿环向牵引，通过台车上的轮槽控制钢筋间距，钢筋牵引到位。通过液压杆控制钢筋沿隧道径向位置。钢筋先外层再内层安装，人工绑扎辅
14、助钢筋。 利用整体铺挂台车降低了工人劳动强度，铺设防水板时效果尤为显著，大大缩短了施工时间，降低了施工难度，提高了施工功效。防水板自动铺挂台车由项目部与台车厂家联合研发，目前已完全实现土工布、防水板挂设功能，钢筋安装正在现场试验调整。3、混凝土分层逐窗浇筑 混凝土通过输送泵泵入最高处的主料斗，经分料斗、串筒、溜槽进入台车窗口，伸入窗口处设置约1.5米长可拆卸溜槽，实现分层逐窗浇筑，分窗振捣；按作用半径在台车面板背肋上安装平板振动器，砼施工时逐个逐层使用，使混凝土浇筑更加密实，外观质量更优。 衬砌边墙混凝土逐层逐窗入模、分窗振捣，有效避免了混凝土离析、骨料堆积、产生“人”字坡冷缝等弊端；提升衬砌
15、边墙混凝土浇筑的实体质量和外观质量。同时减少了边墙浇筑换管工序，降低了劳动强度，节省了浇筑时间。4、衬砌带模注浆二衬混凝土施工前安装RPC注浆管。二衬浇筑结束2小时后进行接管，采用拌、制一体机进行注浆。拱顶径向带模注浆及混凝土缺陷预防技术，包括台车注浆孔设计制作、拱顶带模注浆等新的注浆工艺、设备及具有修复功能的微膨胀注浆结合料等。该项技术解决了困惑隧道工程管理技术人员多年的拱顶开裂、掉块、厚度不足、空洞、渗漏水等质量惯性问题，对拱顶混凝土常见缺陷进行超前预防。按照衬砌台车模板长度设计注浆孔数量，12m台车设置4个注浆孔（12m台车注浆孔位置布置见下图），孔径为40mm；主注浆孔（1#孔）距二衬
16、封闭端60100cm，排气/观察孔（4#孔）距开放端模100150cm，2#、3#注浆孔在中间位置均布。在衬砌台车顶部注浆孔开孔并焊接固定法兰（首次），固定法兰采用满焊方式，防止漏浆或注浆时法兰脱落。固定法兰连接螺栓在模板外侧，法兰厚度1cm；螺栓为M22普通螺栓，螺栓长度为70mm； RPC管顶端管口切割十字口，深度0.5cm，宽度为0.3cm。拱顶带模注浆使用微膨胀结合注浆料，水料配合比采用0.18；制浆及注浆设备选用制浆注浆一体机。首先对1#孔（主注浆孔）进行注浆，观察注浆孔的出浆情况，当其余孔出浆或者压力表读数超过1.0MPa时停止注浆，依次对2#、3#、4#注浆孔进行注浆。 从实践结
17、果来看，该工艺技术的核心是：一是通过预埋径向RPC注浆管，预判拱顶衬砌厚度。灌注拱顶混凝土时，观察RPC管口的溢浆情况，解决拱顶厚度不足问题。二是混凝土灌注结束后及时进行带模注浆，解决拱顶防水板与衬砌间脱空和衬砌厚度不足的问题。三是通过注浆料的扩散，在衬砌外表面形成整体的、高度强较的、结合力强的砂浆防水层，解决拱顶防水问题。四是通过每环注浆量的统计，了解拱顶混凝土灌注饱满度，并通过注浆量为考核手段，倒逼施工人员提高拱顶混凝土灌注质量。拱顶注浆工艺对比表工艺对比带模注浆传统的注浆质量方面注浆管材料：RPC注浆管，为水泥基制品，既具有较好的抗折性能，又与混凝土结合性较好，且在脱模时可以直接敲断注浆
18、管材料：PVC管价格低，但易弯折失效，且与混凝土结合性差；钢管管壁薄，现场切割时边缘锋利，易戳破防水板，与混凝土结合性较差，且脱模不方便，需机械切割注浆材料：专用微膨胀注浆料，现场加水直接使用，使用方便，无泌水、微膨胀、强度高，具有可施工时间较长和优异的自流平性能，注浆材料与水泥胶结好，非常有利于衬砌混凝土的修复和补强注浆材料：水泥浆，收缩大，泌水大，力学性能无法达到衬砌混凝土的指标，且与衬砌混凝土结合性差，易形成“两层皮”现象，出现二次空洞的概率大注浆设备：隧道衬砌专用注浆机，集制浆、储浆、压浆多功能为一体，额定压力最大为3-4MPa，可充分克服管道阻力及浆液垂直输送阻力注浆设备：传统的注浆
19、设备压浆泵压力小，制浆、压浆设备分离注浆效果：经应用检测后，可一次达到预期效果注浆效果：注浆效果差，有时需多次注浆工效方面二衬施工完后及时注浆，不占用隧道作业工序后期搭设台架进行操作，增加隧道作业工序经济方面直接利用台车作为工作平台，采用专用注浆料平均约1吨/板（12m），合计1950元，注浆用工综合计算约1个工，合计150元。虽然直接经济成本较高，但可以倒逼二衬混凝土冲顶施工质量，降低后期高铁隧道运营风险和后期治理风险，综合效益明显工艺亮点（1）通过RPC注浆管，有效监控拱顶混凝土浇筑厚度和密实度；（2）通过带模注浆解决衬砌拱顶脱空，并使注浆料与衬砌混凝土结合成良好的受力整体；（3）通过对注
20、浆量量化考核，倒逼施工班组提高衬砌灌注质量；（4）确保衬砌厚度达到设计要求，对施工过程中各种原因造成的衬砌厚度不足能够及时修复； （5）采用新型微膨胀注浆料，通过拱顶及时带模注浆，避免了传统衬砌注浆液与衬砌“两层皮”的现象，使衬砌结构整体性更好；（6）在衬砌台车的保护之下，采用较高的注浆压力，充分密实衬砌空洞，修复衬砌缺陷；（7）工艺方便可靠，在衬砌施工间隙注浆，不占用正常工序。4、养护台车1、养护台车概况：注：1-隧道衬砌台车 2-衬砌养护台车（具升温、保温、保湿功能） 3-衬砌养护台车（具保温、保湿功能）整套设备由两台组成，第一台具备加温、加湿功能，第二台具备保温、加湿功能。整套设备紧跟衬砌台车，对拆模后的混凝土进行养护。设备主要由气囊密封系统、电加热系统、雾化系统、智能温湿度控制系统组成，实现封闭空间内加温、加湿养护。2、智能养护台车工作原理： 通过设备四周（前后两端、两侧边墙底部）的气囊密封，在隧道壁和电加热系统之间形成封闭空间。 通过电加热系统，将电能转化为热能，实现加温。 通过微米级雾化喷嘴实现加湿，另外针对雾化水设置了加热装置，确保喷射的雾化水温度与隧道壁混凝土温差小。
