第三章 隧道支護(hù)設(shè)

第三章隧道支護(hù)設(shè)備

第一節(jié)錨桿臺(tái)車第二節(jié)混凝土噴射機(jī)第三節(jié)襯砌模板設(shè)備第一節(jié)錨桿臺(tái)車1概述在隧道施工中，工作面開挖后應(yīng)立即進(jìn)行必要的支護(hù)，約束圍巖的松弛和變形。噴射混凝土配以錨桿的支護(hù)方法，可以主動(dòng)加固圍巖，控制圍巖變形，防止圍巖的松動(dòng)破壞和坍落，使噴錨在與圍巖共同變形的過程中保持圍巖的穩(wěn)定性，是隧道施工中初期支護(hù)的主要手段。錨桿支護(hù)可將表面可能坍落的巖塊懸吊在穩(wěn)定的巖層上。在分層巖體上打入錨桿后，提高巖層的整體抗彎能力。第一節(jié)錨桿臺(tái)車與構(gòu)件支撐、灌筑混凝土襯砌或其它襯砌結(jié)構(gòu)比較，噴錨結(jié)構(gòu)是一種變“被動(dòng)”為“主動(dòng)”的支護(hù)形式，在節(jié)省勞動(dòng)力、材料、縮短工期、降低造價(jià)方面都有顯著的優(yōu)越性。采用噴錨支護(hù)的施工程序一般為先噴混凝土后打錨桿，錨桿桿體露出巖面的長度不應(yīng)大于噴層厚度。噴錨機(jī)械包括錨桿臺(tái)車、混凝土噴射機(jī)和懸臂式噴嘴遙控操作器（機(jī)械手）等。第一節(jié)錨桿臺(tái)車2錨桿臺(tái)車錨桿臺(tái)車是在隧道施工中用干圍巖支護(hù)的專用設(shè)備。在需要錨桿支護(hù)的地方用錨桿臺(tái)車進(jìn)行鉆孔、注漿、插入錨桿，全套工序均由錨桿臺(tái)車完成，如圖3-1所示為錨桿臺(tái)車外貌圖。錨桿臺(tái)車由臺(tái)車底盤、大臂、錨桿機(jī)頭等組成。

第一節(jié)錨桿臺(tái)車2.1臺(tái)車底盤錨桿臺(tái)車的底盤為自行式底盤，和鑿巖臺(tái)車底盤相同，為增加臺(tái)車的機(jī)動(dòng)性，采用輪胎式底盤、全液壓驅(qū)動(dòng)、液壓轉(zhuǎn)向，具有機(jī)動(dòng)靈活、操縱輕便等特點(diǎn)。2.2大臂大臂結(jié)構(gòu)通常為矩形箱式結(jié)構(gòu)，具有升降、擺動(dòng)、伸縮、轉(zhuǎn)動(dòng)等功能。大臂內(nèi)外套管之間可由摩擦塊調(diào)整。大臂的動(dòng)作均由液壓系統(tǒng)控制。大臂上各個(gè)油缸均裝有插入式自動(dòng)平衡限速閥起保護(hù)作用，如大臂受到強(qiáng)大外力作用時(shí)，自動(dòng)打開油口卸荷。第一節(jié)錨桿臺(tái)車

2.3錨桿機(jī)頭錨桿機(jī)頭由鑿巖機(jī)及其推進(jìn)器、錨桿推進(jìn)器、注漿或噴射導(dǎo)架、定位器、三狀態(tài)定位油缸、錨桿夾持架等部件組成，可完成從鉆孔、注漿到錨桿安裝全過程的工作。更換少數(shù)部件即可安裝漲殼式錨桿。圖3-2為錨桿機(jī)頭結(jié)構(gòu)圖。

第一節(jié)錨桿臺(tái)車2.3.1鑿巖機(jī)及其推進(jìn)器該機(jī)使用全液壓鑿巖機(jī)，可自動(dòng)防卡釬，帶有雙向液壓馬達(dá)、水和壓氣雙重沖洗系統(tǒng)，所有液壓油管對(duì)稱地布置在鑿巖機(jī)后部。推進(jìn)器為鏈?zhǔn)剑蓛筛垆摽勘澈附佣?，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏈條提供動(dòng)力。鑿巖機(jī)裝在推進(jìn)器上，具有自動(dòng)停止、快速退回的功能。第一節(jié)錨桿臺(tái)車2.3.2注漿、噴射導(dǎo)管和抓桿器導(dǎo)管可上、下升降和左右擺動(dòng)，利于找位，錨桿機(jī)頭上的抓桿器，向右擺動(dòng)抓住錨桿，然后夾緊，隨著錨桿機(jī)頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)地將錨桿從夾持器上抓出。

2.3.3錨桿推進(jìn)器配有旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。打注漿錨桿時(shí)錨桿無需旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)不工作；打樹脂卷錨桿時(shí)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)使錨桿邊旋轉(zhuǎn)邊攤進(jìn)，到頂后等待片刻，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)反向旋轉(zhuǎn)給錨桿施加預(yù)應(yīng)力。其推進(jìn)器與鑿巖機(jī)推進(jìn)器一樣，只是無自動(dòng)停止功能。第一節(jié)錨桿臺(tái)車2.3.4錨桿夾持器使用圓盤式錨桿夾持器，每次可夾持8根錨桿，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可自動(dòng)定位。2.3.5轉(zhuǎn)動(dòng)定位器由一個(gè)帶蓄能器的液壓缸及橡膠頭組成。安裝錨桿時(shí)，錨桿機(jī)頭圍繞定位器轉(zhuǎn)動(dòng)，其頂緊力保持恒定。定位器與才能器在工作時(shí)處于閉鎖狀態(tài)，以確保定位穩(wěn)定第一節(jié)錨桿臺(tái)車2.3.6三狀態(tài)液壓缸液壓缸是由一個(gè)缸體兩個(gè)活塞桿組成?；钊麠U全部回收時(shí)，錨桿機(jī)頭處于打錨桿孔位置；一端活塞桿伸出時(shí)，錨桿機(jī)頭處于注漿或噴樹脂卷位置；活塞桿全部伸出時(shí)，錨桿機(jī)頭處于放置錨桿位置。見圖3-3。2.3.7鑿巖機(jī)液壓系統(tǒng)鑿巖機(jī)液壓系統(tǒng)可完成鉆機(jī)沖擊、鉆桿旋轉(zhuǎn)、鉆機(jī)推進(jìn)三個(gè)動(dòng)作。具有半功率開孔、全功率鉆進(jìn)、自動(dòng)防卡釬、自動(dòng)計(jì)時(shí)、自動(dòng)洗孔、自動(dòng)停止等功能。

1、鉆孔：手持式鑿巖機(jī)鑿巖孔清孔

2、安裝錨桿：將帶有錨頭的中空錨桿插入錨孔并安裝止?jié){塞、墊板，旋緊螺母

3、連接注漿機(jī)：注漿接頭將錨桿尾端與注漿機(jī)連接

4、注漿：注漿機(jī)注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力

1、鉆孔：鑿巖機(jī)將安裝好鉆頭的錨桿鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度

2、安裝止?jié){塞：卸下鉆機(jī)并將止?jié){塞安裝在距錨孔口約2cm處

3、連接注漿機(jī)：通過注漿機(jī)將錨桿尾端與注漿泵相連

4、注漿：注漿機(jī)注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力

5、安裝配件：安裝墊板螺母第二節(jié)混凝土噴射機(jī)一、概述混凝土噴射機(jī)是地下工程、巖土工程和市政工程等領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的一種施工設(shè)備。它是利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將按一定比例配合的拌和料通過管道輸送并高速噴射到受噴面上凝結(jié)硬化，從而形成混凝土支護(hù)層，近年來，噴射混凝土技術(shù)以其簡便的工藝、獨(dú)特的效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)的造價(jià)和廣泛的用途，在各種建筑領(lǐng)域內(nèi)顯示出旺盛的生命力。第二節(jié)混凝土噴射機(jī)1.國內(nèi)外混凝土噴射機(jī)的發(fā)展干式混凝土噴射機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是輸送距離長，設(shè)備簡單，耐用。但由于它是使干拌和混凝土在噴嘴外與水混和，故而施工粉塵、回彈均較大，干噴作業(yè)產(chǎn)生的粉塵危害工人健康，尤其是窄小巷道工程中粉塵污染更為嚴(yán)重。目前，在一些西方國家中，濕式混凝土噴射機(jī)己逐漸成為主要的噴射混凝土作業(yè)機(jī)具第二節(jié)混凝土噴射機(jī)2.濕式混凝土噴射機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)（1）粉塵小大大降低了機(jī)旁和噴嘴處的粉塵濃度，消除了對(duì)工人健康的危害。（2）生產(chǎn)率高干式混凝土噴射機(jī)一般不超過5m3／h，而使用濕式混凝土噴射機(jī)，人工作業(yè)時(shí)可達(dá)10m3／h；采用機(jī)械手作業(yè)時(shí)，則可達(dá)20m3／h。（3）回彈度低干噴時(shí)，混凝土回彈率可達(dá)15％～50％，采用濕噴技術(shù)回彈率可降到10％以下。（4）質(zhì)量高濕噴時(shí)，由于水灰比易于控制，混凝土液化程度高，故可大大改善噴射混凝土的品質(zhì)，提高混凝土的勻質(zhì)性.第二節(jié)混凝土噴射機(jī)二、濕式混凝土噴射機(jī)的種類及工作原理（一）泵送型1.柱塞泵式濕噴機(jī)如圖2-3-6所示，這種濕噴機(jī)是將柱塞式混凝土泵作為濕式混凝土噴射機(jī)的基本機(jī)體，在輸送管出口裝以噴嘴并在此通入壓縮空氣，將混凝土噴射出去。這類濕噴機(jī)一般較笨重，但輸送距離長。在二灘、小浪底等一些大型水利工程中使用的瑞士生產(chǎn)的Robojet041型混凝土噴射機(jī)就是這種類型。

第二節(jié)混凝土噴射機(jī)2.螺桿泵式濕噴機(jī)如圖2-3-7所示，這種濕噴機(jī)是以螺桿與定子套相互嚙合時(shí)封閉空間容積的變化來輸送物料的。這種類型的有德國烏爾馬特（UELMAT）公司的SB-3型濕噴機(jī)，我國有關(guān)單位也曾進(jìn)行過研制。該機(jī)型的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，螺桿和定子套的磨損較嚴(yán)重，故而應(yīng)用范圍不大。第二節(jié)混凝土噴射機(jī)3.軟管擠壓泵式濕噴機(jī)如圖2-3-8所示，進(jìn)種濕噴機(jī)由攪拌斗、泵送軟管、泵體和輸料管等部件組成。泵體為圓筒形，中部之行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩個(gè)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)擠壓泵送管內(nèi)的濕料，使之進(jìn)人輸料管壓送出去。日本極東PC08-60M型混凝土噴射機(jī)即屬此類型濕噴機(jī)。據(jù)報(bào)道這種噴射機(jī)曾在國外應(yīng)用較廣，但從近年來國內(nèi)的引進(jìn)情況來看，已很少使用，其主要問題是擠壓管壽命短。第二節(jié)混凝土噴射機(jī)（二）氣送式濕式混凝土噴射機(jī)這類濕噴機(jī)是利用壓縮空氣將物料在軟管中以“稀薄流”的形式輸送至噴嘴直接噴出。圖2-3-9是英國COMPERNASS-208型濕噴機(jī)工作原理圖。該機(jī)為并排的兩個(gè)罐，一個(gè)噴射、一個(gè)備料。罐的底部各有一個(gè)橫臥的螺輸送器，噴射罐內(nèi)通人壓縮空氣，濕拌和料經(jīng)螺旋送進(jìn)輸料管，在噴嘴處，通過氣環(huán)引人的壓縮空氣使拌和料噴射出去。這種濕噴機(jī)的缺點(diǎn)是向罐內(nèi)加料比較麻煩，罐的清理亦不方便。

第二節(jié)混凝土噴射機(jī)圖2-3-10所示是日本德斯古馬恩型濕噴機(jī)工作原理圖。該濕噴機(jī)為豎立的兩個(gè)罐，上罐拌料、下罐噴射，上下罐均有密封閥門，交替開啟、關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴射。下罐底部有一橫臥螺旋驅(qū)動(dòng)濕拌和料至料管內(nèi)噴射出去。這種濕噴機(jī)的缺點(diǎn)是上料高度大、比較笨重。第二節(jié)混凝土噴射機(jī)圖2-3-11所示是瑞士阿列瓦280型濕噴機(jī)工作原理圖。該機(jī)為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置，恒功率變量泵通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，從而使噴射量可調(diào)；采用了液壓式轉(zhuǎn)子壓緊機(jī)構(gòu)，壓緊力可調(diào)。工作時(shí)料斗中的濕拌和料落人轉(zhuǎn)子料孔，經(jīng)旋轉(zhuǎn)180°后料孔與壓縮空氣進(jìn)氣口相通，濕拌和料遂以懸浮狀態(tài)被壓至出料管，經(jīng)在噴嘴混合室與液體速凝劑快速充分混合后，從噴嘴高速噴出。該機(jī)的缺點(diǎn)是設(shè)備投資較大，維護(hù)工作量大，自體質(zhì)量達(dá)到2t多，機(jī)動(dòng)性差。第二節(jié)混凝土噴射機(jī)（三）轉(zhuǎn)子活塞式濕噴機(jī)

TK-961型濕式混凝土噴射機(jī)是鐵道科學(xué)研究院西南分院近年來研制的一種轉(zhuǎn)子活塞式濕噴機(jī)，如圖2-3-12所示。該機(jī)利用一組活塞將濕拌料推送至機(jī)器頂部的混合室，經(jīng)與空氣混合后，通過軟管輸送到噴嘴，在噴嘴處摻加速凝劑后噴出。該機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是無余氣排放，送料連續(xù)性好，且對(duì)混凝土的和易性要求不高。

第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車1概述保證隧道襯砌的質(zhì)量，必須做到襯砌結(jié)構(gòu)密實(shí)，堅(jiān)固耐久，外表平整，中線、水平、斷面和凈空符合規(guī)定。隧道襯砌時(shí)，模板決定著隧道斷面的形狀及外表平整性等，因而襯砌模板設(shè)備是隧道施工中的重要設(shè)備。襯砌模板臺(tái)車己普遍被采用，近年來國外已開發(fā)出高性能的全液壓襯砌模板臺(tái)車。第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車2襯砌模板臺(tái)車2.1簡易襯砌臺(tái)車簡易襯砌臺(tái)車一般分為上、下兩層，下層平臺(tái)應(yīng)有一定的凈空高度，以便各種運(yùn)輸車輛的通行，臺(tái)車置于兩根軌道上；臺(tái)車上兩層作業(yè)平臺(tái)應(yīng)保證灌注混凝土操作方便。有的簡易襯砌臺(tái)車上設(shè)置混凝土攪拌機(jī)和澆注機(jī)，可以在臺(tái)車上進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，減少每個(gè)襯砌環(huán)節(jié)施工時(shí)頻繁地搭拆腳手架。第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車2.2襯砌模板臺(tái)車隧道襯砌模板臺(tái)車由一部臺(tái)車和數(shù)套鋼模板組成。模板以型鋼為骨架，上鋪鋼板形成外殼，并設(shè)有收攏結(jié)構(gòu)，通過安裝在臺(tái)車上的電動(dòng)液壓裝置，進(jìn)行立模與拆模作業(yè)。模板與臺(tái)車各自為獨(dú)立系統(tǒng)，每段襯砌灌注混凝土完畢后，臺(tái)車可與模板脫離，襯砌混凝土由模板結(jié)構(gòu)支撐。臺(tái)車將后面另一段己灌混凝土可以拆模的禳板收攏后，由電平車牽引，穿過安裝好的模板下，到達(dá)前方預(yù)計(jì)灌注段進(jìn)行立模作業(yè)。第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車這種鋼模臺(tái)車適用于曲線半徑大于等于400m、襯砌厚度小于等于45cm，使用先墻后拱法進(jìn)行襯砌施工的單線鐵路隧道。該臺(tái)車襯砌作業(yè)快速、高效、優(yōu)質(zhì)、安全，并節(jié)省人力、鋼材、木料，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。襯砌模板臺(tái)車由鋼模板、臺(tái)車和液壓系統(tǒng)三大部分組成，如圖3-3-1所示是襯砌模板臺(tái)車示意圖。

第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車2.2.1模板部分每套模板長8m，由四個(gè)2m長的拼接段組成。其中分基腳模板、折疊模板、邊墻模板、拱腳模板、拱腰模板和加寬塊等11塊，以及基腳千斤頂、基腳斜撐、堵頭塊、收攏鉸、連接鉸等配件，各模板塊間均用螺栓對(duì)接。鋼拱架用18號(hào)工字鋼和槽鋼彎制而成，表面鋪焊6mm厚鋼板。每套模板設(shè)有作業(yè)窗40個(gè)，為便利灌注和搗實(shí)混凝土之用。在每套模板前端有堵頭擋板，作灌注時(shí)分節(jié)用。第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車曲線加寬塊模板最大的加寬值為80cm。使用時(shí)根據(jù)隧道曲線設(shè)計(jì)的加寬斷面要求，只需換裝相應(yīng)加寬值的加寬塊即可。但在曲線外側(cè)，每8m長的襯砌灌注段由于內(nèi)外弧長之差，在相鄰灌注段的模板接頭處，須增加楔形輔助彎頭模板。第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車2.2.2臺(tái)車部分臺(tái)車車體為桁架結(jié)構(gòu)，立柱和橫梁均采用箱形截面結(jié)構(gòu)，其他部件為型鋼組合構(gòu)造。臺(tái)車分為上、下兩層平臺(tái)，平臺(tái)兩側(cè)均設(shè)有可翻轉(zhuǎn)的腳手平臺(tái)，便于襯砌施工作業(yè)。臺(tái)車行走裝置為輪軌式，設(shè)有頂機(jī)裝置，可用電平車或機(jī)車頂推牽引；還設(shè)有制動(dòng)車器和卡軌器，使臺(tái)車停止和固定時(shí)能安全穩(wěn)妥。軌道應(yīng)專門鋪設(shè)。第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車2.2.3液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)由油泵、油缸及操縱系統(tǒng)等組成，上部垂直油缸控制拱頂模板，側(cè)向油缸控制側(cè)模板。油泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一般設(shè)置兩套供油系統(tǒng)，以保證作業(yè)的絕對(duì)可靠性。臺(tái)車的作業(yè)程序如圖3-3-2所示。

第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車2.3全液壓襯砌模板臺(tái)車隧道施工的及時(shí)襯砌是十分重要的，可防止挖掘面的劣化、風(fēng)化，減少挖掘面的臨時(shí)支護(hù)、噴錨等，并縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間。國外已開發(fā)出全液壓襯砌模板臺(tái)車，如圖3-3-3所示，該車由基礎(chǔ)車、臂架、拱架、模板、控制系統(tǒng)、混凝土澆注系統(tǒng)等組成。臺(tái)車轉(zhuǎn)移運(yùn)輸時(shí)，將模板拱架收攏如圖3-3-4a）狀態(tài)，以便運(yùn)行。施工實(shí)例已表明該臺(tái)車大大改善了一次襯砌的作業(yè)環(huán)境，減少了支護(hù)，縮短了作業(yè)周期，其作業(yè)狀態(tài)如圖3-3-4b）所示。

第三節(jié)襯砌模板臺(tái)車2.3.1基礎(chǔ)車.采用隧道機(jī)械的專用輪胎式底盤，適用于隧道施工環(huán)境，機(jī)動(dòng)性好、堅(jiān)固耐用。襯砌混凝土施工所需的設(shè)備全部組裝在基礎(chǔ)車上。2.3.2拱架.如圖3-3-3所示拱架2的作用是作為模板1移動(dòng)的導(dǎo)軌，拱架也是定型架，澆注混凝土?xí)r作為承受