《隧道工程》课件第21讲装渣与运输.ppt

第七章 隧道施工工艺及施工技术,围岩预支护(预加固),装渣与运输,初期支护,监控量测与数据分析,放排水施工工艺,辅助坑道,二次衬砌,隧道爆破施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第三节 装渣与运输,一、装渣,装渣就是把开挖下来的石渣装入运输车辆。,(一)渣量计算,出渣量应为开挖后的虚渣体积，可按下式计算：,式中，Z单循环爆破后石渣量；R岩体松胀系数，见表；,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第二节 装渣与运输,一、装渣,装渣就是把开挖下来的石渣装入运输车辆。,(一)渣量计算,出渣量应为开挖后的虚渣体积，可按下式计算：,式中，Z单循环爆破后石渣量；R岩体松胀系数，见表；,第七章 隧道施工工艺及施工技术,超挖系数，视爆破质量而定，一般可取1.151.25；L设计循环进尺；S开挖断面面积。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(二)装渣方式,装渣的方式可采用人力装渣或机械装渣。,人力装渣：劳动强度大、速度慢，在短隧道缺乏机械或断面小无法使用机械装渣时才考虑采用。,机械装渣：速度快、可缩短作业时间，目前隧道施工中经常采用，但仍需配少数人工辅助。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(三)装渣机械,隧道用的装渣机又称装岩机，要求外形尺寸小，坚固耐用，操作方便和生产效率高。,装渣机械按其扒渣机构型式可分为：铲斗式、蟹爪式、立爪式、挖斗式。,铲斗式装渣机为间歇性非连续装渣机，有翻斗后卸、前卸和侧卸式三个卸渣方式。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,蟹爪式、立爪式和挖斗式装渣机是连续装渣机，均配备刮板(或链板)转载后卸机构。,装渣机的走行方式有轨道走行和轮胎走行两种。,轨道走行式装渣机：须铺设走行轨道，因此其工作范围受到限制。,轮胎走行式装渣机：移动灵活，工作范围不受限制。但在有水土质围岩的隧道中，有可能出现打滑和下陷。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,装渣机的选择应充分考虑围岩及坑道条件、工作宽度及其与运输车辆的匹配和组织，以充分发挥各自的工作效能，缩短装渣的时间。,(1)翻斗式装渣机,有风动和电动之分，是利用机体前方的铲斗铲起石渣，然后后退并将铲斗后翻，经机体上方将石渣投入机后的运输车内。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,具有构造简单，操作方便的特点，但工作宽度一般只有1.73.5m，长度较短，须将轨道延伸至渣堆，且一进一退间歇装渣，箕斗容量小，工作能力较低，主要使用于小断面或规模较小的隧道中。技术生产率：30120m3/h,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)蟹爪式装渣机,多采用履带走行，电力驱动，是一种连续装渣机，其前方倾斜的受料盘上装有一对由曲轴带动的扒渣蟹爪。装渣时，受料盘插入岩堆，同时两个蟹爪交替将岩渣扒入受料盘，并由刮板输送机将岩渣装入机后的运输车内。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,因受蟹爪拨渣限制，岩渣块度较大时，其工作效率降低，故主要用于块度较小的岩渣及土的装渣作业。技术生产率：6080m3/h,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(3)立爪式装渣机,多采用轨道走行，也有采用轮胎走行或履带走行的。以采用电力驱动、液压控制的较好。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,装渣机前方装有一对扒渣立爪，可以将前方或左右两侧的石渣扒入受料盘，其它同蟹爪式装渣机。立爪扒渣对岩渣的块度大小适应性强，轨道走行时，其工作宽度可达到3.8m，工作长度可达到轨端前方3.0m。技术生产率：120180m3/h,生产率：120m3/h 轨距600；762mm 装载宽度：4200mm 扒取高度：1375mm 卸载高度:1840mm 运输槽宽度：880mm最小弯道半径：9m 行走速度：0.35;0.61m/s运输链速度：0.70m/s 总功率:45kW机重：11.8t 适应巷道最小断面（宽高）32.8m,LZ120D,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(4)挖斗式装渣机,其扒渣机构为自由臂式挖掘反铲，其它同蟹爪式装渣机，并采用电力驱动和全液压控制系统，配备有轨道走行和履带走行两套走行机构。立定时，工作宽度可达3.5m，工作长度可达轨道前方7m多，且可以下挖2.8m和兼作高8.34m范围内清理工作面及找顶工作。技术生产率：250300m3/h,第七章 隧道施工工艺及施工技术,ITC320-V45,ITC312-SL,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(5)铲斗式装渣机,多采用轮胎走行，也有采用履带走行或轨道走行的。轮胎走行的铲斗式装渣机多采用铰接车身，燃油发动机驱动和液压控制系统。,制造厂：上海柴油机厂型号：6535-13 额定功率：125kw（170ps）额定转速：2000r/min 额定负荷：4t斗容（通用斗）：2m 最大卸载高度（倾卸角45度）：2895mm 最大卸载高卸载时距离：975mm机重：12.8t装置举到最高位置时总高度：4870mm 长度：6795mm宽度：2700mm高度：3170mm,ZL40轮式装载机,挪威博依特公司生产的ED600T液压铲装机,第七章 隧道施工工艺及施工技术,轮胎走行铲斗式装渣机转弯半径小，移动灵活；铲取力强，铲斗容量大，达0.763.8m3，工作能力强；可侧卸也可前卸、卸渣准确，但燃油废气污染洞内空气，须配备净化器或加强隧道通风，常用于较大断面的隧道装渣作业。,轨道走行及履带走行的铲斗式装碴机，多采用电力驱动。轨道走行装碴机一般只适用于断面较小的隧道中，履带走行的大型电铲则适用于特大断面的隧道中。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,二、运输,隧道施工的洞内运输(出渣和进料)分为有轨运输和无轨运输。,(一)有轨运输,优点：基本上不排除有害气体，空气污染较轻，设备构造简单，容易制作；占用空间小且固定等。,缺点：轨道铺设较复杂，维修工作量大；调车作业复杂；开挖面延伸轨道影响正常装渣作业等。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,适用：各种隧道开挖方法，尤其适用于较长的隧道运输(2km以上)，是一种适应性较强和较为经济的运输方式。,1.出渣车辆,有轨运输较普遍采用的出渣车辆有斗车、梭式矿车和槽式车等。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,斗车：应用最为广泛。断面形状多为V形和U形，容积一般为0.51.1m3。小型斗车具有轻便、灵活、周转方便等特点，但调车需占用较多的作业时间。现已研制出大容积如6 m3乃至30 m3的大斗车。,翻斗式,侧卸式,第七章 隧道施工工艺及施工技术,梭式矿车：由前后车体组成车厢，底部安装刮板式运输机，其外形如梭而得名。可以单车运输，也可组成列车运输；可以在栈桥上单轨道卸渣，也可以在双轨线路上向侧面卸渣。,大型梭式矿车，容积1625m3,小型梭式矿车，容积414m3,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,槽式列车是由一个接渣车、若干个仅有两侧侧板而没有前后挡板的斗车单元和一个卸渣车串连组成的长槽形列车，在其底板处安装有贯通整个列车的风动链板式输送带。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2.牵引机车与道路,常用的牵引机车分电动和内燃两类。,蓄电池电机车俗称电瓶车。它具有体积小，占用空间小，不排放有害气体，不需要架设供电线路，使用较安全等特点，但也存在需要有专门的充电设备，充电工作比较麻烦，牵引力有限等不足。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,内燃机车具有较大的牵引动力，配合大型斗车可以加快出碴速度。但在机车运行中排除有害气体，需要安装废气净化装置或配备强大的通风设施，故隧道施工中一般不采用。,隧道内用于机车牵引的道路，宜采用38kg/m或38kg/m以上的钢轨，轨距一般为600或750mm。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,洞内轨道纵坡相同，洞外可不同，但最大不超过2。最小曲线半径，在洞内不小于7倍机车车辆轴距，洞外一般不小于10倍轴距。曲线轨道应有适当的加宽和外轨超高值。,3.调车设备和轨道延伸,常用的调车设备有简易道岔、平移调车器、水平移车器和浮放道岔等。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,简易道岔由一根能活动的长度为2.54.0m的尖轨和一个岔心组成，构造简单、铺设容易、使用方便，但机车车辆容易掉道，故一般只适用于人推斗车而不能通过牵引机车。,平移调车器由底架、车轮和车架三个主要部分组成，种类很多。具有轻便、调车快、易拆移等优点。适用于双道(或单道设旁洞错车道)调车。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,水平移车器由导轮轨、导轮、导链或气动水平移车装置。它是一种从上方将斗车提起离开钢轨，再水平横移至另一股道上的调车装置。移车速度快，但也易出故障。,浮放道岔是浮放在运输轨道上的调车设备，可用机车或装渣机牵引移位。它可以浮放在靠近开挖面的轨道上，供装渣时调车用，也可以浮放在区间轨道上，作调车渡线使用。根据不同的调车作业需要，尚可分为浮放渡线、浮放调车盘、菱形浮放道岔等。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,轨道延伸是指轨道开挖面附近不足一节钢轨长度部分和掘进进尺部分实施的临时性轨道延伸。常用的方法有扣轨、爬道、短轨节等。,扣轨是把钢轨轨头朝下反扣在正式轨道钢轨外侧，轨头紧贴正式钢轨轨腰，在扣轨外侧用轨块顶撑并用道钉固定，两股钢轨之间用短木撑支顶住，以保持轨距。一般适用于人工及小型装渣机装渣。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,爬道是由两根前端切割成尖形的10槽钢和钢板条焊连而成的，如图所示。使用时将爬道槽钢扣在正式轨道的钢轨上，用装渣机铲斗贴紧钢轨面顶撞爬道尾端，即可实现轨道的延伸。爬道适用于机械装渣。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,短轨节与正式轨道相似，它是用1.52.0m长的短钢轨与木枕钉制或与扁钢焊接而成的。当正式钢轨前端与开挖面渣堆之间清出一个适宜位置时，即可先铺上短轨节，并用夹板与正式轨道连接，随后继续出渣。也可在短轨节上安放爬道进行出渣。,4.轨道布置与调车方法,常用的轨道布置形式有单车道和双车道。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,单车道运输能力较低，一般用在地质较差的短隧道中。,为解决错车问题，在成洞地段可铺设会车线，有效长度应能容纳一个列车，一般为5060m，如图。在距离开挖面2030m处应铺设510m长的简易道岔岔线或安装平移调车器供调车之用。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,双车道可使轨道随掘进延伸，一次铺成。进出隧道的列车各行一股道，具有互不影响、车辆周转快的特点，是提高隧道运输效率的主要方法之一。为满足调车需要，每隔100200m设一渡线，每隔23个渡线铺设一反向渡线。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,在距导坑开挖面1520m处设置菱形浮放道岔，用单机车或双机车进行调车作业。,当隧道施工采用平行导坑方案时，通常采取在平行导坑中设单车道加错车道，正洞为单车道加局部双车道，构成一个完整的双股道运输体系，如图所示。具有运输能力大、相互干扰少等特点，适用于施工速度要求快的隧道。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,5.机车、斗车数目的确定和列车运行图,(1)机车、斗车数目的确定,机车牵引定数Qc,第七章 隧道施工工艺及施工技术,式中 F机车牵引力；列车的单位阻力，N/t，考虑附加阻力，可近似取80 N/t；ip坡度单位阻力，取运输道路的最大限制坡度()；W机车自重，t。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,每列车牵引的斗车数目 n,式中 Qc机车牵引定数，t；Q斗车载重量，t。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,出渣需要的斗车数量 y,式中 N每班出渣总车数，即 V开挖数量(实方)，m3；K土石松散系数，松软土石为1.11.2，坚硬岩石为1.151.6；m斗车容积，m3；n1每工班车辆循环次数，即；,第七章 隧道施工工艺及施工技术,n2斗车装满系数，一般取0.70.9；T每工班净出渣时间，min；t车辆循环一次需要的时间，min。,需要机车数量,式中m1每工班机车的循环次数，即m1=T/Tp；Tp机车循环一次需要的时间，min，由调车、编组、运行、会车、卸渣等时间综合求得；N、n、T同前。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(2)列车运行图,列车运行图是根据隧道施工方法，轨道布置及机车车辆配备情况，各施工工序在隧道中所处的位置和进度安排，以及装渣、调车、编组、运行、错车、卸渣、列车解体等所需要的时间，综合考虑确定列车数量后编制而成的。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,图示列车运行图横坐标表示时间，纵坐标表示距离，列车的运行用斜线表示，装渣、卸渣、编组、解体、调车等用水平线表示。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(二)无轨运输,主要指汽车运输。,优点：不需铺设复杂的运输轨道，运输速度快、管理工作简单、配套设备少。,缺点：洞内空气污染较为严重，尤其长期在长大隧道中使用，需要有强大的通风设施。,适用：一般适用于大断面开挖和短中等长度的隧道中，并应注意加强通风。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,1.自卸汽车（翻斗车）,应选用车身较短、车斗容量大、转弯半径小、车体坚固、轮胎耐磨、配有废气净化装置、并能双向驾驶的自卸汽车。,第七章 隧道施工工艺及施工技术,第七章 隧道施工工艺及施工技术,2.调车作业,常用的调车方式有：(1)有条件构成循环通路时，最好制定单向行驶的循环方案，以减少回车、错车需用场地及待避时间；,(2)当开挖断面较小，只能设置单车通道而装渣点距洞口又较近时，可考虑汽车倒行进洞装渣，正向开行出洞；如果洞内运行距离较长时，可在适当位置将导洞向侧壁加宽构成错车、回车场地，以加快调车作业；,第七章 隧道施工工艺及施工技术,(3)当隧道开挖断面较大，足够并行两辆汽车时，应布置成双车通道，在装渣点附近回车，空车、重车各行其道，可以提高出渣速度；,(4)在采用装载机装渣、汽车运输的情况下，要充分利用双方都有机动能力的特点，可以采取双方同时机动或一方机动，另一方固定的方式进行装渣。,铁路隧道工程施工技术指南(2008)中关于出渣与运输作业施工机械配置的有关规定,1、装渣与运输机械选型应遵循挖、装、运机械能力协调配套的原则，其运输机械配置能力不应小于挖装能力的1.2 倍。2、为减少隧道内污染气体排放深度，改善洞内空气质量，双线隧道独头掘进长度在3000m以上时宜采用有轨运输；单线隧道独头掘进长度在1500m以上时宜采用有轨运输。装运作业可有采用轮式(或履带)装载机和轨道运输组成的混合装运模式。,3、全断面开挖装渣应采用大斗容的铲装机、挖装机或装载机；台阶法施工的上部宜采用长臂挖掘机扒渣，下部采用铲装机、挖装机或装载机、挖掘机装渣。4、平行导坑和横洞断面较小时，可采用挖装机或挖掘机装渣，电瓶车或内燃机车牵引矿车出渣；断面较大时，挖装机装渣，出渣运输采用电瓶车牵引矿车。5、斜井运输提升设备及辅助设施应根据斜井断面大小、斜井坡度等条件合理配置。有轨斜井井身装渣宜用耙斗式装岩机或专用挖掘机，运渣宜用大容量侧卸式矿车或箕斗，提升应配以安全设备齐全的大型提升机，并在井口设置与其配套的卸渣栈桥；无轨斜井可采用装载机或挖掘机装渣，大功率的自卸汽车出渣。,6、竖井井身装渣宜用抓岩机，根据井深和出渣量可选用提升机、吊车、电葫芦等提升设备，配以罐笼或吊桶出渣。7、有轨运输洞外应根据需要设置调车、编组、卸渣、进料、设备维修等线路。线路铺设标准和要求应符合下列要求：(1)钢轨类型：宜为3843kg/m。(2)道岔型号：宜不小于6号的道岔，并安装转辙器。(3)轨枕：间距不应大于0.7m。(4)道床：厚度不应小于20cm。,(5)使用大型轨行式机械时，线路铺设标准应符合机械规格、性能的要求，并保证施工安全。(6)有轨运输设单道时，每间隔300m应设一个会车道。(7)采用轨行式机械装渣时，轨道应紧跟开挖面；调车线路及时前移。由于一次出渣量的增大，有轨牵引机车一般选用20t及以上电瓶机车，采用梭式矿车运渣的容量一般大于16m3，侧卸式矿车运渣的容量一般大于6m3。而翻框式调车器、浮放道岔等专用调车也应相应配置。,8、有轨运输作业应符合下列规定：(1)车辆装载高度不得高于斗车顶面50cm，宽度不得大于车宽。(2)列车连接必须良好，机车摘挂后调车、编组和停留果，应有防溜车措施。(3)车辆在同方向行驶时，两组列车的间距不得小于100m。(4)轨道旁临时堆放的材料，距钢轨外缘不得小于80cm，高度不得大于100cm。(5)卸渣场线路应设安全线并设置1%3%的上坡道，卸渣码头应搭设牢固，并设有挂钩、栏杆及车挡装置，防止溜车。,9、无轨运输作业应符合下列规定：(1)运输道路应铺设路面，洞内与仰拱填充、底板混凝土施工全，并做好排水及路面的维修工作。(2)单线隧道采用无轨运输时，每间隔150300m应设一处会车段。,出渣、装运设备,铁路隧道无轨运输施工主要设备(单作业面),出渣、装运设备,铁路隧道有轨运输施工主要设备(单作业面),机械配置案例I,西康线秦岭II线隧道进口,工程概况：西秦岭隧道(II线)长18456m，选项先期开挖面积30m3，作为地质探洞和I线的平行导坑。隧道埋深大部分在600m以上，最大埋深1600m。岩性以花岗岩和混合片麻岩为主，除洞口段和断层破碎带外，石质完整坚硬，岩石的干抗压强度82325MPa。进口标段长9505m，施工平均月掘进338m，最高月掘进456m。机械分两阶段配备：第一阶段采用轮式三臂台车、立爪装岩机、电瓶车、8m3梭式矿车；第二阶段采用门架式台车、挖装机、大功率内燃机车和电瓶车、14m3梭式矿车。,主要机械配备表,机械配置案例II,西南线秦岭隧道进口,工程概况：东秦岭双线隧道全长12.268km，进口段6.134km，右侧距正洞30m设平行导坑。岩性主要为石英岩，辉绿岩，千枚岩等硬质岩，通过7条断层，VI级围岩长度107m，其余为IIV级围岩，全段富水。正洞施工采用无轨运输模式，平导施工采用有轨、无轨装运模式。2001年正洞、平导均实现了3000m成洞的施工纪录。,主要机械配备表,机械配置案例III,长梁山隧道4#斜井,工程概况：朔黄线长梁山双线隧道全长12.78km，设4座斜井，其中4#斜井身倾角22.5，垂直深度173.1m，井身斜长489.2m。担负正洞1800m施工，其中IV级围岩长1035m，其余为V级围岩，平均月成洞47m。,主要机械配备表,机械配置案例IV,乌鞘岭隧道大台竖井,工程概况：兰新线兰武段乌鞘岭特长隧道设计为两座单线隧道，隧道长20050m。隧道线间距40m，隧道线路纵坡均为11的单面下坡。乌鞘岭隧道共设13个斜井、1个竖井和1个平洞共15个辅助坑道，在施工过程中又增设1个竖井，同时个别坑道位置进行了调整。施工前期左线为平导，右线一次建成。其中大台竖井井深设计为515.66m，直径5.5m(净空)，为当时同类项目之最。,主要机械配备表,机械配置案例V,精伊霍线北天山隧道进口,工程概况：北天山隧道全长13610m，进口段长6805m。正洞左侧设全长贯通的平行导坑，线间距30m，平导全长13540m，进口段长6770m。隧道正洞线路纵坡为人字坡，其中进口段3810m为13的上坡，中部400m为8 的下坡，其余2595m为17 的下坡，平导纵坡设计与正洞一致。隧道2004年12月开工至2007年12月，共发生10次特大涌水(最大4.6万m3)及1次特大突泥、涌砂。,主要机械配备表,