XM1200三臂拱架台车在大断面软弱围岩隧道施工中的应用

为提高大断面软弱围岩隧道微台阶、全断面法开挖初期支护拱架施工机械化水平,引进三臂拱架安装台车进行拱架安装。通过对三臂拱架安装台车参数和性能、施工工艺、与传统台车对比应用效果等多方面进行分析,主要结论如下： 1）三臂拱架安装台车抓举和连接拱架可在有效保证施工人员安全的前提下,缩短拱架安装时间; 2）钢拱架安装工艺流程更规范,有效提高拱架安装精度和质量; 3）三臂拱架安装台车和传统台架、改装机械设备应用效果相比,更适应大断面软弱围岩隧道微台阶、全断面法开挖初期支护拱架施工; 4）三臂拱架安装台车除可完成拱架安装施工外,还可辅助进行部分隧道高空作业施工。     

一种新型隧道施工用拱架安装机

为解决我国隧道修建中人工进行拱架安装的问题,实现拱架安装的机械操作和机械化配套作业,介绍国内外隧道施工采用钢拱架安装机的现状以及利用挖掘机底盘开发研制新型隧道施工用钢拱架安装机的简要情况,通过对铁道部立项研究的"隧道围岩稳定性及其控制技术研究"项目第七子课题——长大隧道施工机械化配套及其国产化研究的钢拱架安装机样机工业性试验情况的分析,就研制安装机的基本思路、需要解决的技术关键问题进行探讨,提出的持续改进、形成批量生产的几点思考,对优化、完善安装机技术性能,尤其是进行类似设备的国产化开发研制具有一定的借鉴意义。     

公路隧道软弱破碎围岩高强钢筋格栅拱架支护性能研究

软弱破碎地层围岩稳定性差,与支护间接触压力大,支护结构应力状态复杂,因此支护结构的支护性能是满足隧道施工及运营期安全与稳定的重要保障。高强钢筋格栅拱架是以高强钢筋为主材的一种格栅拱架形式,具有支护强度高,与混凝土黏结性好,重量轻等诸多优点,但其在公路隧道软弱破碎围岩中的支护性能仍有待考量。为此,结合圆管弹性应变理论推导出的支护刚度计算公式,对不同拱架结构进行等截面换算,得出高强钢筋格栅拱架和型钢拱架的支护特征曲线;采用有限元数值计算方法将钢拱架与混凝土分部建模,进一步分析2种支护拱架的力学特性和变形特征;最后在现场开展对比试验,通过监测沉降收敛位移、围岩压力、拱架应力,分析施工中高强钢筋格栅拱架的支护性能。理论验算和数值分析结果表明,高强钢筋格栅拱架与I20b型钢拱架的极限承载力基本相同,但高强钢筋格栅拱架支护刚度相较I20b型钢拱架弱,I20b型钢拱架对变形控制能力更强;现场对比试验结果显示,2种支护拱架产生的收敛变形相差不多,且围岩接触压力分布规律基本相同,高强钢筋格栅相较I20b型钢拱架的承载应力更高,但远小于材料本身屈服强度;此外,现场施工表明采用高强钢筋格栅拱架能有效提升人工支护作业效率,对于特长公路隧道快速施工具有更好的应用价值。综合分析,高强钢筋格栅拱架在软弱破碎地层能够提供与I20b型钢拱架相近的支护抗力,适用作特长公路隧道软弱破碎围岩的初期支护拱架结构。     

大断面黄土隧道初期支护合理设置形式研究

在分析黄土隧道初期支护必要性的基础上,现场实测了现有施工技术条件下,初期支护拱部系统锚杆的实际受力状况,并对拱部无系统锚杆下的初期支护喷射混凝土受力特性进行了分析,提出了大断面黄土隧道初期支护合理设置形式;通过定性分析钢拱架受力影响因素,给出了改善钢拱架承载性能的工程措施。     

大断面隧道装配式约束混凝土施工体系研究与应用

为解决大断面隧道软弱围岩控制难题及人力施工效率低、安全性差的问题,结合约束混凝土支护研究成果,研发拱架智能安装系列设备、装配式约束混凝土拱架（FCC拱架）及相应的配套装置,形成大断面隧道装配式约束混凝土施工体系。开展FCC拱架机械施工过程力学模拟试验,对拱架机械施工过程中的变形及受力进行实时监测,明确拱架机械施工过程力学特性,提出增设肩部节点区抗弯护板的加强措施,进行装配式约束混凝土支护机械化施工现场试验,分别对隧道围岩收敛变形、围岩与初支接触压力、加强后的拱架内力分布特征与规律进行了研究。结果表明：在FCC拱架自重及机械施工双重影响下,拱架肩部节点区变形产生突变,发生明显的应力集中,为受力变形关键部位;加强后的FCC拱架现场举升安装过程中未见有明显的变形;现场试验段围岩偏压现象明显;上台阶围岩变形及受力呈现三阶段波动增长,以拱顶及拱肩部位波动最为强烈;拱架受力整体呈现"上大下小"的特点,最大应力值出现在拱顶外侧,其次左拱肩部位;机械化施工能够有效提高施工效率及装配化水平,保障施工安全可靠,有效控制大断面隧道围岩变形,可为类似工程建设提供借鉴。     

不同埋深铁路隧道仰拱受力特征研究

以董志塬区银西高铁黄土隧道为例,对不同埋深条件下隧道仰拱的基底接触压力和钢拱架应力随时间的变化规律、空间分布特征及其差异性进行了对比研究。研究结果表明,浅埋隧道基底接触压力变化时间较深埋隧道略长;不同埋深隧道仰拱处最小基底接触压力均出现在拱底中心处,最大基底接触压力均出现在拱脚处,且同一部位浅埋隧道基底接触压力明显大于深埋隧道基底接触压力;在仰拱的同一部位处,深埋隧道钢拱架应力明显大于浅埋隧道钢拱架应力;仰拱部位钢拱架承受压应力为主,浅埋黄土隧道仰拱部位的钢拱架最大压应力出现在拱底中心,可达约12MPa;而深埋隧道拱脚部位的钢拱架压应力最大,可达26~33MPa。研究结果可为黄土隧道仰拱设计优化与施工提供参考。     

既有铁路隧道衬砌钢拱架安装槽快速开槽技术综述

采用人工手持混凝土切割机、凿毛机等通用机具进行既有铁路隧道衬砌钢拱架安装槽开槽施工，存在机械化程度低、开槽速度慢、难以满足隧道病害快速整治要求且施工安全难以保证等问题。在调研国内外隧道病害整治开槽方法和设备现状的基础上，基于金刚石锯片切削混凝土属于脆性破坏机制，提出“组合式刀具一次切削成槽”的隧道衬砌钢拱架安装槽开槽方法及施工工艺； 针对水射流切割技术，提出隧道衬砌钢拱架安装槽“水射流切槽”施工工艺； 针对切割轮和环形轨道开槽机，提出“多次切削成槽”方法及施工工艺。基于“组合式刀具一次切削成槽”、“水射流切槽”和“多次切削成槽”3种开槽施工技术，提出既有铁路隧道衬砌钢拱架安装槽开槽设备的研制建议。     

新型钢拱架安装机工作装置的设计与仿真分析

为实现国内隧道施工中拱架安装的机械化操作,设计了一种新型的钢拱架安装机械.运用虚拟样机技术建立模型,在ADAMS中对其进行了运动学仿真分析,得到了机械手臂的工作范围.通过分析验证了机构设计的合理性和实用性,并为有限元分析和液压系统设计提供了理论依据.     

局部软岩偏压下隧道结构及钢拱架受力状态分析

为研究局部软岩偏压隧道施工中钢拱架实际的受力特征及变形状态,采用有限元建立三维地层-隧道模型,对隧道开挖过程中偏压隧道结构及钢拱架受力状态进行弹塑性模拟分析。在建模时,通过考虑钢拱架的实际截面尺寸及沿纵向的布置方式以准确模拟钢拱架的受力状态;在考虑隧道软岩偏压时,假定4种典型工况:均质地层无偏压、拱脚-边墙软岩偏压、边墙-拱腰软岩偏压及拱肩-拱顶软岩偏压等。基于数值计算结果,对钢拱架的应力分布、变形模式及内力,初期支护最大、最小主应力等进行分析。结果表明:不同工况下,钢拱架均处于受压状态,剪力最大区域主要分布在边墙和拱脚区域,为此建议加强边墙-拱脚区域的锚杆支护。     

桁式钢拱架在AutoCAD中的自动化绘制方法

为提高钢拱架的设计效率,针对桁式钢拱架构造设计,先计算出包含施工预拱度的拱圈拱腹坐标,后根据混凝土拱腹与拱架下弦杆中心之间的距离,计算出钢拱架下弦中心线的坐标和长度,据此求出标准段数量和拱顶非标准段长度,再以标准段下弦杆销轴中心长度为半径,运用几何方法求出各标准段与钢拱架下弦中心线的交点,得到各标准段销轴中心坐标及在A...     

基于弹性-刚性支撑法的钢拱架预抬高值确定

钢拱架现浇主拱圈施工法是山区大跨径拱桥常用施工方法,施工控制的核心为拱圈现浇安全及拱圈线形,而钢拱架是保证拱肋安全和线形的重要结构,其预抬高值不仅关系到钢拱架的顺利合龙,也关系到主拱圈的成桥线形能否满足设计要求。文中提出基于弹性-刚性支撑法的钢拱架吊装预抬高值确定方法并应用于实际工程中,结果表明该方法能保证施工安全和精度。     

箱型拱桥中拱架拼装施工技术探讨

钢拱拱架拼装作为箱型拱桥施工的重要环节,其施工质量直接决定着拱圈的形状是否符合设计要求。鉴于其重要性,本文通过结合某箱型拱桥施工实例,针对该拱桥的拱架拼装施工环节展开探讨,为同类工程提供实例参考。     

单洞双线铁路隧道仰拱施工质量控制技术研究

为有效解决和控制仰拱厚度不够、强度不足、施工缝翻浆冒泥及上拱等施工质量问题，保障隧道工程建设和运营安全，依托渝昆高铁昭通隧道工程，采用隧道扫描系统检测仰拱开挖断面，确保仰拱厚度满足设计要求；采用液压自行式整体仰拱栈桥，优化仰拱弧形模板，实现分段分层浇筑和振捣工艺，提高混凝土施工质量；采用分离式仰拱端头钢模板，预铺仰拱端头弧形带并安装橡胶背贴和中埋止水带，提高了施工缝质量，减少了施工缝翻浆冒泥现象；设置隧底纵向排水管及逆向导水管等优化隧底排水设计措施，解决了水害造成的仰拱上拱问题；制定并落实隧道仰拱施工质量管理措施。通过在渝昆高铁昭通隧道施工中采取以上措施，实现了仰拱零欠厚，仰拱混凝土强度满足设计要求，施工缝质量零缺陷。     

铁路隧道衬砌品质提升信息化施工关键技术与成套装备创新

为提升铁路隧道拱墙衬砌、底部衬砌、水沟电缆槽衬砌结构实体品质，解决隧道整体衬砌质量缺陷难题，采用拱墙衬砌智能化模筑、底部衬砌一体化浇筑、水沟电缆槽同步一次性浇筑施工技术，结合混凝土自动喷雾养护施工工艺，有效减少或消除衬砌空洞、裂缝、不密实、渗漏水、止水带偏位、施工缝压溃、开裂掉块等质量缺陷问题； 通过成套装备研发，创新施工缝质量控制技术、拱顶浇筑饱满度控制技术、拱墙衬砌预防空洞施工技术、仰拱与边模一体化施工技术、水沟电缆槽机械化施工技术、喷雾养护温度及湿度自动化控制技术，提高铁路隧道衬砌混凝土浇筑、振捣、养护等工序施工工艺质量及施工标准，辅以信息化手段和自动监测技术，达到衬砌全过程质量可控。结果表明： 该施工技术与成套装备创新一定程度上可实现衬砌施工自动化、信息化和智能化，极大地提高衬砌施工技术水平，降低工人劳动强度，有效减少衬砌质量缺陷，提升衬砌施工品质，确保隧道衬砌满足设计及运营安全要求。     

新型装配式衬砌在矿山法施工铁路隧道中的应用研究

为解决矿山法施工铁路隧道二次衬砌拱顶易出现的空洞、厚度不足、裂缝、掉块等病害，以重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道为依托，采用拱部预制衬砌替换现浇衬砌的方法，研究拱部衬砌预制工艺、高精度悬臂侧墙施工工艺、拱部预制衬砌运输及拼装施工工艺和拼装配套设备，并阐述装配式衬砌在施工中需重点解决的技术难题及对策，如采用高精度衬砌模板台车解决接头直线度的问题、采用全环通长定位筋解决悬臂侧墙钢筋骨架稳固的问题等，形成一套完整的新型装配式衬砌拼装技术。经现场应用表明： 1）采用“拱部预制衬砌+侧墙现浇”的装配式衬砌施工技术是可行的，可以有效解决矿山法施工隧道拱部质量缺陷问题，提高拱部衬砌质量； 2）新型装配式衬砌采用“L”型榫接头及大球形接头，大球形接头较“L”型榫接头更易控制施工质量，更易于拼装； 3）通过采用拱部预制衬砌高精度定制钢模、高精度悬臂模板台车、悬臂侧墙在混凝土浇筑过程中进行二次精调等关键技术，保证了接头施工精度，满足了拼装要求； 4）通过分析衬砌结构受力变形监测数据，得出隧道衬砌结构内力的受力变形规律； 5）新型装配式衬砌施工技术机械化程度高，施工过程中结构稳定可靠，安全性较高。     

地质雷达检测隧道二衬钢筋对初支型钢拱架分辨率的影响研究

通过地质雷达检测方法研究隧道二衬不同钢筋间距对初支型钢拱架分辨率的影响。结果表明:在衬砌密实的前提下，二衬钢筋间距大于25 cm时，基本可以识别初支型钢拱架；在相同钢筋间距下，单层钢筋的型钢拱架比双层钢筋的型钢钢拱架更容易识别。     

隧道钢拱架支护结构受力特征的数值模拟分析

钢拱架是隧道支护中的主要支护形式之一,不同间距下其支护效果也不相同,笔者采用FLAC3D软件建立隧道三维模型,模拟了钢拱架在隧道中的受力特征,分析了钢拱架间距对围岩变形、塑性区及钢拱架自身受力特征的影响.分析结果表明:钢拱架为主要的受力结构,拱腰钢拱架轴力最大,拱脚弯矩和剪力最大,对控制围岩变形效果明显,当钢拱架间距在...     

基于欧标体系公路隧道钢拱架的优化研究

基于欧标体系,以格鲁吉亚E60高速公路F 2标公路隧道项目为依托,对隧道中采用的钢拱架方案进行优化研究。首先,提出了优化后的设计方案;其次,采用欧标体系下的数值模拟计算方法,分析了不同工况条件下钢拱架的受力及变形特征。最后,针对优化后的钢拱架方案,采用现场监测数据验证优化方案的可行性。研究结果表明:优化后的方案具有钢架加工简便、施工操作方便、施工效率高的优点,且初期支护钢架刚度更加均匀和合理;单榀钢拱架和双拼钢拱架的最小安全系数值均位于拱部,两种结构受力特性基本一致,安全性都能满足要求,且单榀钢架更趋于安全;单榀钢拱架和双拼钢拱架的最大位移也位于拱部,两种结构变形特性规律一致;从现场监测的结果可以看出,采用单榀钢拱架方案支护后,围岩的收敛及拱顶下沉量均满足要求。     

钢管门型架在石拱桥施工中的应用

传统的石拱桥施工，均采用木拱架或钢拱架，其施工工艺繁琐、造价高。采用门型钢管架安装架立拱架，不仅简化了施工工艺，还降低了工程成本。     

装配式（可调）钢拱架在现浇混凝土拱桥的应用

拱桥跨越深沟峡谷时,由于受地形条件限制,无法采用传统的落地支架施工,采用装配式钢拱架现浇拱圈为拱桥提供了最有效的施工方法。施工过程中拱架的稳定性及变形决定了拱圈施工安全及浇筑质量。现以湖南某上承式钢筋混凝土拱桥为例,阐述装配式钢拱架选型及设计、安装、受力验算、预压及拱架拆除等内容。