隧道施工四新技术应用图集

1、隧道施工“四新”技术应用图集前 言近年来，工程建设领域内外部环境都发生了巨大变化，一是市场竞争日趋激烈，建设方对施工单位的管理水平提出了更高的要求；二是工程质量要求越来越高，追责越来越严；三是随着国家人口红利逐渐消失，劳动力出现制缺口，用工成本越来越高；四是全社会以人为本的意识不断提高，人身伤害和职业病代价越来越高；五是建设领域大量使用农民工，其职业水平良莠不齐，且受农忙季节影响，不可控因素较多。施工单位若不能顺应时代的要求及时做出自我调整，克服上述不利因素，迟早要被时代抛弃。而要顺应时代要求，主动采用“新技术、新工艺、新材料、新设备”将是大势所趋。作为隧道施工领域的专业化集团公司，我集团更应

2、走在“四新”技术的应用前列，保持行业领先地位。铁路隧道施工包括超前地质预报、钻爆作业、装碴运输、锚喷支护、仰拱施工、防水作业、二次衬砌等7个主要作业线，我集团及兄弟单位在这些作业线的施工中开动脑筋，努力创新，在“四新”应用方面取得了很好的效果，本图册收录了其中一些有代表性的作法，供各单位参考。一、地质预报1、使用钻注一体化设备进行地质预报（1）经验单位：三处怀邵衡铁路3标项目部（2）设备优点：具有钻速快，钻孔定位准确、机械自动化程度高、适应性强、机动灵活、安全可靠、功能强大的特点，为长大隧道机械化安全快速施工提供了保障。（3）设备功效：最大水平钻进深度150m，钻孔直径64194mm。具有钻-

3、注一体化功能，同时能实现软弱围岩及高压富水地带的超前预加固及注浆堵水施工。功效较高，标称钻进速度10-30m/小时。RPD-150C钻注一体化设备2、利用红外技术进行地质预报（1）基本原理：红外探测法是一种间距的探测手段，属于物探范畴，其基本原理为：地质体时刻向外部发射红外能量，并形成红外辐射场。地质体发射红外辐射时，必然会把地质信息以红外电磁场的形式传递出来。当隧道前方和外围介质相对均匀，且不存在隐蔽灾害源时，沿隧道走向分别对拱顶、左右拱腰、左右边墙、隧底向外进行探测，所获得的红外探测曲线具有正常场特征，当前方或外围任一空间存在隐蔽灾害源时，灾害源产生的礼仪之邦场迭加到正常场上，使正常场中的

4、某一段曲线发生畸变，称作红外异常。红外探测就是根据红外异常来确定隐蔽灾害源存在，隐蔽灾害源指含水断层、含水溶洞、地下暗河。（2）探测设备：HW-304红外探测仪。红外探测场地3、国产改进型钻注一体化设备（1）经验单位：成渝客专龙泉山隧道（1）设备用途：可用于超前探测及取芯作业、探测及排放涌水作业、弱岩层的加固和注浆作业、管棚作业、斜坡锚固作业、城市和盾构施工配套注浆作业等。取芯作业 探水作业管棚作业 斜坡锚固作业城市和盾构施工配套注浆作业（2）功能特点：动作灵活、爬坡能力强的特征，可适应隧道台阶法施工的要求；有效地减少工作母机的外形体积，更好的适应隧道施工的空间要求；采用双动力源模式，进入工作

5、区时，采用低排放的柴油-液压动力组作为行走动力，实施施工作业时，采用外接电力-液压作为个工作机构的动力源，可实现隧道施工的低排放的要求；钻机动力头具有高冲击频率和冲击能，可大大提高管棚和取芯施工的效率；钻机的姿态机构采用直角坐标系模式，通过多组油缸的位置调整，可有效地扩展钻机的工作范围；整机的核心控制单元为可编程序控制器（PLC）-液压比例模块，具有控制自动化、可扩展性强的特点，为今后远程控制提供了技术基础。多功能钻机样机二、钻爆开挖1、采用凿岩台车进行钻眼作业（1）经验单位：三处怀邵衡铁路3标项目部（2）设备优点：提高钻孔速度，减少作业循环时间；减少对隧道围岩稳定性的干扰；一机多用，提高锚杆

6、施工效率和质量，有效的控制锚杆的角度及深度，解决了人工施钻角度受限的问题：作业过程中掌子面不需要较多的操作人员及大量的风水管路，利用高压水跟进钻孔，减少掌子面的岩尘，符合职业健康要求，有利于安全环保。凿岩台车同时具有工作吊篮，能辅助作业人员进行测量放线、锚杆安设、装药等作业，发挥一机多用的功能。（3）设备功效：每班每台台车配备4名操作人员，功效如下：1）单孔(炮孔深5m)成孔时间为35分钟。2）单循环时间能控制在3.54小时，较多功能台架钻爆施工工效可提高60%左右。级围岩采用凿岩台车全断面施工进度可达到170m/月以上。三臂凿岩台车2、水压爆破技术（1）经验单位：三处重庆轨道交通5号线510

7、5标项目部（2）技术优点：与常规爆破相比，具有显著的“三提高，两减少，一保护”作用与效果。即提高循环进尺、提高光面爆破效果、提高炸药利用率；减少洞碴大块率、减少对周边围岩扰动；粉尘含量降低，保护作业人员健康。（3）效益对比根据重庆轨道交通5号线5105标项目部的使用情况，使用水压爆破技术提高了炸药有效能量利用率，节省炸药19%，每循环提高进尺0.136m，每延米可以节省费用180.2元，粉尘浓度大大下降，缩短通风35分钟。隧道掘进水压爆破效果表爆破类型单位岩石炸药实际消耗量(kg/m3) 平均炮眼利用率爆渣块度 (cm)/抛距(m) 循环时间(min) 爆破振速水压爆破0.904（主通道）0.

8、896（支通道）92% 70/15 360 0.66cm/s1.4cm/s 技术指标分析对比表装药结构装药量（kg）单位用药量（kg/m3）节省炸药（%）实际进尺炮眼利用率（%）提高进尺（m）通风时间（min）振速（cm/s）常规爆破129.71.05192.22890.136501.11.8 水压爆破105.30.852.35692150.661.4（4）工艺流程1）往炮眼中一定位置装入一定量的水。一定位置是指炮眼底部和炮眼的中上部。一定量的水是指水袋的直径与长度。2）注水长度与炮泥回填堵塞的长度的最佳比例。3）炮眼底注水长度和直径。4）注水工艺，即水袋制作工艺。5）炮泥制作工艺（5）与常规

9、装药结构对比水压爆破在炮眼数量、炮眼深度、炮眼分布以及起爆顺序等设计与常规爆破一模一样，仅在每个炮眼的装药量和装药结构上作了变化，即适当地减少了各个炮眼的装药量，往炮眼中装入水袋，最后用炮泥回填堵塞。常规爆破与水压爆破装药结构图（5）水袋与炮泥制作成品水袋 KPS-60塑料灌装封口机成品炮泥 炮泥机三、锚喷作业1、先进湿喷机械手机组设备减少工序循环时间（1）经验单位：三处怀邵衡铁路3标项目部（2）设备优点：作业人员少，施工安全系数高，喷射范围大，速凝剂掺量实现自动化、施工进度快、混凝土回弹率低。利于保持场地文明，显著提高喷射混凝土质量。（3）工效对比：项目部配置了KC-30混凝土湿喷机械手最大

10、喷射高度16.8m，最大喷射宽度为30m，水平最远喷射距离为15m；每机只需配备2人即可完成混凝土的喷射工序。喷射混凝土机械手为自行式设备，到达现场后能快速调整机位，无需接送风水管，混凝土运输到现场后即可直接进行喷射作业，喷射混凝土实际能力430m3/h，相当于普通湿喷机（7m3/h）4-5台同时作业的喷射效率。现场统计数据结果表明，该机组喷射混凝土的回弹率均控制在13%以内，而传统的湿喷机回弹率均在25%以上。湿喷机械手作业2、拱架安装机（1）经验单位：贵广铁路（2）设备优点：采用拱架安装机安设钢拱架，设备操作简便、可靠，作业面积大，比人工安装拱架减少了大量作业人员，同时也减轻了作业人员的劳

11、动强度，提高了安装速度，保证了作业过程中人员的安全和拱架安装质量。还具有挂网、隧道内通风管、电缆线等辅助功能。（3）作业工效：拱架安装机安装两种拱架时间统计表作业内容拱架连接时间拱架安装时间备 注格栅拱架安装6min40min总长15米型钢拱架安装15min15min总长22米拱架安装机人工安装拱架情况拱架安装机安装拱架情况3、拱架辅助架设台架（1）经验单位：中铁一局云桂项目部（2）设备优点：节约人工，降低劳动强度，机动灵活，适应不同工况。（3）作业流程：利用多功能作业平台上安装的起吊设备，或利用装载机等其它设备将已经拼装好的拱架起吊放置在起升台架上，再通过起升台架纵向平移到拱架要安装的里程部

12、位，然后起升调整拱架高度、角度进行定位安装，定位完成后进行连接钢筋焊接，拱架固定牢固后，再进行下一榀拱架安装。 拱架辅助架设台架3、岩巷锚杆施工技术（1）经验单位：兖州矿业集团有限公司东滩煤矿（2）技术特点及优点：兖矿岩巷采用锚喷主动支护技术，树脂类锚杆。杆体采用高强度、高延伸率的热扎左旋螺纹钢和精扎连续螺纹钢，由钢厂定制生产，适应隧道、煤矿巷道地应力高、变形大的特点。采用树脂锚固，锚固剂由树脂胶泥和固化剂两部分分隔包装成卷形，由工厂生产，该树脂锚固剂被装入锚杆孔、被捣碎并混合后在35分钟内将锚杆和岩体锚固在一起，初始锚固力在4t以上。锚杆端头采用扭矩螺母和垫片施加预应力，将钢筋网片等锚固达到

13、主动支护目的，扭矩螺母有阻尼式、销钉式和压片式。锚杆端头设置让压环，当锚杆抗拔力达到一定程度时，让压环压缩变形，达到围岩应力释放的目的。 边墙锚网 拱部锚网锚垫板 锚杆成品存放四、装碴运输1、履带式隧道挖装机（1）经验单位：云南玉溪-蒙白铁路柿花树隧道，龙厦铁路象山隧道1号斜井（2）设备优点：装渣能力强，其生产能力范围在120m3500m3间；采用电力驱动装渣，能减少长大隧道开挖作业面空气污染，降低隧道通风难度；后配套选型灵活，运渣设备可以是有轨运输，也可以是无轨运输。Terex挖装机WZ330型隧道挖装机 东方红-WZJ300隧道挖装机五、仰拱及沟槽施工1、全液压履带自行式仰拱栈桥（单线）（

14、1）经验单位：丽香铁路（2）设备优点：采用模块化设计，可快速安装、拆卸，方便运输；履带式行走机构对工况适应性好，能满足不同工况要求；行走、转向机构结构紧凑、方便灵活，可快速移动就位，大幅提高工效；操作简单便捷，有效节省人工；实现运输通行和仰拱施做同步作业，有效缩减施工工期。 （3）与其他栈桥的对比对比项目简易式轨行式液压履带式通行安全性危险安全安全下方作业人员安全性危险安全安全易用性好，现场3人，一台挖机配合，用时20分钟 差，一个工作循环需要7-9人，用时100分钟 好，一个工作循环需要2-3人，用时10分钟 工况适应性好差好可维护性好差好全液压履带自行式仰拱栈桥2、隧道仰拱施工设备（双线）

15、（1）经验单位：中铁二局贵广项目部（2）设备优点：有利于施工安排组织，只需设置一个仰拱工作面即可实现每天浇注一组仰拱及填充混凝土的目标，且可根据隧道开挖的最大月进度设置相应长度的栈桥和模架来满足进度要求，彻底解决了隧道仰拱施工进度无法在安全距离范围内与开挖进度一致，并制约二衬等后继工序的难题。（3）设备组成：主要由五部分组成：仰拱模架、中心沟模架、端头梁、栈桥和走行设备。仰拱快速施工设备拼装效果图仰拱快速施工设备作业示意图（4）工艺流程（5）功效对比根据中铁二局贵广铁路油竹山隧道的施工经验，每循环时间由原来的58小时缩短为19小时，使循环时间大大缩短。项目现有模式快速施工法隧底开挖（小时） 1

16、2 与混凝土工序平行作业 隧底出碴（小时） 2 与混凝土工序平行作业 虚碴清理（小时） 4 与混凝土工序平行作业 仰拱模版安装（小时） 4 3 仰拱混凝土浇筑（小时） 6 3 等强时间（小时） 4 2 中心沟模版安装 1 与仰拱模板同时完成 填充混凝土浇筑 1 1 等强移动栈桥施工下一模 24 10 合计（小时） 58 19 3、仰拱施工标准化 采用自行式液压仰拱台车施工，该台车主要由纵向主梁、圆弧模板、行走系统及配重平台、液压系统、端头模板及支撑系统组成。该工装模板与台车桁架系统为统一整体，配重系统可保证整个仰拱台车的稳定，仰拱台车调整就位后坚固牢靠，模板调节采用液压控制系统统一控制，模板空

17、间位置唯一。仰拱施工标准化图4、隧道水沟电缆槽移动模架（1）经验单位：中铁二局贵广项目部，三处怀邵衡项目部、中铁五局等。（2）设备优点：大大缩短了每一模水沟电缆槽模板安装时间；施工成本明显降低；工程质量明显提高，使水沟电缆槽混凝土达到了内实外美的效果。（3）设备组成：主要由模板、模架、定位卡组成。中铁二局隧道水沟电缆槽移动模架效果图怀邵衡铁路南雪峰山隧道沟槽施工定型模板中铁五局沟槽定型板板系统（4）功效对比：对比项目组合模板移动模架作业时间每单侧10延米安装时间约需6小时2小时内即可完成安装使用成本小模板每单侧10延米需要80Kg以上的钢筋来加固和支撑，需要6个专业模工6小时以上的工作时来完成

18、安装工作，约需要800元左的费用。3个普工2小时完成，约需要90元左右的费用，每单边10延米节省安装费用约700元。六、衬砌施工1、无骨架模板台车（1）经验单位：二处蒙化铁路3标、云桂铁路富宁隧道、一处渝黔天坪隧道等（2）主要优点：取消门架、整体净空相对增加，改善了隧道通风条件；实现变断面操作简单，省时省力；底连接螺杆布置合理，有效防止跑模；半边整体式模板，衬砌时模板整体刚度增加；能够实现全液压立模、脱模、自动行走，而且具有衬砌表面光洁度高，衬砌效率高等优点。（3）设备工效：一台模板台车一个月的施工进度最高为15组，如模板台车长度为 12m，则月最高施工施工进度165m（按搭接长度1m 算）；

19、如台车长度为 9m，则最高月进度 108m。隧道无骨架模板台车组装整体效果2、衬砌台车分料器（1）经验单位：一处昌赣铁路项目部（2）设备优点：衬砌台车拱顶设分料装置，自下而上，分层对称浇灌，可保证模板台车两侧混凝土均匀浇筑，可防止偏压使模板变形，同时降低劳动强度，提高衬砌质量。衬砌台车分料器设计图衬砌台车分料器实物图3、二衬蒸汽养护台架（1）经验单位：中铁十二局贵广铁路天平山隧道（2）设备优点：在局部密闭环境制造适宜混凝土养护的湿度与温度，有效改善了隧道衬砌养护质量。根据施工需要，作业面积大小可调，可适应9m25m以内不同养护长度要求；温度可调范围大（35-100），湿度不低于95%。二衬养护

20、台车主体结构二衬养护台车4、模板台车配管系统（1）经验单位：隧道股份京福6标（2）设备优点：全自动配管系统通过严格的混凝土分配器准时快捷的把混凝土送到指定的地方,保证模板台车两边高差不超过0.4米,人员仅需2人。12米模板台车混凝土配管系统5、二衬防拱空洞工艺（1）工艺流程（2）具体做法：见隧道拱顶空洞防治作业强制标准 注浆/排气软管安装固定图示 纵纵向注浆/排气管和竖向排气管布置关系图示 注浆管三通连接图 套丝式排气（注浆）管固定装置图示敲击及注浆拱架注浆管七、防排水作业1、防水板铺设台架（1）经验单位：隧道股份京福6标，沪昆客专梨子坪隧道（2）设备优点：采用防水板铺设台架进行土工布铺设，操

21、作简单、快捷、安全；与人工铺设相比，减少了作业人员数量，大大减轻了作业人员劳动强度，提高了铺设效率和质量。机铺设无纺土工布，铺设效果好，无纺土工布与初期支护表面密帖，铺设无纺土工布平顺、无隆起、无褶皱，（3）设备工效：采用防水板铺设机铺设土工布，需要作业人员3人（1人遥控操作，2人射钉固定），经统计，单幅土工布铺设平均时间为25分钟，采用防水板铺设机铺设防水板，需要作业人员3人（1人PLC控制，2人热熔焊接），经统计，单幅防水板铺设平均时间为2.5小时，较传统铺设工艺大幅缩短时间。防水板铺高台架利用防水板铺设台架的铺设效果2、防水板铺挂辅助机及超声波焊接防水板（1）经验单位：中铁一局云桂铁路项

22、目部（2）设备优点：辅助机械臂应用有效解决了防水板的松弛度不一致的问题，提高了铺挂效率、降低了劳动强度；引入超声波焊接工艺有效解决防水板与热熔垫片的焊接不牢的质量问题。防水板铺挂辅助机械臂超声波焊接防水板效果3、纵、环向止水带固定装置（1）经验单位：一处昌赣进口，中铁四局宝兰客专11标，一处渝黔项目部（2）装置组成：纵向止水带固定装置主要由定位销、U型定位钢筋、加密U型卡具、纵向角钢等部件组成；环向止带采用定型端模固定。止水带定位钢筋纵向定位角钢中铁四局宝兰客专11标纵向止水带固定装置一处渝黔天坪隧道纵向钢边止水带通过紧线器绷紧昌赣进口钢边止水带夹具模板台车堵头中埋式止水带安设八、辅助作业（科

23、研报告三中钻注一体化的资料也可收纳）1、格栅钢架8字结加工设备（1）经验单位：中铁十一局在山西中南部通道项目部（2）设备优点：应用了8 字结冲压模具，通过两次冲压，完成立体结构的 8 字结钢筋加工，一方面降低了加工成本，提高了作业工效，同时提升了格栅加工质量。8字结冲压模具及成品2、连接板定位模具（1）经验单位：中铁五局赣龙项目部（2）设备优点：拱架端部连接板焊接定位模具，确保了连接板连接角度精度，提高了拱架连接质量。钢拱架连接板定位模具图3、自行式火焰切割器（1）经验单位：一处昌赣项目（2）设备优点：使用中压和高压氧气(或丙烷),切割厚度大于5mm的钢板的多用气割机,同时随机配有两根轨道及割

24、圆装置，可以作圆周切割及斜面切割和V行切割。在一般情况下切割后可不再进行切削加工，结构紧凑，操作方便，使用安全，所需辅助时间短，可以大大提高工作效率。与等离子切割机相比，设备成本低，使用方便且便于维护。4、仰拱钢筋预弯器（1）经验单位：一处昌赣项目（2）设备优点：在防水板台架上自制仰拱钢筋预弯器，节约空间，施工效率高。昌赣进口仰拱钢筋预弯器5、网片自动焊接机（1）经验单位：四处丽香项目部（2）设备优点：焊接出来的网片成型好，尺寸标准，焊接速度快，节约人工（传统方法4人的工作量2人即可完成）。钢筋网片自动焊接机九、监控量测1、静力水准仪自动监测系统（1）经验单位：中国水电京沪高铁三标段监理部（2）能够满足高频次、高精度测量的需要；自动化程度高，大大减少了测量人员投入及测量强度；沉降监控实时性强，一旦有异常变化，能够及时的发现异常，为施工安全提供了有力的保障。（3）工艺原理：沿隧道轴线方向，在隧道拱顶处安装若干个容器，容器之间用管路连通，容器内盛适量液体，根据连通器原理，相互连通的容器内初始液面应处于同一水平面。当测点之间发生相对位移时，容器内的液体会顺着连通管流动，直到液面达到新的平衡，容器内液面高度的变化即可反映测点间的相对位移。测量原理示意图静力水准仪2、监控量测的智能化 （1）经验单位：中国水电京沪高铁三标段监理部（2）施工