贵广铁路科研立项申请书--长大隧道快速施工关键技术与装备研究

第一，以钻爆法为基础的快速施工技术体系尚未完 成，在开挖爆破、围岩稳定性控制、快速支护与衬砌、 机械化作业线设备配套技术、施工通风与环境控制、 施工安全与风险控制、自然生态环境保护与治理等方 面，许多关键技术难题尚未取得突破，施工进度差别 很大，事故隐患较多，工后环境影响较大。
二、立项必要性
目前，国内长大隧道钻爆法无轨运输施工具有设 备配套落后、机械化施工效率低、施工工艺变化快、 操作简单、各工作面实行人海战术、劳动强度大、 安全隐患大、环境条件差等特点。但是，许多企业 为了节约投入，减少设备投入，仍然在我国山区铁 路地质情况多变条件下的长大隧道施工中首选此方 法，严重影响着目前铁路又好又快的发展局面。因 此对于钻爆法“隧道快速施工关键技术及装备研究” 课题深入进行科研攻关具有重要意义。
铁道部科技进步二等奖
铁路隧道平导独头施工通风综合 配套技术
1994年获河南省科技进步一等奖
浅埋黄土质双线铁路隧道施工新 技术
1989年获铁道部科技进步二等奖
浅埋、偏压、三线铁路隧道修建 综合技术
1995年获铁道部科技进步二等奖
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多线、大跨、浅埋隧道在 岩堆中施工技术研究
获2003年度铁道学会二等奖。
我国隧道钻爆法施工的机械化配套及装备研究 是以衡广铁路复线的“大瑶山隧道”为转折点，引 进了四臂液压台车、混凝土输送泵、12米全液压钢 模衬砌台车。二十多年来，我国铁路机械化施工技 术和管理人员，充分发挥聪明才智，依靠自己的辛 勤努力，在铁路长大隧道机械化硬岩施工配套方面 取得了一定进步，开发和总结，配套了从开挖与运 输、初期支护、施工通风、仰拱铺底、防水作业到 衬砌等机械化施工作业线，大大提高了工程质量和 施工效率。但随着铁路建设的大发展，中国的劳动 力成本的相对低廉，施工企业为追求利益的最大化， 多采用人海战术，以减少投入相对较高的机械化配 套设备。再加上定额的调整，因而在钻爆法施工的 设备配套和国产化研究上未能更进一步发展，反而 有后退的趋势。特别是软岩、富水土质隧道等工况 转化频繁，设备配套和快速施工水平较低，因此有 必要对长大铁路隧道快速施工关键技术和装备进行 研究。
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双线铁路隧道长独头施工 通风应用技术及效益研究
2003年度铁道学会科技进步三等奖
软硬不均地层及复杂环境 获2005年度中国铁路工程总公司科技进
12 隧道复合盾构的研究与掘 步特等奖、 2006年度国家科技进步二等
进技术
奖
13 南昆铁路综合修建技术 获2003年度国家科技进步二等奖
14 秦岭隧道修建技术
我集团是我国在隧道与地下工程方面特级大型专业化施工企业，
长期奋战在长大隧道科技开发的前沿，承担了大量的有关长大隧 道工程的科研、施工、设计和设备制造工作。特别是拥有科研所、 设计院、设备制造公司以及集团专家委员会和以钱七虎、施仲衡、 梁文灏等一批为代表的外聘资深专家，在长大隧道施工技术研究 领域内取得了许多研究成果，具有丰富的实践经验，先后主持了 大瑶山长大隧道、军都山长大隧道、云台山隧道、米花岭隧道、 秦岭隧道、广州地铁、城陵矶长江隧道、圆梁山长大隧道、乌鞘 岭长大隧道、太行山长大隧道和包家山公路长大隧道等国内有重 大影响的科研工作，积累了丰富的经验。近20多年来完成了许多 与隧道快速施工与设备配套和装备国产化有关的重大科研项目， 包括国家863项目在内的多项科研成果，国家、省部级在内的的 多项技术进步奖项，并拥有多项国家发明及实用新型专利。科研 成果直接应用到铁路长大隧道、公路长大隧道、水底隧道、城市 地铁等工程的施工中，多项研究成果获得了国家、省部级科技进 步奖，有些成果还分别纳入到《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》、 《铁路隧道施工规范》及《公路隧道施工规范》中，为我国隧道 及地下工程作出了重要贡献。
3）隧道挖装机应适于隧道原始开挖面的路况，积水的路况，充分考虑 软土路面 的承载力，避免来回行驶时陷入路面，有适应性良好的行走装置。 （6）锚杆和注浆钻注一体化设备研究； 研究满足现代隧道净空和快速施工要求的设备。
本课题达到的目标如下： (1)课题研究的隧道专用设备与长大隧道的
1）移动栈桥应适于不同高度的仰拱及基础浇筑，适于不同长 度的浇筑工作长度，适于最大通过载重的车辆及不同宽度的工程 机械及设备，适应于隧道原始开挖 面路况等。
2）移动栈桥应尽量按照模块化方式进行设计，通过拼装可组 成适于不同需求的规格。
（4）防水板铺设设备的研究； 防水板铺设设备应适用于不同断面隧道的要求，适于不同规格尺寸防
软岩、土质隧道、大断面破碎带、富水、富瓦斯、 地热、高危岩爆等复杂地质条件下，由于各有特点， 施工方法差异很大，针对性的处理手段不同，应分 别根据具体情况研究其快速施工的特殊关键技术， 实现小循环、快开挖、早支护，保证安全，控制危 害发生的目的。
2、长大隧道机械化配套技术研究 通过本课题的研究解决以下问题：
3、隧道施工装备国产化研究； 本课题解决的主要技术问题如下： （1）喷射混凝土机械手的研究； （2）钢拱架拼装机的研究； 1）拱架拼装机应尽可能考虑与其他工序所需的功能集成设计
问题，以减少隧道内机械设备的数量。 2）拱架拼装机应有较宽广的工作覆盖面，可分为铁路单线隧
道、铁路双线隧道和公路双线三线隧道两类机型。 （3）移动栈桥的研究；
在长大隧道机械化配套的同时，摸清隧道快速 施工机械设备配套国产化设施的成本，提供经济指 标参考，为投资及施工投入的控制确定范围，进而 检验和完善隧道快速施工设备国产化与即将发布的 新《铁路双线隧道机械化施工概预算定额》”之间的 适用情况，保证各项配置的经济合理性意义将更加 重大。
三、前期研究工作基础
自大瑶山隧道引进全套进口的钻爆法隧道施工机 械装备以来，在国内隧道建造中基本得以坚持使用 的机械设备有各型液压凿岩台车、装载机、挖掘机、 干喷机、自卸汽车、混凝土输送泵、钢模板衬砌台 车等产品。而当时引进的喷砼机械手及三联机设备 在隧道施工中早已鲜有使用。由于隧道建造标准的 提高，快速施工的要求，以及技术方面的进步，当 初引进的进口设备的种类、型号、规格已经不能完 全满足隧道建造新的标准化及流水线作业要求，需 要继续开发研究。因而，随着铁路建设发展趋势、 环境保护要求的提高及环保要求的强制实施、国内 劳动力价格的提高、隧道建设技术进步的要求、质 量标准提高的要求、成本降低的要求、施工速度及 安全要求的提高等，隧道建造机械化装备的进一步 开发势在必行。
贵广铁路科研立项申请书--长大隧道快速施工关键技术与装备研究
目录
一、立项背景 二、立项必要性 三、前期研究工作基础 四、解决的主要技术问题及达到的目标 五、主要研究内容及研究方法 六、年度计划及年度目标 七、主要参研单位和研究人员 八、经费预算
一、立项背景
据不完全统计，截止到2008年底，我国已经建成的 铁路隧道总长度已经超过4200km,在建铁路隧道总长 度已超过4700km，即将开工和规划建设的隧道总长度 超过5000km,预计到2012年，我国建成通车的铁路隧 道的总数量将突破10000座，总长度将突破10000公里。 由此可见我国铁路隧道建设的总量已经远远领先世界 其他国家铁路隧道。 但是我国铁路长大隧道施工的快速修建技术水平、施 工装备及国产化总的技术发展速度缓慢，整体技术仍 相当落后，主要表现在：
（1）不同工况软硬岩施工的主要机械化施工作业 线的基本理论、设备配套；
（2）完善并建立长大隧道软硬岩施工设备配置技 术体系；
（3）协助有关部门进行本技术成果的推广应用。 达到的目的如下：
（1）形成长大软硬岩隧道全断面和台阶法施工的 设备配套体系 ；
（2）通过本配套，使IV、V级围岩在现有的全国施 工平均开挖进度指标基础上提高20%以上。
新建贵阳至广州铁路工程中，长大隧道都是大断面单洞双 线隧道，采用钻爆法有轨运输方式施工，辅助坑道设置多种 多样，施工通风难度很大。有的长大隧道存在瓦斯等不良地 质，独头通风距离长，施工通风是隧道安全施工的保障，施 工通风难度大；多数长大隧道有平导、斜井、竖井等辅助坑 道，施工通风方式复杂，施工通风机械设备配套形式多样。 因此需结合长大隧道的实际工程进展开展专项研究、解决实 际施工通风难题，针对长大隧道开展施工通风技术方案研究 是十分必要的。
获2004年度国家科技进步二等奖
富水砂质粉土层超浅埋小 15 间距大跨城市隧道修建技 获2005年度建设部华夏科技进步二等奖
术
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高压、富水、岩溶、长大 2007年、2008年度分别获河南省科技进
隧道修建技术
步一等奖、 铁道学会二等奖
四、解决的主要技术问题及达到的目标
针对贵广、兰渝铁路工程、施工及地质特点，本课 题解决的主要技术问题和达到的目标一个是快速施 工的关键技术，一个是装备问题。 分述如下： 1、软岩及复杂地质隧道快速施工关键技术
术
二等奖ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单线铁路长隧道快速施工配套技 1998年获南昆线优秀科技成果一等奖，1998年获获铁道部
术与设备
科技进步二等奖，1999年获国家科技进步三等奖
铁路隧道复合衬砌支护技术研究 1988年获国家科技进步三等奖
繁华城区修建地下大型立交多功 1998年获中国铁路工程总公司科技进步一等奖，1999年获
能地铁车站综合技术
在铁路隧道软岩及不良地质施工机械化配套方面， 要从不同工况、软硬岩分别进行研究，切实从开挖与 运输、施工通风、钻注一体化、初期支护钢架拼装、 仰拱铺底、防水版自动铺设作业到衬砌作业的机械化 施工作业线，一定程度上提高工程质量和施工效率。 但由于国内基础工业依然相对薄弱，至目前为止，国 产的大型液压冲击钻机及配套的液压系统仍然达不到 性能及成本的预期要求，装载机、挖掘机、自卸汽车、 混凝土输送泵等设备由于为通用机械，合资产品的性 能质量及价格虽基本能够满足隧道建造预期要求，但 其内燃动力却造成隧道空气的严重污染。钢模板衬砌 台车由于其结构相对简单，在国内已经广泛的设计制 造应用，但大部分设计制造的钢模板衬砌台车均存在 刚度不足问题，跑模事故时有发生。特别是防水板自 动铺设、钻注一体化、钢拱架拼装机等国内没有开发， 因此，采用全套国产化（含合资）设备来满足隧道施 工作业流水线的需求，还存在很多需要继续努力的课 题研究。
水板要
求，具有合适的工作长度满足铺设的速度要求，铺设的操作功能应具有自 动功能。
（5）隧道挖装机的研究； 1）隧道挖装机应具有较宽广的作业覆盖区域，小于（含）铁路公路双
线隧道断 面以下的隧道，单台挖装机应能满足全断面挖装需求。
2）隧道挖装机应具有合适的挖掘生产率，并适于不同车辆的装载高度 和装载长 度。
本课题研究工作以隧道局总工程师办公室负责人 牵头，以王梦恕院士为首的专家委员会和外聘资深 专家梁文灏院士等为顾问，形成以总工办、专业设 备中心、工程部、合同部、科研所、隧道院、设备 制造公司和集团贵广指挥部等骨干技术人员组成的 科研攻关组，参加本项目的研究人员具有丰富的隧 道与地下工程、越江隧道、山岭长大隧道设计以及 新技术、新材料的开发研究与应用经验。我们注重 理论结合实践，紧密结合施工现场开展科研攻关， 投入的工作人员能通过实测数据确保理论计算的正 确性，以现场科研攻关阶段成果指导施工，并在现 场施工实践中完善科研成果。
我单位部分获国家级和省部级科技进步奖励的项目 如表1所示。
表1 部分获国家级和省部级科技进步奖的科研项目
序号 1 2 3 4 6 7 8 9
获奖项目名称
获奖情况
大瑶山长大铁路长大隧道修建新 1989年获铁道部科技进步特等奖，1990年获全国施工新技
技术
术优秀项目奖，1992年获国家科技进步特等奖
北京地铁浅埋暗挖法综合配套技 1987年获北京市科技进步一等奖，1995年获国家科技进步
贵广铁路隧道众多，占全线的54%，其中10公里以上隧道9 座，借助贵广铁路长大隧道的修建，对设备配套进行深入研 究，进一步完善隧道开挖与运输、钻注一体化、钢拱架安装、 仰拱铺底、自动防水铺设作业、施工通风、衬砌作业线的机 械化施工配套及国产化，使其合理配套、协调运转，形成一 套完整的，具有理论指导、工法完善的机械化体系，确保施 工安全、快速进行，不仅必要，而且急需。