RPD-150C多功能钻机、CSS-3混凝土喷浆机械手在隧道施工中的应用

四、注浆施工的应用及工艺
RPD-150C多功能钻机可通过钻杆直接深孔注浆，实现真正 的“钻注一体化”施工作业，克服了传统孔口注浆反复扫孔的 弊端，以及在高压富水破碎等复杂地质情况下难以将浆液注入 孔底的问题。注浆时与止水止浆装置配合，根据地质情况不同， 注浆工法可采用前进式、后退式注浆；既可采用单浆液，也可 采用双浆液；在出水量极大的情况下，可采用双层杆，将几秒 钟即可凝固的特殊浆液注入孔底。
硫磺沟斜井超前地质预报
硫磺沟斜井超前地质预报钻孔记录曲线图
4、岩芯取样
岩芯取样，是隧道超前地质预报钻探的另一重要手段。RPD －150C型钻机采用旋转冲击钢丝绳提取取芯器的工法取芯，取 芯器置于套管钻具之中，钻至预定位置，不退套管钻具，用钢 丝绳打捞器将取芯器收回，循环往复取芯。可为隧道施工提供 快速了解岩层的性质、压缩强度等信息的作用。该钻机岩芯取 样的距离为150米。
3、喷浆质量好，回弹量低。利用遥控器控制及软件自动控制喷枪 口与受喷面垂直、等距，减少了回弹量，控制了喷射质量。喷浆机械 手可以时刻保证最佳的喷射混凝土工艺参数，与人工喷射时受操作人 员技术水平、疲劳程度、站位、身体状况等因素的影响，不能保证最 佳工艺参数比较，显著减少了回弹量。
4、经济效果显著。由于降低了回弹量，提高了喷浆施工的 效率，同时又节约了材料和时间。
RPD-150C多功能钻机在隧道施工中的应用
一、RPD-150C全液压多功能钻机简介
RPD- 150C多功能钻机为全液压旋转冲击式钻机，整 机由内燃柴油机提供动力，由液压装置提供冲击力，采用高 压水清洗钻孔，水平最大钻孔深度为150m，钻孔直径为 65~225mm，该机配备履 带行走装置，钻杆的推 进方式为液压和链条组 合式；作业时由5个液压 油缸联动定位，可完成 正向、双侧向大范围的 施工。可完成超前地质 预报、管棚、注浆等多 种作业。
钻机钻进系统示意图
2、普通超前钻探
该模式在探测隧道前方地质情况时，利用钻机的钻进系统依 靠操作手在钻探过程中个人的经验判断出前方地质情况，如地 质软硬、有无空洞、有无涌水等。该模式数据获得依靠操作手 的经验，缺乏数据的可靠性只适用于判断地质情况不复杂，对 施工影响不大的地质情况。
3、MWD系统（Measurement While Drilling Surface System）
硫磺沟斜井边坡防护作业
喷浆机械手各种工作方式及施工范围
二、意大利CIFA CSS-3混凝土喷浆机械手的特点 1、工作范围大，拥有强大的灵活性
该喷浆机械手臂架由三截折叠式大臂组成，臂座可在水平及垂直方 向两级旋转，臂座沿底盘轴线可在3.7米范围内纵向滑移，小臂易有 1.8米伸缩空间。利用臂架的各个动作组合可实现最大15.7m的喷射半 径，最小3.6m的喷射半径，可在15.7m的纵向范围内移动喷浆。 2、喷浆效率高。该喷浆机械手设计效率为30m3/h，是一般混凝土 喷射机械的6倍，极大的提高了作业效率，缩短了喷浆作业的时间，加 快了整个工程的施工进度。
1、防突、止水、止浆
在超前地质预报钻探和通过钻杆注浆时，为防止围岩高压水 冲出钻孔对人员和设备形成危害，以及为防止浆液倒灌，钻具 内部都设有单向阀，钻孔过程中可阻止地下突发水通过钻具涌 出掌子面。还可在钻孔前安装高压止水止浆装置，当围岩高压 水喷出时，只要关闭止水止浆装置，即可将出水孔壁封闭，将 高压水封在孔中。在通过钻杆直接孔底注浆时，关闭止水止浆 装置，才能阻止浆液倒灌、喷出，保证孔内压力和注浆效果。 在关闭止水止浆装置的同时，钻杆还可自由活动，可顺畅执行 各种注浆工艺。
(1)严格按照规定选择符合喷射要求的混凝土进行喷射。 (2)每次泵送前，必须先泵送一定量的水泥砂浆（通常为1～2 方），进行管路润滑。 (3)每次喷浆结束后，必须对喷浆机械手进行清洗，清理料斗及 管路中残留的混凝土。 (4)对已磨损的输料管要及时更换。 (5)应尽量避免喷浆过程的中断，防止混凝土离析或初凝。如果 发生堵管，须立即将混凝土反抽回料斗并搅拌重新混合。当混 凝土泵送缸和S摆管阀自动转换正常时，可转换成高压小排量泵 送，确认泵送正常不再堵管后转入正常泵送速度继续喷浆。
MWD系统，即由钻机上配备的十余种传感器，如涌水压力、 涌水量、推进力、破坏能、旋转速度、旋转压力、扭矩、推进 速度等，将钻孔时接收到的数据传输到钻机上的数据处理中心， 形成一系列反映地质变化的曲线图，同时各种数据即时存储于 记忆卡中，可即时分析，也可将数据转入电脑，便于资料的积 累、研究。技术人员根据曲线的变化和计算，得出隧道前方地 质情况的预报。该系统在隧道地质预报、勘察中起着非常重要 的作用，为隧道的安全施工作出了重要贡献。该系统的最长探 测距离为150米。
架子一队地基加固处理
3、锚固、锚杆施工
利用RPD-150C多功能钻机可方便的实现锚固、锚杆施工，在 需锚固的位置采用套管方式钻进，当套管钻进至预定位置，先 撤出内杆和内钻头，插入锚索或锚杆，边注浆边撤出外钻杆和 外钻头，完成锚固、锚杆施工。
4、钻注一体化注浆
利用钻杆钻到需要改良的位置之后，直接通过钻杆把浆液注 入孔底，实现边钻边注的钻注一体化注浆工艺，完成地质改良。 此工法适用于难于成孔的破碎带或软弱地层，以及高压赋水地 质情况。
取芯示意图
硫磺沟斜井取芯现场
取芯样品
二、管棚施工工艺及应用
RPD－150C型钻机可实现单管管棚、跟管管棚及套管管棚作 业。 1、单管管棚 RPD－150C型钻机可以使用单管进行管棚作业，即钻孔成孔 后撤出钻杆钻头再插入管棚管的方法。 该施工方法快速、简便，适宜围岩较好容易成孔的情况。
祁连山隧道进口单杆管棚施工
根据地质情况的不同，可采用前进式、后退式、或孔口式等 注浆方法。
钻注一体化注浆（钻杆式注浆）
前进式分段注浆
钻进后不退钻杆，直接利用钻杆注浆。注浆后立即钻进，直 至预定位置。
后退式分段注浆
使用双液浆或单液浆，钻至预定深度后不退钻杆，浆液直接 通过钻杆注入孔底，边注边退。
5、冲击式双层管注浆
冲击式双层管注浆是针对复杂地质条件下，通过双层管进行 双液注浆的施工方法。使用双层杆钻进，不同的浆液走不同的 通道，在钻头后部混合后喷出，完成双液注浆作业。
5、操作简单，性能可靠。喷浆机械手到达施工现场后，接 通电源后，即可施工。
6、安全。操作人员可以通过无线遥控器，控制喷浆机械手 作业，可在将喷头伸至人员无法到达的危险区域进行喷浆作业， 也可通过喷头直接对塌腔进行喷浆回填，使施工人员避开了有 塌落危险的工作区域，保障了施工人员的安全。 7、降低了劳动强度，提高了施工效率。克服了喷射混凝土 操作人员劳动强度大，劳动效率低的通病。 8、健康。通过遥控器控制喷浆，不需人工上料及手持喷浆 管，避免了操作人员站在粉尘中施工，改善了作业环境，保障 了操作人员的健康。
CSS-3混凝土喷浆机械手在隧道施工中的应用
意大利CIFA CSS-3混凝土喷浆机械手
一、简介
在铁路公路隧道、深基坑和道路边坡防护等工程施工中，广 泛采用喷射混凝土的支护方法。传统的人工喷射混凝土法，其 工作环境恶劣，对工人身体危害大；劳动强度高，效率低；而 且难以保证喷浆的工艺要求。因此，采用机械化喷浆作业成为 喷射混凝土技术发展的一种趋势。意大利CIFA CSS-3混凝土喷 浆机械手是智能化程度非常高的混凝土湿喷设备。整机为双动 力配置，可分别由内燃柴油机和电动机独立提供动力工作，最 大理论喷射方量30方/小时，配备四轮转向蟹行机构底盘，四轮 驱动无极变速。该设备人性化设计出色，全液压泵送，全自动 无线遥控操作，机载空压机，智能外加剂调剂系统，双转台设 计臂架灵活，能灵活方便的完成各种作业面的混凝土喷射任务。
钻进时，内钻头稍微靠后，渣屑沿内钻杆和外钻杆之间自动 刀头前的水转换器排出，彻底解决软弱地层单杆钻进排渣困难 的问题。
套管钻具内外钻头
外钻头
内钻头
祁连山隧道进口套管管棚施工
三、抢险救援
隧道施工地质情况复杂，经常会出现掉块、塌方等现象，发 生塌方、关门等的事故有人员被困时RPD-150C多功能钻机可快 速完成险情地带的地质探测、地质改良和支护作业；若出现地 下空间被塌方阻隔时，可采用套管作业快速为受困人员输送空 气、水和其它救助物资。
3、尽量减少混凝土的回弹 在喷浆作业时，混凝土的回弹难以避免，但回弹过多，使喷 浆效率降低，材料消耗增大，施工成本增加。回弹的多少几乎 与喷射作业中各个施工环节都有关系，如拌合料中粗骨料的含 量、使用的水泥及速凝剂的质量、混合料的均匀度、喷浆机的 性能、喷射手的操作技术、受喷面的情况等，都会影响混凝土 的回弹量。所以必须掌握以下4点正确的操作要领。 (1)选择最佳的喷射距离与喷射角度。最佳喷射距离也受很多因 素影响，包含拌合料的骨料粒径、颗粒级配、喷射面的处理及 喷射面的性质等。但一般说来喷射距离应控制在0.6～1.4m。喷 射方向应尽量与受喷面垂直，若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时， 可将喷嘴稍加倾斜，但不宜小于70°。
钻孔数据记录曲线页面和数据记录页面
打击能主频变化剧烈说明围岩情况变化明显，表明围岩整体性 差;打击能主频变化平稳，说明围岩岩性均匀。 钻进速度曲线变化情况同样反映围岩变化情况，变化越明显， 表明围岩整体性差；相反，说明围岩岩性均匀。 水压曲线变化情况反映围岩内软弱夹层的变化情况；水压曲线 变化平稳，可以判定围岩夹层较少；相反可以判定围岩夹层较多。
2、跟管管棚
在难以成孔的情况下，根据现场施工需要可配置潜孔锤跟管 钻具，进行跟管管棚的施工。 跟管模式即使用偏心或同心钻头由跟管器带动外杆或管棚管 进入孔内的模式。跟管钻具通常与潜孔锤配合，使用特定的钻 头，包括偏心跟管钻头（扩孔跟管钻头）或者同心跟管钻头， 利用管靴与管棚管用丝扣连接，钻进的同时管棚管同步跟入。 该模式的优点是在围岩较破碎难以成孔的情况下，管棚管可 以随钻头同步跟入，克服了单管管棚施工中塌孔后无法插入管 棚管的缺点。
二、RPD-150C的应用
1、超前地质预报 包括普通超前地质钻探，叠加MWD系统的超前地质钻探，钻 芯取样，叠加MWD系统的钻芯取样。 2、管棚施工
包括单管管棚，跟管管棚，套管管棚。
3、注浆施工 可实现单液、双液钻注一体式注浆
三、超前地质预报的应用
PRD-150C型钻机超前地质预报钻探的手段有三种，一种是普 通超前钻探，一种是依靠MWD系统，一种是岩芯取样。 1、钻进系统 该机所配备的钻进系统为一体化的液动锤设计，钻具兼容性 强，可采用50年代以来国内长期采用的潜孔锤钻具施工。
RPD-150C多功能钻机与CSS-3混凝土喷浆 机械手在隧道施工中的应用 王振国
中铁二十局集团兰新铁路甘青段七标 二〇一一年九月
目
1、简介
录
一、RPD-150C 多功能钻机的应用
2、超前地质预报的应用
3、管棚施工的应用 4、注浆施工的应用 二、CSS-3混凝土喷浆机械手的应用 1、简介 2、功能特点、应用及要点
三、混凝土喷射机械手在隧道施工时需注意的几个问题
1、造成混凝土堵管的通常原因 (1)输料管太干燥或润滑不够； (2)S摆管阀漏浆； (3)输料管泄漏； (4)在S摆管阀或输料管里有以前残留硬化的混凝土； (5)混凝土配比或骨料级配不合理； (6)混凝土离析；
(7)混凝土已经开始初凝。
2、避免混凝土堵管必须采取的有效措施
跟管钻具示意图及实物图
3、套管管棚
当钻孔遇到软弱、破碎地质情况不易成孔时，RPD－150C型 钻机可以使用套管进行钻进。内外钻杆钻头同时由液压驱动旋 转冲击钻进，成孔后先撤出内钻头和内钻杆，外管和外刀头暂 时留在孔内起到护壁的作用，之后插入管棚管，然后再撤出外 钻头和外钻杆。 该模式的优点：保证了在难以成孔的软弱、破碎地带的各种 作业，避免了跟管作业外管无驱动、容易变形、管靴易损坏等 弊病。
钻具单向阀装置示意图及止水装置实物图
2、地质改良及地基加固
针对隧道施工可能遇有高压水、破碎带、软弱土层等问题， 钻进过程中可立即用钻杆直接注浆，改善掘进范围内的地质条 件，保障施工安全，提高施工效率。 针对建筑基础及承载地基可能出现软弱沉降、破碎等问题， 可利用钻机钻进地基底部进行钻杆式注浆加固，使地基固结达 到所需承载力的要求。特殊情况可利用钻杆式注浆将已沉降的 基础抬升至正常范围。
五、源自文库结
RPD-150C全液压多功能钻机在工程施工中动力强劲、噪声较 低、空气污染小、钻孔速度快、操作简单；配有性能优越的旋 转冲击动力辅助锤，可靠性极高；钻杆自动拆卸可快速完成各 种作业，作业范围大能适应各种工况；RPD-150C钻机的功能多 用途广，尤其是超前地质预报、管棚施工、止水注浆的应用在 长大隧道施工中起到非常重要的作用。