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机械化施工的推广与应用中国电力科学研究院2016年8月一、技术需求机械化施工的目的在于提高线路施工的机械化水平，提高施工作业安全及施工效率。输电线路施工包含1.临时道路修建；2.物料运输；3.基础施工；4.混凝土浇筑；5.铁塔组立；6.架线施工；7.接地施工等七大工序。采用机械化施工的目标为标准化设计、机械化装备及流水线作业。保证各工序间上下衔接，逻辑有序，实现施工效率最大化。一、技术需求2我国特高压线路工程是世界电力工业输电技术发展的领跑者，工程建设任务重、技术新、难度大、挑战性强。随着电力建设的快速发展，近几年我国建设完成了多条特高压交、直流输电线路工程。特高压输电线路是迄今为止世界上最高电压等级的线路。一、技术需求3随着特高压输电线路电压等级的提高，因铁塔荷载大、塔型尺寸大，基础作用力相应增大，原状土掏挖基础坑深、直径均有明显的加大，土方工程量明显增多，施工人员劳动强度大、施工速度慢。且由于开挖深度大，易发生孔壁塌方、落物伤人等安全事故，因此人工掏挖的施工难度及安全风险进一步加大。另外在山区岩石基坑开挖中由于基本上不推荐使用爆破方式，采用较多的还是人工手持风镐开挖的方式，施工效率低、劳动强度大、粉尘飞扬环境差，存在较高的安全隐患、职业病隐患，对施工安全、进度、人员职业健康等影响较大。4一、技术需求而特高压输电线路铁塔基础施工现场具有分散性，且受到地形、地质、运输条件等制约和影响，如在山区与丘陵地带，大型施工设备和机具难以进入铁塔基础施工现场，钢筋、混凝土等基础原材料运输困难；而在软土地区则又因水网密布造成大型施工机具同样难以进入现场，与其它行业相比基础施工比较困难，从而使得特高压输电线路基础施工机械化程度低、施工效率低。5一、技术需求根据社会发展及电网建设技术的发展趋势，对劳动者的保护要求日益提高，未来电网建设将更大程度的依赖机械化、自动化的施工方法及设备，克服人凿和爆破作业对基础周围岩石基面、林木植被的损害，减轻施工人员劳动强度，减少粉尘污染伤害。通过应用和推广基础设计及机械化钻孔机具可减少人工挖桩的安全隐患，大大提高施工效率，同时达到环保、减少污染的目的。6一、技术需求二、临时道路修建施工装备及施工工艺常规道路修建设备（1）土石方机械：如推土机、铲运机、挖掘机等；（2）路面工程机械：如稳定土拌和机、厂拌设备、水泥混凝土摊铺机等。线路临时道路需求能够便于施工设备进、转场及物料运输的临时道路需求即可：宽度≥3m；坡度≤20%;弯曲直径≥23m；地基承载力≥20kPa如何匹配？1.选用小型化具有一机多用的设备；2.满足临时道路修建需求；选用挖掘装载机，同时具备推土、铲运、挖掘、装载、碾压、凿岩、开沟等功能。根据参数计算选配适宜的挖掘装载机。挖掘装载机1.工作原理：一种机体前部装有装载装置，机体后部装有反铲挖掘装置的自行式机械。2.结构组成：动力及传动系统、液压系统、挖掘臂、装载臂、驾驶室及下车等组成。起中挖掘臂由由动臂、斗杆、铲斗及液压系统组成一组连杆机构；装载臂部分的工作装置由铲斗、动臂、摇臂、连杆（或托架）及液压系统等组成。挖掘装载机二、临时道路修建施工装备及施工工艺挖掘装载机3.选型设计：由于挖掘装载机属于市场较为成熟产品，需结合线路需求，选取适宜型号的机型。经过选型比对选取WZ30-25型的挖掘装载机。4.结构参数：对于WZ30-25的结构参数如由表所示项目WZ30-25单位整机工作质量9500kg外形尺寸（长×宽×高）8000mm最高车速（前进）33km/h轴距2600mm转弯半径5500mm轮胎规格16/70-24发动机额定功率73.5kW额定转速2200r/min型式四冲程水冷直列式装载装置铲斗容量1.0m3最大卸载高度2650mm最大卸载距离930mm掘起力70kN挖掘装置挖斗容量0.3m3最大挖掘深度4400mm最大挖掘半径5471mmWZ30-25结构参数二、临时道路修建施工装备及施工工艺挖掘装载机5.机具选配：挖掘装载机可根据需要更换机具实现其他功能。如四合一铲斗、液压破碎锤、钻孔器、推雪铲等。6.综合效益：经济性上避免购置或租赁多套大型装备，节约成本；安全性上单车作业较多种装备作业指挥、协调及人员配合上均简化；工效上无需各工况之间的交接配合，直接更换机具，缩短工作时间。四合一铲斗液压破碎锤推雪铲二、临时道路修建施工装备及施工工艺挖掘装载机施工工艺1.挖掘装载机的运输长距离运输：依靠平板车；短距离运输：自行走方式2.现场施工工艺包括：①基底处理：需使用到四合一铲斗、液压破碎锤等。②分层填筑：需使用四合一铲斗等。③摊铺、整平：需使用四合一铲斗和自卸车。④碾压：需使用振动夯。挖掘装载机施工现场二、临时道路修建施工装备及施工工艺灌注桩施工装备分类灌注桩基础施工主要应用方法为钻孔灌注桩，其适用装备包括：回转钻机、潜水钻机、旋挖钻机、冲孔钻机等，使用的地质、地形均有所差异。灌注桩基础特点基础多处于地下水位较高区域，基础直径一般在1~2m，深度一般控制在25m以内，地质条件从砂土、卵石到岩层等均有分布。如何选择？1.满足灌注桩基础施工需求；2.满足综合效益好、机械程度高、安全性能优越的原则；结合装备特点选取旋挖钻机及回转钻机类装备进行研究。回转钻机：适用多种地质条件，费用较低，但污染严重。旋挖钻机:施工效率高，安全性高，但费用及体积较大。根据参数计算选配适宜的回转钻机或旋挖钻机。三、基础施工装备及施工工艺灌注桩基础施工装备及施工工艺研究灌注桩基础施工装备及施工工艺研究回转钻机1.工作原理：由动力装置带动钻机回转装置转动，从而带动带有钻头的钻杆移动，由钻头切削土壤。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环和反循环两种。2.结构组成：由发电机、机架、钻杆、变速箱、泥浆泵等部件构成。采用汽车底盘实现行走。车载式回转钻机三、基础施工装备及施工工艺回转钻机3.技术参数：如右所示，系列化钻机参数。4.适用性：根据循环方式不同可适用于土层、砂层、卵石层、砂卵石夹层、岩石层等。5.施工工艺：①测量放线②护筒埋设③泥浆制备④成孔⑤清孔⑥钢筋笼加工及吊装⑦灌注水下混凝土项目参数钻孔直径（mm）400~2500400~1500钻孔深度（mm）200200柴油发电机（功率）（kW）10075主轴动力（kW）2215泥浆泵动力（kW）3730主轴扭矩（N·m）4200042000钻杆类型（N·m）219×8168×8泥浆泵抽量（N·m）420m3/h320m3/h塔架高度（m）66整机轮廓（长×宽×高）（m）运输状态8.5×2.5×2.87.5×2.3×2.8工作状态8.5×2.7×6.57.5×2.5×6.5整机重量（t）17.514系列化回转钻机技术参数灌注桩基础施工装备及施工工艺研究三、基础施工装备及施工工艺灌注桩基础施工装备及施工工艺研究旋挖钻机1.工作原理：利用动力头旋转产生扭矩带动钻杆转动实现成孔的机械设备。2.结构组成：按照国网公司目前已经实现的系列化旋挖钻机组成主要包括动力头、主卷扬、上车机构、下车机构（分轮式和履带两种）、驾驶室等。旋挖钻机三、基础施工装备及施工工艺灌注桩基础施工装备及施工工艺研究旋挖钻机3.技术参数及适用性：如右所示，系列化钻机参数。4.运输：综合型/中型旋挖钻机进转场采用平板车；小型旋挖钻机自行走方式。4.施工工艺：①施工装备②钻机就位③护筒埋设④成孔⑤钢筋笼加工及吊装⑥浇筑混凝土⑦起拔护筒，继续浇筑⑧基础拆模养护名称单位参数轻小型中型综合型型号XRL100XR150LXR180L/XR200L钻孔直径范围mm600600800最大钻孔深度m土层土层岩层土层岩层适用岩石单轴饱和抗压强度范围MPa0～20～250～60行走宽度mm260026002600整机重量（标准配置下不含钻具）t不大于20不大于30不大于40动力头动力头的最大扭矩kN·m80150200动力头的转速rpm777主卷扬主卷扬提升力kN100100160副卷扬副卷扬提升力kN6050100转台转台回转角度°260360360行走底盘型式-轮胎式履带式履带式整机最大行走速度km/h402.53整机最大爬坡角度°152030系列化旋挖钻机技术参数三、基础施工装备及施工工艺装配式基础标准化施工工艺分坑开挖基坑操平、找正底梁安装底板安装立柱吊装防腐处理回填质量保证措施1）组织措施①推行全面质量管理，开展全员、全过程的质量管理活动，建全质量保证体系，并在体系的运行过程中不断完善。②广泛开展全面质量管理活动，重点部位和关键工序设质量管理员。③实行逐级技术交底制度，加强质量教育，提高全体职工的质量意识。2）技术措施①组建精干的测量队伍，并配置先进测量仪器；对已测放的桩位和施工用临时水准点，派专人定期复核并做检查记录。②强化计量管理，保证量值传递准确，计量器具按规定送检，并作好记录。③加强资料收集工作，跟随工程进度积累和保存对应的资料、文件和通知等，在整理编集竣工资料时应做到统一、规范和符合有关规定。三、基础施工装备及施工工艺掏挖基础标准化施工工艺质量保证措施1）基础施工的质量是线路施工质量的保证，其质量应满足有关施工及验收规范的要求。2）原材料的质量控制。3）基坑挖钻应保证坑底的尺寸和坑的深度。4）支模前应检查钢筋的型号、尺寸及数量是否正确。5）混凝土的搅拌应均匀，每次搅拌时间应满足相关规范要求。6）混凝土应根据当时的气温及时养护7）基础拆模8）基础表面清理应避免基础附近积水。三、基础施工装备及施工工艺灌注桩基础标准化施工工艺回转钻机机械化成孔工艺三、基础施工装备及施工工艺灌注桩基础标准化施工工艺旋挖钻机湿法机械化成孔工艺三、基础施工装备及施工工艺灌注桩基础标准化施工工艺旋挖钻机套管护壁机械化成孔工艺三、基础施工装备及施工工艺岩石基础标准化施工工艺质量保证措施1）钻孔时，应定时观察钻杆倾斜角度，如发生倾斜，调节钻架斜拉杆使钻杆保持垂直。2）地脚螺栓或锚筋在安装前应除去浮锈及油污，保证表面清洁。3）锚孔成孔后应尽快组织混凝土浇注。4）灌注和捣固时不应碰撞锚杆，浇筑后禁止摇晃锚杆。5）承台浇注完成后，按要求标高抹面，要求一次成型，避免二次抹面。三、基础施工装备及施工工艺四、混凝土施工装备及施工工艺混凝土施工装备分类混凝土施工主要包括混凝土制备和输送、泵送、灌注及振捣等。施工装备包括混凝土搅拌装备、泵送装备及振捣装备的。线路混凝土施工特点线路的混凝土施工，相对其他行业，单基基础的土方量小且塔位分散，对道路条件较好区域可直接选用商混，但多数区域还需现场搅拌。此外在山区等道路较差区域施工，还面临大型设备无法进场等问题。如何选择？1.设备轻小型化，保证设备能够进场。2.保证现场混凝土的搅拌质量，混凝土能够顺利浇筑等。需要根据基础浇筑需求计算满足其施工能力的混凝土施工装备的性能参数，然后选取适宜的施工装备、混凝土搅拌装备1.分类及特点：按照作业方式分为周期式和连续式；按照搅拌原理分为自落式（生产效率低，一般适合搅拌塑性混凝土）和强制式（拌合质量好，效率高，特别适于拌合干硬性混凝土和轻质骨料的混凝土）；按卸料方式分为倾翻式和不倾翻式等。2.线路需求：满足临时道路的通行要求、出料容量满足连续浇筑需求、满足长期露天使用的稳定性、经济性。3.技术参数：包括额定容量、工作时间、搅拌转速和生产率等。由于混凝土搅拌装备为成熟产品，且现场多使用塑性混凝土。根据需求计算，选取JZ型双锥反转出料搅拌机。其由上料系统及底盘、搅拌系统等组成，适宜用于搅拌粒径不超过80mm的重骨料、塑性和低流动性混凝土。四、混凝土施工装备及施工工艺研究混凝土搅拌装备4.技术参数：选取JZ350作为适宜装备，参数如下：型号出料量进料量生产率m³/h骨料最大粒径拌筒电机功率拌筒或轴转速整机质量JZ3500.350.5612~14605.512~1720005.施工工艺（1）施工准备：包括设备进场及现场固定等。（2）搅拌作业：包括上料和卸料工序。（3）清洗：清洗设备。四、混凝土施工装备及施工工艺混凝土泵送装备1.分类：按照功能的不同混凝土输送泵可分为臂架泵、车载泵、搅拌一体泵、拖泵等几种类型。2.