覃建華

特長隧道的快速施工對機(jī)械設(shè)備的配套方案和施工效率提出了更高的要求，從某種意義上說，機(jī)械設(shè)備的配套方案決定了特長隧道快速施工的成效。文章分析了機(jī)械設(shè)備選型、配套應(yīng)考慮的因素，包括施工方案、工期、隧道規(guī)模、斷面形狀、尺寸、作業(yè)人員健康狀況及環(huán)保要求等，并對特長隧道快速施工中輔助洞的機(jī)械配套方案進(jìn)行了研究，重點(diǎn)討論了運(yùn)輸線開挖、錨噴支護(hù)、襯砌路面和輔助工序等施工機(jī)械配套方案。

特長隧道;快速施工;機(jī)械配套;方案

U455.3-A-31-106-3

0?引言

隨著我國隧道施工技術(shù)的不斷發(fā)展，長距離、高海拔等復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下的隧道工程在不斷興建，這其中以特長隧道的快速施工為主要類型。特長隧道在極大程度上縮短了地域間的通車?yán)锍蹋瑸楦鞯貐^(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力支撐。研究特長隧道快速施工的機(jī)械配套方案對于保證隧道的施工工期和質(zhì)量具有一定意義[1]。

1?機(jī)械選型配套應(yīng)考慮的因素

1.1?施工方案及工期

一般情況下，施工的方案對于工程整體的進(jìn)度和工序具有直接影響，在施工前應(yīng)對施工環(huán)境的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)勘測，獲取可靠、準(zhǔn)確的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，經(jīng)過反復(fù)論證，考慮諸多在施工中可能存在的情況及其他不確定危險(xiǎn)因素，然后制定出合理、可行的施工方案，并經(jīng)過該領(lǐng)域?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)審核后通過，方可進(jìn)行施工。因此，應(yīng)充分考慮洞口場地的施工條件、前期勘測數(shù)據(jù)和工程工期等的要求來綜合確定施工方案。對于特長隧道而言，一般采用機(jī)械化程度較高的施工設(shè)備來進(jìn)行施工，可提高施工效率，縮短工期進(jìn)度，應(yīng)首選性能好、效率高、質(zhì)量優(yōu)的施工機(jī)械設(shè)備，使這些施工機(jī)械設(shè)備在數(shù)量和功能上彼此匹配，達(dá)到最理想的施工效果[2]。

1.2?隧道規(guī)模、斷面形狀及尺寸

特長隧道在快速施工過程中，對于機(jī)械化設(shè)備的效率、施工質(zhì)量和智能化程度要求較高，隧道本身的投資和規(guī)模較大，這種情況下，大型的成套機(jī)械施工設(shè)備較為適用，施工成本相對較經(jīng)濟(jì)。出于對隧道內(nèi)部施工空間的局限性考慮，特長隧道在快速施工過程中所選用的機(jī)械設(shè)備在功能上應(yīng)彼此互補(bǔ)，在最大程度上杜絕“功能疊加”的情況發(fā)生，充分節(jié)省施工占地面積，結(jié)合隧道斷面形式和尺寸來選用適合的施工機(jī)械設(shè)備。

1.3?作業(yè)人員健康狀況及環(huán)保要求

應(yīng)考慮施工人員的健康情況，包括身體情況和精神狀態(tài)等。洞內(nèi)施工環(huán)境中的空氣成分要達(dá)標(biāo)，符合環(huán)保規(guī)范要求，對于因爆破產(chǎn)生的粉塵、有毒有害氣體以及噪音等，應(yīng)實(shí)時(shí)、嚴(yán)格監(jiān)測其具體含量，增加通風(fēng)措施。為保證洞內(nèi)施工人員的安全，當(dāng)洞內(nèi)污染物濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)撤出施工人員以保障其安全。綜上，機(jī)械選型配套應(yīng)考慮的因素如表1所示。

2?輔助洞機(jī)械配套施工方案（見圖1）

2.1?運(yùn)輸線開挖施工配套機(jī)械

通過對比以往國內(nèi)特長隧道的工程案例以及分析相關(guān)工程文獻(xiàn)可知，該類型隧道在快速施工中機(jī)械配套的合理性對于工程的質(zhì)量和工期而言具有直接的影響作用。國內(nèi)目前在特長隧道的快速施工中通常使用大型鑿巖車，例如TamRock三臂液壓式鑿巖車，并輔以正裝側(cè)卸式裝載機(jī)進(jìn)行裝渣，加上自卸式出渣車，共同構(gòu)成了開挖運(yùn)輸線。

當(dāng)特長隧道的斷面凈空較小、運(yùn)輸距離較長時(shí)，施工的路面上一般會(huì)伴有積水，此時(shí)TamRock鑿巖車具備一定的使用優(yōu)勢，施工效率很高，對于輔助洞內(nèi)的平行作業(yè)也能很好地處理。另外，TamRock鑿巖車可進(jìn)行改裝，用于找頂，亦可在車上安裝水泵，為錨桿供應(yīng)高壓水。對于裝渣機(jī)械來說，應(yīng)配備生產(chǎn)效率較高的裝渣機(jī)，如果以進(jìn)尺3.8 m且松方系數(shù)為1.6來計(jì)算，則每次循環(huán)石方大約為200 m3，考慮到調(diào)車和石渣塊等影響，一般來說施工中裝渣機(jī)的生產(chǎn)效率僅為50%～65%，在特長隧道的快速施工中，對這類機(jī)械成套設(shè)備的效率提出了更高的要求。國產(chǎn)裝渣機(jī)中，柳工ZL80C裝渣機(jī)無論是在裝渣速度方面還是在零部件的維修方面均具有一定的優(yōu)勢，能夠滿足各類特長隧道快速施工中對于裝渣速度的要求，其作業(yè)半徑為4.0 m左右，這種尺寸也適合輔助洞的施工。該類型機(jī)械設(shè)備的效率在70%以上，因此快速施工中的裝渣效果十分理想[3]。

鑒于輔助洞的斷面小且路面極不平整，應(yīng)首選能耗低、排煙少、施工半徑小、效率高的運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備。VOLVO公司研發(fā)的自卸式運(yùn)輸車在國內(nèi)的主要特長隧道的快速施工中較為常見，其重量大約為20 t左右，單次運(yùn)輸量高達(dá)8～10 m3，渦輪式發(fā)動(dòng)機(jī)可以很好地將機(jī)械內(nèi)部的熱量再次利用，既提高了運(yùn)輸機(jī)械的效率，又降低了廢氣等污染物的排放，而其7.3 m的作業(yè)半徑便于在輔助洞及IV類圍巖的開挖位置轉(zhuǎn)彎和錯(cuò)車[4]。

2.2?錨噴支護(hù)施工配套機(jī)械

為保證工程初期支護(hù)的質(zhì)量，錨噴支護(hù)應(yīng)使用較為先進(jìn)的噴射機(jī)械以及優(yōu)質(zhì)的錨桿，對混凝土的性能也有一定的要求，并輔以自動(dòng)化的配射裝置，選用國產(chǎn)的拌和機(jī)以及混凝土運(yùn)輸車。在巖爆區(qū)和富水區(qū)，應(yīng)使用新型納米施工材料，將硅粉、鋼纖維等原料按一定配比添加到混凝土中，配備出噴射混凝土。輔助洞施工可使用MEYCO型混凝土噴射機(jī)，該機(jī)械設(shè)備能夠噴射的骨料最大粒徑可達(dá)23 mm，噴射高度可達(dá)14 m，寬度可達(dá)20 m，噴射的面積約為250 m2，施工效率達(dá)到30 m3/h，配合國產(chǎn)的8 m3混凝土攪拌車便可實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴射施工，為輔助洞快速支護(hù)施工提供了保證[5]。

2.3?襯砌路面施工配套機(jī)械

當(dāng)前業(yè)內(nèi)廣泛使用的混凝土襯砌機(jī)械多為全斷面的襯砌臺(tái)車，屬自制軌行式、整體移動(dòng)式永久支護(hù)，該類型施工機(jī)械的車架與模板無法分離，具有操作簡單、施工可靠、后期維護(hù)量低等諸多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)輔助洞的圍巖成分較好且能達(dá)到墊層要求時(shí)，路面混凝土按正常工序施工即可。

2.4?輔助工序施工配套機(jī)械

（1）通風(fēng)系統(tǒng)

特長隧道的快速施工是以高效的成套施工機(jī)械設(shè)備作為基礎(chǔ)支撐，而這類高效的施工機(jī)械設(shè)備在應(yīng)用過程中又會(huì)帶來很多問題。例如在快速施工過程中產(chǎn)生大量有毒有害氣體和噪音，為此，特長隧道在快速施工過程中必定要考慮到通風(fēng)問題，這是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、安全施工的基礎(chǔ)保障。當(dāng)前國內(nèi)在特長隧道的快速施工中以巷道式射流通風(fēng)為主要技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了雙洞式隧道中橫通道的特點(diǎn)，良好地解決了長距離施工排煙、排風(fēng)等技術(shù)難題，包括數(shù)十臺(tái)射流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)用，配以先進(jìn)的螺旋風(fēng)管，使特長隧道的快速施工中輔助洞通風(fēng)的效果更為明顯。

（2）供排水系統(tǒng)

通過我國自主研發(fā)的大揚(yáng)程抽水機(jī)和80 mm口徑的鋼管組成供水管路，當(dāng)輔助洞為順坡施工時(shí)，可通過兩側(cè)自然坡排水。在仰拱和水溝等部位施工時(shí)，應(yīng)設(shè)置臨時(shí)集水坑用來排水，然后通過抽水機(jī)排水。如果施工現(xiàn)場水量較大，應(yīng)考慮使用超大功率的機(jī)械設(shè)備排水，為輔助洞施工提供良好的條件。若施工現(xiàn)場臨近江、河、湖、海等水系，可考慮在滿足環(huán)保要求的同時(shí)設(shè)置臨時(shí)排水溝，將水排至附近水系。

（3）供電系統(tǒng)

特長隧道快速施工所使用的成套機(jī)械設(shè)備一般功率較大，且作業(yè)時(shí)間較長，為滿足該類型隧道的快速施工，應(yīng)在施工區(qū)域附近架設(shè)臨時(shí)變壓器，向施工現(xiàn)場輸送6 kV、380 V等不同等級的電壓，保證快速施工設(shè)備不間斷使用。另外，應(yīng)配置雙路供電線路，互為主從和備用，當(dāng)其中一條線路故障時(shí)可自動(dòng)切換到另一條線路，維持特長隧道快速施工的不間斷進(jìn)行。還應(yīng)配備可移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)，以供隧道內(nèi)部照明設(shè)備或其他臨時(shí)性、低電壓等級設(shè)備來使用。供電系統(tǒng)常用的成套機(jī)械設(shè)備如表2所示。

3?結(jié)語

特長隧道工程一般工期較長，因此，在保證工程質(zhì)量的前提下快速施工已成為必然趨勢。快速施工應(yīng)以提高隧道工程各環(huán)節(jié)的施工效率為基礎(chǔ)，包括運(yùn)輸線開挖、錨噴支護(hù)、襯砌路面等各工序，因此，本文詳細(xì)研究了這些施工工序的機(jī)械配套方案，目的是從根本上提高各施工環(huán)節(jié)的效率，進(jìn)而為特長隧道工程的整體施工工期提供保障。

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