高速公路特長(zhǎng)隧道施工機(jī)械配套技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

摘 要：以某高速公路隧道施工項(xiàng)目為實(shí)例，分析了設(shè)備選型配套基本原則和考慮因素，探討了主要施工工藝機(jī)械設(shè)備配套，最后對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大隧道；機(jī)械化配套；經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

隧道的快速施工，主要是體現(xiàn)在幵挖、出渣等工序上，合理的機(jī)械化配套施工提高了以上這些工序的效率即解決了快速施工的難題。論文對(duì)高速公路特長(zhǎng)雖大施工機(jī)械配套技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性對(duì)比進(jìn)行了分析，為以后隧道的機(jī)械化施工提供參考。

1工程背景

L高速公路隧道為特長(zhǎng)分離式雙洞，左線3424m、右線3367m。左洞進(jìn)口樁號(hào)為ZK46+416，左洞出口樁號(hào)為ZK49+840，位于緩和曲線上，縱坡采用+2.4%的單向上坡；右洞進(jìn)口樁號(hào)為K46+453，位于R=3350 m的圓線上，右洞出口柱號(hào)為K49+820，位于緩和曲線上，縱坡采用+2.4%的單向上坡。

2設(shè)備選型配套基本原則和考慮因素

2.1設(shè)備選型配套基本原則

（1）L隧道機(jī)械配套方案，應(yīng)滿足施工組織及進(jìn)度要求，以挖、裝、運(yùn)為主線，按照地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、開(kāi)挖、裝渣、運(yùn)輸、噴錨、支護(hù)、襯砌、通風(fēng)、防排水等工序配置

機(jī)械設(shè)備，形成各工序機(jī)械化流水生產(chǎn)作業(yè)線。

（2）機(jī)械配套上保證設(shè)備的技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性。具體從生產(chǎn)效率、可操作性、安全性、耐用性、維修性、能耗水平、價(jià)格、廠家信譽(yù)、售后服務(wù)等方面綜合考慮。嚴(yán)禁選擇技術(shù)陳舊、性能落后，能耗大或淘汰產(chǎn)品。

（3）設(shè)備選型配套時(shí)，要考慮其通用性，既可在巖山隧道工程中使用又可在其他相關(guān)工程中使用，以降低設(shè)備的購(gòu)置成本和運(yùn)行成本。

（4）設(shè)備選型配套時(shí)，對(duì)工序中同一用途的多臺(tái)設(shè)備盡量在規(guī)格、型號(hào)，廠家上統(tǒng)一，有利于設(shè)備的維修保養(yǎng)、配件儲(chǔ)備和使用管理。

（5）設(shè)備選型配套時(shí)，對(duì)中小型設(shè)備可留有一定數(shù)量的備用，這樣既可以及時(shí)替換故障設(shè)備，又可以對(duì)設(shè)備能力不足的環(huán)節(jié)作必要的補(bǔ)充。

（6）設(shè)備選型配套時(shí)，要立足于自己的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和企業(yè)效益，在補(bǔ)充新購(gòu)設(shè)備的同時(shí)也要發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的作用，及時(shí)在單位內(nèi)部進(jìn)行調(diào)劑。

2.2設(shè)備選型配套考慮因素

（1）工期要求

一般情況下，施工機(jī)械化程度越高，生產(chǎn)效率就越高，施工進(jìn)度也越快，因此工期要求緊時(shí)，應(yīng)選擇性能好、產(chǎn)量高的設(shè)備，且數(shù)量要能滿足要求，各種設(shè)備之間互相匹配，防止降高就低，瓶頸制約，造成部分設(shè)備生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮。L隧道要求必須在42個(gè)月內(nèi)貫通，其中平導(dǎo)和2#斜井對(duì)打段施工線路長(zhǎng)9135米（其中輔助導(dǎo)坑長(zhǎng)3875m，正洞長(zhǎng)5260m），為關(guān)鍵線路，工期壓力極大，機(jī)械設(shè)備配備的型號(hào)和數(shù)量必須滿足此要求。

（2）施工方案

隧道通風(fēng)以壓入式通風(fēng)為主，配備大型通風(fēng)設(shè)備；反坡施工排水配備大功率排水設(shè)備，防范突水風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)備配套主要以無(wú)軌運(yùn)輸正洞全斷面和臺(tái)階法二種施工方法為主要研究?jī)?nèi)容。重點(diǎn)解決超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、開(kāi)挖、支護(hù)、裝渣與運(yùn)輸、防水板鋪設(shè)與二次襯砌機(jī)械化施工等作業(yè)線對(duì)設(shè)備配套進(jìn)行了試驗(yàn)、研究、配置與實(shí)施。

3主要施工工藝機(jī)械設(shè)備配套

3.1開(kāi)挖作業(yè)

（1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

L 隧道共有22條斷層、4個(gè)向斜、1個(gè)背斜，并兩次下穿寨蒿河，斷層帶物質(zhì)較雜，巖體破碎，圍巖穩(wěn)定性差；地表溝溪縱橫發(fā)育，溝內(nèi)常年有水，裂隙發(fā)育，除地質(zhì)素描、加深炮眼、TSP外，在地質(zhì)復(fù)雜及對(duì)設(shè)計(jì)地質(zhì)疑惑段應(yīng)配置超前鉆機(jī)對(duì)前方圍巖進(jìn)行判斷。目前國(guó)內(nèi)隧道施工中比較常見(jiàn)的30米鉆孔都是采用MK5鉆機(jī)為主，該超前水平鉆所占用的工序時(shí)間較長(zhǎng)，達(dá)到10個(gè)小時(shí)以，為提高工程進(jìn)度，巖山隧道采用國(guó)際先進(jìn)鉆孔設(shè)備C6水平超前鉆機(jī)，進(jìn)行超前鉆孔（同時(shí)兼掏榕中空眼）。

（2）鉆孔

L隧道分進(jìn)口、平導(dǎo)、1#斜井、2#斜井、3#斜井及橫洞等六個(gè)工作面施工，根據(jù)地質(zhì)情況采取全斷面、上下臺(tái)階、CD法、CRD法等施工方法，每個(gè)工作面配備一臺(tái)多功能作業(yè)臺(tái)車及12-25臺(tái)YT28風(fēng)鉆。

（3）爆破

在傳統(tǒng)的光面爆破基礎(chǔ)上，L隧道試驗(yàn)段采用了巖石定向斷裂爆破技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)采用特殊方式，在周邊炮孔之間的連線方向上首先形成初始裂紋，為炮孔爆破裂紋的形成定向，而后初始定向裂紋在炮孔內(nèi)爆炸荷載作用下擴(kuò)展，形成孔間貫通裂紋，從而達(dá)到提高周邊光面爆破效果的目的。根據(jù)炮孔壁上初始裂紋形成機(jī)制和方式的不同，巖石定向斷裂爆破大體上分為三類，即切槽孔巖石定向斷裂爆破、聚能藥包巖石定向斷裂爆破和切縫藥包巖石定向斷裂爆破。在巖山隧道施工中，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐應(yīng)用表明，切縫藥包爆破技術(shù)爆破效果良好，且具有裝藥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、施工快速等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)，易于推廣應(yīng)用。

（4）通風(fēng)

高壓風(fēng)：L隧道全部采用電動(dòng)移動(dòng)式空壓機(jī)，有美國(guó)壽力27.2m3/min和無(wú)錫20m3/min兩種。風(fēng)槍、風(fēng)鎬、混凝土噴射機(jī)等風(fēng)動(dòng)機(jī)具（機(jī)械）的動(dòng)力用風(fēng)選用150mm的無(wú)縫高壓鋼風(fēng)管。

高壓電：施工前期采用自發(fā)電（康明斯300kw、 400kw）+農(nóng)網(wǎng)供電，后期采用專為高速鐵路架設(shè)的35kv電力干線下載至洞口附近，設(shè)S11-500/10、S9-315/35、S9-400/35、 S9-800/35變壓器供施工用電，為保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)考慮高壓進(jìn)洞。

施工通風(fēng)：施工前期采用壓入式通風(fēng)，選用山西鑫豐康SDF （C） -N012.5或天津2*110kW通風(fēng)機(jī)，150cm軟風(fēng)管。待有工作面貫通后，自一個(gè)口壓入，另一個(gè)口抽出混合通風(fēng)方式。

3.2 出渣作業(yè)

在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，裝渣運(yùn)輸作業(yè)在一定條件下將是影響掘進(jìn)速度的一個(gè)重要因素。全隧共棄碴234.8萬(wàn)方（實(shí)方），其中進(jìn)口棄磁36.5萬(wàn)方，用于站場(chǎng)填方，平導(dǎo)工區(qū)棄碴42萬(wàn)方，其中10萬(wàn)方棄磴于DK217+500前進(jìn)方向左側(cè)730in，剩余32萬(wàn)方用于站場(chǎng)填方；二號(hào)斜井工區(qū)棄碴37.5萬(wàn)方，棄碴于DK228+650前進(jìn)方向右側(cè)1550m；三號(hào)斜井工區(qū)棄碴31.2萬(wàn)方，棄磁于DK230+500前進(jìn)方向右側(cè)1450m，橫洞工區(qū)棄碴48.6萬(wàn)方，棄碴于DK233+150前進(jìn)方向左側(cè)500m。出碴運(yùn)距一般1500m以上，裝載機(jī)采用WA470、柳工856型裝載機(jī)，正洞每工點(diǎn)配置2臺(tái)，根據(jù)運(yùn)距長(zhǎng)短每工點(diǎn)配6？8臺(tái)北方奔馳ND3253B34自卸汽車。

輔助坑洞因斷面受限，采用五局自行研制LDWZ200履帶式挖裝機(jī)（仿德國(guó)TCL挖裝機(jī)）進(jìn)行輔助坑道出磴，正常情況下實(shí)際出碴量超過(guò)60m3/h，解決了長(zhǎng)大隧道輔助導(dǎo)坑施工設(shè)備配置，旦電動(dòng)式減少了洞內(nèi)空氣污染。

4 掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)備經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

4.1開(kāi)挖中機(jī)械設(shè)備的選擇

該隧道采用鉆爆法施工。一般的開(kāi)挖方式有兩種：人工臺(tái)車開(kāi)挖和多臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖。施工前期每個(gè)工作面配備的是兩臺(tái)多功能作業(yè)臺(tái)車及12-25臺(tái)YT28風(fēng)鉆。后期不斷完善中購(gòu)入了多臂鑿巖臺(tái)車。

4.2每循環(huán)出渣量

（1）

在該式子中：S取平導(dǎo)正洞掘進(jìn)斷面面積為131.03m2； Ke為松散系數(shù)，取1.4；L為開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)遲，多臂鑿巖臺(tái)車為4.5左右，而人工開(kāi)挖在3.4左右。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得：多臂鑿巖臺(tái)車的開(kāi)挖V為825.5 2m3，人工幵挖的V為623.7m3。在每個(gè)循環(huán)出渣量上，多臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工開(kāi)挖的，這樣就提高了施工進(jìn)度，間接的影響了經(jīng)濟(jì)效益。

4.3經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比

在這里，以L隧道平導(dǎo)正洞III級(jí)圍巖為例。僅對(duì)配置人員和設(shè)備不同之處進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比，對(duì)照明、高壓供水、炸藥用量等不予比較。我們按普通工人人工費(fèi)200/天、機(jī)車操作維修人員250/天來(lái)計(jì)算。根據(jù)巖山隧道機(jī)械配套施工進(jìn)度表所供的資料可知，組織機(jī)械配套施工前后的月進(jìn)度分別為120m和220m。

按照每天24小時(shí)三班倒，運(yùn)用多臂臺(tái)車機(jī)械開(kāi)挖每月需支付的人工費(fèi)用為：（60006+750022）3=603000元，即2741元/m。運(yùn)用人工臺(tái)車開(kāi)挖每月需支付人工費(fèi)為：

（600028+750012）3=774000，即6450元/m。可得多臂臺(tái)車比人工臺(tái)車開(kāi)挖要節(jié)約3709元/m。一個(gè)含III級(jí)圍巖為1Km的隧道僅僅開(kāi)挖人工費(fèi)這一項(xiàng)即可節(jié)約371萬(wàn)。

顯而易見(jiàn)多臂臺(tái)車開(kāi)挖比人工臺(tái)車開(kāi)挖不單單在人工成本上具有優(yōu)勢(shì)、更具有絕對(duì)速度優(yōu)勢(shì)，從而演變成經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。多臂臺(tái)車的優(yōu)勢(shì)不單單表現(xiàn)在能加快施工速度、減少成本費(fèi)用上，其本身的一機(jī)多用性，也應(yīng)用在了快速完成注裝孔、超前導(dǎo)管等方面，更為不良地段的處治提供了有力的保障。

5結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用先進(jìn)的大型機(jī)械，合理的機(jī)械配套設(shè)備施工，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，施工的人工成本較之以前大大的減少；由于很多大型機(jī)械設(shè)備是程序化作業(yè)，比人工作業(yè)質(zhì)量高，提高了隧道施工的質(zhì)量。

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