特長隧道快速施工中的機械配套方案與優(yōu)化

覃建華

特長隧道的快速施工對機械設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，機械設備的配套方案決定了特長隧道快速施工的成效。文章分析了機械設備選型、配套應考慮的因素，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械配套方案進行了研究，重點討論了運輸線開挖、錨噴支護、襯砌路面和輔助工序等施工機械配套方案。

特長隧道;快速施工;機械配套;方案

U455.3-A-31-106-3

0?引言

隨著我國隧道施工技術的不斷發(fā)展，長距離、高海拔等復雜地質結構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里程，為各地區(qū)的經濟發(fā)展提供了有力支撐。研究特長隧道快速施工的機械配套方案對于保證隧道的施工工期和質量具有一定意義[1]。

1?機械選型配套應考慮的因素

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度和工序具有直接影響，在施工前應對施工環(huán)境的地質條件進行詳細勘測，獲取可靠、準確的地質結構信息，經過反復論證，考慮諸多在施工中可能存在的情況及其他不確定危險因素，然后制定出合理、可行的施工方案，并經過該領域專家團隊審核后通過，方可進行施工。因此，應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，一般采用機械化程度較高的施工設備來進行施工，可提高施工效率，縮短工期進度，應首選性能好、效率高、質量優(yōu)的施工機械設備，使這些施工機械設備在數(shù)量和功能上彼此匹配，達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，對于機械化設備的效率、施工質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，大型的成套機械施工設備較為適用，施工成本相對較經濟。出于對隧道內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械設備在功能上應彼此互補，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，結合隧道斷面形式和尺寸來選用適合的施工機械設備。

1.3?作業(yè)人員健康狀況及環(huán)保要求

應考慮施工人員的健康情況，包括身體情況和精神狀態(tài)等。洞內施工環(huán)境中的空氣成分要達標，符合環(huán)保規(guī)范要求，對于因爆破產生的粉塵、有毒有害氣體以及噪音等，應實時、嚴格監(jiān)測其具體含量，增加通風措施。為保證洞內施工人員的安全，當洞內污染物濃度超標時，應及時撤出施工人員以保障其安全。綜上，機械選型配套應考慮的因素如表1所示。

2?輔助洞機械配套施工方案（見圖1）

2.1?運輸線開挖施工配套機械

通過對比以往國內特長隧道的工程案例以及分析相關工程文獻可知，該類型隧道在快速施工中機械配套的合理性對于工程的質量和工期而言具有直接的影響作用。國內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，并輔以正裝側卸式裝載機進行裝渣，加上自卸式出渣車，共同構成了開挖運輸線。

當特長隧道的斷面凈空較小、運輸距離較長時，施工的路面上一般會伴有積水，此時TamRock鑿巖車具備一定的使用優(yōu)勢，施工效率很高，對于輔助洞內的平行作業(yè)也能很好地處理。另外，TamRock鑿巖車可進行改裝，用于找頂，亦可在車上安裝水泵，為錨桿供應高壓水。對于裝渣機械來說，應配備生產效率較高的裝渣機，如果以進尺3.8 m且松方系數(shù)為1.6來計算，則每次循環(huán)石方大約為200 m3，考慮到調車和石渣塊等影響，一般來說施工中裝渣機的生產效率僅為50%～65%，在特長隧道的快速施工中，對這類機械成套設備的效率提出了更高的要求。國產裝渣機中，柳工ZL80C裝渣機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。該類型機械設備的效率在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，應首選能耗低、排煙少、施工半徑小、效率高的運輸機械設備。VOLVO公司研發(fā)的自卸式運輸車在國內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，單次運輸量高達8～10 m3，渦輪式發(fā)動機可以很好地將機械內部的熱量再次利用，既提高了運輸機械的效率，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彎和錯車[4]。

2.2?錨噴支護施工配套機械

為保證工程初期支護的質量，錨噴支護應使用較為先進的噴射機械以及優(yōu)質的錨桿，對混凝土的性能也有一定的要求，并輔以自動化的配射裝置，選用國產的拌和機以及混凝土運輸車。在巖爆區(qū)和富水區(qū)，應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，該機械設備能夠噴射的骨料最大粒徑可達23 mm，噴射高度可達14 m，寬度可達20 m，噴射的面積約為250 m2，施工效率達到30 m3/h，配合國產的8 m3混凝土攪拌車便可實現(xiàn)連續(xù)噴射施工，為輔助洞快速支護施工提供了保證[5]。

2.3?襯砌路面施工配套機械

當前業(yè)內廣泛使用的混凝土襯砌機械多為全斷面的襯砌臺車，屬自制軌行式、整體移動式永久支護，該類型施工機械的車架與模板無法分離，具有操作簡單、施工可靠、后期維護量低等諸多優(yōu)點。當輔助洞的圍巖成分較好且能達到墊層要求時，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械

（1）通風系統(tǒng)

特長隧道的快速施工是以高效的成套施工機械設備作為基礎支撐，而這類高效的施工機械設備在應用過程中又會帶來很多問題。例如在快速施工過程中產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問題，這是實現(xiàn)優(yōu)質、高效、安全施工的基礎保障。當前國內在特長隧道的快速施工中以巷道式射流通風為主要技術，該技術結合了雙洞式隧道中橫通道的特點，良好地解決了長距離施工排煙、排風等技術難題，包括數(shù)十臺射流風機和軸流風機的運用，配以先進的螺旋風管，使特長隧道的快速施工中輔助洞通風的效果更為明顯。

（2）供排水系統(tǒng)

通過我國自主研發(fā)的大揚程抽水機和80 mm口徑的鋼管組成供水管路，當輔助洞為順坡施工時，可通過兩側自然坡排水。在仰拱和水溝等部位施工時，應設置臨時集水坑用來排水，然后通過抽水機排水。如果施工現(xiàn)場水量較大，應考慮使用超大功率的機械設備排水，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)保要求的同時設置臨時排水溝，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械設備一般功率較大，且作業(yè)時間較長，為滿足該類型隧道的快速施工，應在施工區(qū)域附近架設臨時變壓器，向施工現(xiàn)場輸送6 kV、380 V等不同等級的電壓，保證快速施工設備不間斷使用。另外，應配置雙路供電線路，互為主從和備用，當其中一條線路故障時可自動切換到另一條線路，維持特長隧道快速施工的不間斷進行。還應配備可移動式柴油發(fā)電機，以供隧道內部照明設備或其他臨時性、低電壓等級設備來使用。供電系統(tǒng)常用的成套機械設備如表2所示。

3?結語

特長隧道工程一般工期較長，因此，在保證工程質量的前提下快速施工已成為必然趨勢?？焖偈┕蕴岣咚淼拦こ谈鳝h(huán)節(jié)的施工效率為基礎，包括運輸線開挖、錨噴支護、襯砌路面等各工序，因此，本文詳細研究了這些施工工序的機械配套方案，目的是從根本上提高各施工環(huán)節(jié)的效率，進而為特長隧道工程的整體施工工期提供保障。

參考文獻：

[1]薛?君，郝純宗，譚忠盛.特長公路隧道機械化配套快速施工技術研究[J].建筑工程技術與設計，2018（16）：2 970-2 972.

[2]汪思海. 單線長達隧道有軌運輸機械設備配套選型及其應用[J]. 鐵道標準設計，2005（5）：95-97.

[3]萬姜林，李檜祥，時圣文，等.單線鐵路長隧道機械化配套與快速施工技術[J]. 中國鐵道科學，2002，23（3）：108-114.

[4]謝遵黨，David J. Reddish. 世界深埋長隧洞建設中的問題及應對措施[J]. 人民黃河，2004，26（10）：37-39.

[5]鄧清平. 重慶臨江門車站隧道施工技術綜述[J]. 隧道建設，2004，24（2）：36-39.