隧道標(biāo)準(zhǔn)化施工中機(jī)械設(shè)備的合理配置

盧 瑩

（甘肅路橋第四公路工程有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

為實現(xiàn)隧道工程的高效率作業(yè)，需要在施工過程中使用機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)場進(jìn)行輔助，通過對施工機(jī)械設(shè)備的科學(xué)、合理與優(yōu)化配置，實現(xiàn)對隧道工程施工作業(yè)水平的同步提升[1]。在配置施工作業(yè)機(jī)械時，應(yīng)全面考慮工程的特點、施工作業(yè)環(huán)境地質(zhì)，根據(jù)多方面因素確定可行性施工方案。在此基礎(chǔ)上，考慮工程施工作業(yè)工期要求、經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，只有滿足多方面的配置需求，才能確保工程項目的標(biāo)準(zhǔn)化施工。

1 隧道標(biāo)準(zhǔn)化施工中機(jī)械設(shè)備配置原則

為了確保對隧道施工機(jī)械配置的可行性，需要明確此項工作在實施中，應(yīng)遵循下述四個方面的原則：

其一為適用性原則。根據(jù)施工作業(yè)條件與現(xiàn)場環(huán)境，要確保所選的工程機(jī)械的運行與作業(yè)可以滿足地質(zhì)方面要求，可以按照標(biāo)準(zhǔn)與需求，規(guī)范化作業(yè)。同時，應(yīng)考慮到部分設(shè)備在使用中可能存在不適應(yīng)隧道作業(yè)環(huán)境的問題。例如，在監(jiān)控機(jī)械設(shè)備運行時，由于隧道信號傳輸能力較差，會導(dǎo)致機(jī)械運行故障無法及時被感知[2]。因此，需要在進(jìn)行機(jī)械配置前，對其適用性與有效使用環(huán)境進(jìn)行分析。

其二為可靠性原則。在選擇機(jī)械作業(yè)設(shè)備時，要全面考慮設(shè)備作業(yè)的連續(xù)性，由于隧道施工作業(yè)環(huán)境較為特殊，一旦某個環(huán)節(jié)或某個作業(yè)點出現(xiàn)故障或異常，全線將出現(xiàn)停工問題。加之部分隧道工程的施工作業(yè)環(huán)境又較為惡劣，當(dāng)環(huán)境濕度較大時，又極易出現(xiàn)水氣進(jìn)入機(jī)械螺栓，從而出現(xiàn)細(xì)部結(jié)構(gòu)被腐蝕的現(xiàn)象[3]。因此，需要在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的配置與選型時，對設(shè)備中易出現(xiàn)故障的結(jié)構(gòu)進(jìn)行備件，確保機(jī)械一旦出現(xiàn)運行故障時，備用構(gòu)件可以及時替換，避免對工程施工的連續(xù)性造成影響。

其三為經(jīng)濟(jì)性原則。在保證隧道工程在預(yù)計工期內(nèi)順利完成施工的前提下，施工方首要考慮的因素是如何在保證機(jī)械設(shè)備使用率提升的同時，降低機(jī)械使用成本。因此，需要在配置施工機(jī)械時，分析不同類型的機(jī)械使用所需成本、養(yǎng)護(hù)與維修所需成本[4]。但基于施工方產(chǎn)值層面分析，應(yīng)盡量降低施工機(jī)械所需成本，以此為施工方創(chuàng)造更高的收益。但基于人均利潤與單位時間層面考慮，需要在施工中保證配備機(jī)械的充足性。為了滿足不同參與方的利益需求，應(yīng)選擇一個利益均衡點，優(yōu)選低成本、高效益的機(jī)械設(shè)備作為施工主要設(shè)備，通過此種方式，保證在滿足施工方收益的同時，提升工程施工作業(yè)效率。

其四為先進(jìn)性原則。在進(jìn)行隧道工程施工機(jī)械的合理化配置時，不僅要考慮工期、作業(yè)環(huán)境等因素，還應(yīng)從先進(jìn)性角度著手，采用引進(jìn)現(xiàn)代化技術(shù)集成機(jī)械設(shè)備的方式，提升機(jī)械設(shè)備的輔助作業(yè)水平，保證工程項目在施工中有所突破。

2 隧道標(biāo)準(zhǔn)化施工中機(jī)械設(shè)備配置

2.1 分部開挖法機(jī)械設(shè)備配置

在開展隧道標(biāo)準(zhǔn)化施工過程中，分部開挖法又可以劃分為環(huán)型結(jié)構(gòu)開挖預(yù)留核心土施工方法、單側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法以及中洞法等。針對不同的開挖方式，其具體施工內(nèi)容也存在較大差異[5]。以環(huán)型結(jié)構(gòu)開挖預(yù)留核心土施工方法為例，在具體施工時，應(yīng)當(dāng)確保核心土的面積超過整個斷層面積的一半，通常開挖進(jìn)尺參數(shù)在0.5～1.0m范圍內(nèi)。在應(yīng)用這一開挖法施工時不需要為其配備特殊的施工設(shè)備，因此具備了施工簡單的特點。圖1為分部開挖法中環(huán)型結(jié)構(gòu)開挖預(yù)留核心土施工方法的橫縱斷面開挖示意圖。

圖1 分部開挖法中環(huán)型結(jié)構(gòu)開挖預(yù)留核心土施工方法的橫縱斷面開挖示意圖

圖1中（a）為橫斷面開挖示意圖；圖1（b）為縱斷面開挖示意圖。圖1中①～③分別代表開挖的順序。由于隧道標(biāo)準(zhǔn)化施工項目是一個綜合性較強(qiáng)的施工任務(wù)，并且在每個階段工序都不同，因此為其配備的機(jī)械設(shè)備也不同[6]。從實際角度出發(fā)，在結(jié)合施工單位實際施工條件以及施工項目建設(shè)需要的情況下，為確保設(shè)備利用最大化，使用成本最小化，在施工時結(jié)合施工具體順序以及施工需要對設(shè)備的配置方案如下：選用兩臺小型挖掘機(jī)設(shè)備，并為其配備兩名施工人員完成開挖和出渣施工；選用兩臺小型裝載設(shè)備，并為其配備兩名施工人員完成出渣施工；選用五個液壓鉆，配備五名施工人員完成鉆孔施工；選用兩臺小型濕噴機(jī)，配備四名施工人員完成初期支護(hù)施工；選用微型高壓注漿機(jī)，配備四名施工人員完成注漿施工；選用兩臺自卸車，配備兩名駕駛?cè)藛T完成運輸工作；選用兩臺砼運輸車，配備兩名駕駛?cè)藛T完成砼運輸。在上述機(jī)械設(shè)備配置的基礎(chǔ)上，確定部分開挖法的機(jī)械化施工流程為：開挖→出渣→堆料、上料→裝車→拱架搭建→錨噴支護(hù)[7]。在實際施工過程中，針對上述選擇的小型挖掘機(jī)設(shè)備，應(yīng)當(dāng)為其加裝機(jī)械手臂，方便施工操作。同時，選擇規(guī)格在2.7～3.0t范圍內(nèi)的小型挖掘機(jī)能夠更容易使用通用的運輸車輛實現(xiàn)轉(zhuǎn)場，為施工提供便利條件。液壓泵整體結(jié)構(gòu)相對簡單且質(zhì)量輕，因此，能夠有效減輕鉆孔施工的工作強(qiáng)度，進(jìn)而促進(jìn)施工效率提升。

2.2 臺階開挖法機(jī)械設(shè)備配置

臺階開挖法根據(jù)其臺階長度的不同，可將其細(xì)致劃分為三種不同類型，分別為長臺階、短臺階和微臺階。三種臺階開挖法的適用范圍不同，其中長臺階開挖法適用范圍最廣，短臺階開挖法更適用于地質(zhì)條件相對較差的圍巖施工環(huán)境中，微臺階開挖法是全斷面開挖的另一種形式，通常其臺階的長度在3～5m范圍內(nèi)[8]。圖2為臺階開挖法三種類型開挖示意圖。

圖2 臺階開挖法三種類型開挖示意圖

結(jié)合三種臺階開挖法的開挖方式，在配置機(jī)械設(shè)備時，同樣結(jié)合其施工工序，綜合施工需要給出如下配置方案：選用兩臺挖掘機(jī)，配備兩名施工人員完成開挖和出渣施工；選用兩臺側(cè)翻土裝載機(jī)，配備兩名施工人員完成出渣施工；選用十個液壓鉆，配備十名施工人員完成鉆孔施工；選用四臺高壓注漿機(jī)，配備四名施工人員完成注漿施工；選用一組移動式混凝土噴射機(jī)組，配備兩名施工人員為完成排險和初期支護(hù)施工；選用兩臺多功能臺車，配備十名施工人員完成排險和裝藥；選用四臺自卸車，配備四名運輸人員完成運輸；選用三臺砼運輸車，配備三名駕駛?cè)藛T完成砼運輸；選用兩臺二襯臺車，配備十名施工人員完成二襯施工；選用兩臺高壓風(fēng)機(jī)，配備兩名駕駛?cè)藛T完成施工通風(fēng)。根據(jù)上述選配的機(jī)械設(shè)備，確定臺階開挖法隧道標(biāo)準(zhǔn)化施工的流程為：止水注漿處理→布孔與鉆孔施工→裝藥、爆破→通風(fēng)處理→排險、出渣→排險、施工現(xiàn)場找平→拱架搭建→錨噴支護(hù)施工→二襯施工。在對施工中選用的移動式混凝土噴射機(jī)組進(jìn)行選擇時，應(yīng)當(dāng)選用噴射高度超過16m，噴射寬度超過14m的機(jī)組設(shè)備。正常情況下，要求噴射機(jī)組每小時需要完成20方及以上的混凝土噴射，最大方量為32方/h。

3 對比分析

為證明設(shè)計的機(jī)械配置方法具有一定合理性，應(yīng)在完成上述設(shè)計后，選擇某隧道工程項目作為實例，以對比試驗的方式，證明此次設(shè)計成果具有實際應(yīng)用中的可行性。

本次所選的工程項目為某地區(qū)由政府出資投入建設(shè)的公路隧道工程，根據(jù)施工方設(shè)計的施工方案可知，此工程項目具有工序少、一次成型、有效作業(yè)空間大等特點。

對比試驗中，先使用本文設(shè)計的機(jī)械設(shè)備配置方法，對不同施工階段所需的輔助作業(yè)設(shè)備進(jìn)行配置，再使用傳統(tǒng)的配置方法，按照相同步驟，對作業(yè)設(shè)備進(jìn)行配置。對配置的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行描述，見表1。

表1 某公路隧道工程項目機(jī)械配置方案

將不同機(jī)械設(shè)備的利用率作為指標(biāo)，根據(jù)工程施工作業(yè)需求，計算不同施工階段中機(jī)械設(shè)備的利用率，并提出利用率越高，證明配置方案越合理。機(jī)械設(shè)備利用率計算公式如下：

式中：S代表機(jī)械設(shè)備利用率（%）；1s代表機(jī)械每天實際開機(jī)運行時間（h）；s2機(jī)械每天預(yù)期開機(jī)運行時間（h）。按照本文配置方法與傳統(tǒng)配置方法分別進(jìn)行施工，計算不同設(shè)備在實際作業(yè)中的利用率，將其繪制成折線圖，見圖3。

圖3 不同設(shè)備在隧道工程施工作業(yè)中的利用率

從圖3中看出，按照本文方法配置后機(jī)械設(shè)備的利用率>按照傳統(tǒng)方法配置后機(jī)械設(shè)備的利用率。且本文配置方法中機(jī)械設(shè)備的有效利用率基本穩(wěn)定在90.0%～100.0%之間，說明此次研究設(shè)計的方法，相比傳統(tǒng)方法而言，具有更高的合理性。

4 結(jié)語

本文以某隧道工程項目為例，設(shè)計了施工中機(jī)械設(shè)備合理化配置方法。對比試驗結(jié)果表明，本文配置方法中機(jī)械設(shè)備的有效利用率基本穩(wěn)定在90.0%～100.0%之間，說明此次研究設(shè)計的方法可行性更高，可以滿足隧道工程高效率施工作業(yè)需求。