山嶺隧道施工機(jī)械配套技術(shù)分析

摘要 文章首先介紹了隧道施工機(jī)械的配置原則，接著闡述了配套必須注意解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題和機(jī)械配套原則，最后文章介紹了隧道施工常用機(jī)械。

關(guān)鍵詞 山嶺隧道；施工機(jī)械；配套技術(shù)

我國(guó)山嶺隧道機(jī)械化施工經(jīng)歷了小型設(shè)備鉆爆法施工、大型無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備鉆爆法施工和非鉆爆法施Z23個(gè)階段，從部分機(jī)械化作業(yè)并逐步走上綜合機(jī)械化配套的發(fā)展過(guò)程。從人工開(kāi)挖到TBM的使用，我國(guó)目前隧道機(jī)械化施工的綜合水平與上世紀(jì)50年代相比已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

一，隧道施工機(jī)械的配置原則

生產(chǎn)性。指各單機(jī)組合配套后形成的生產(chǎn)作業(yè)線(xiàn)所具備的綜合性能和生產(chǎn)能力。隧道施工機(jī)械設(shè)備的選型配套，應(yīng)從機(jī)械配套后的整體能力入手，實(shí)現(xiàn)各單機(jī)的機(jī)械性能與整體生產(chǎn)能力相匹配，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又合理的最佳組合。可靠性。要求各單機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中穩(wěn)定地保持其良好的技術(shù)性能，可靠地在規(guī)定時(shí)間和作業(yè)條件下完成工期所要求的額定功率。安全性。一是機(jī)械本身的安全運(yùn)轉(zhuǎn)功能，二是機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)操作人員和周?chē)┕と藛T的安全保障，機(jī)械上應(yīng)裝備各類(lèi)防護(hù)設(shè)備。耐久性。配套機(jī)組中的各單機(jī)應(yīng)經(jīng)久耐用，技術(shù)壽命應(yīng)相互匹配。維修性。便于檢查維修和保養(yǎng)，利于配件采購(gòu)和儲(chǔ)備。經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)優(yōu)先選用經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能型設(shè)備，要結(jié)合國(guó)情、盡量面向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。配套的設(shè)備應(yīng)與隧道本身的地位和投資能力相適應(yīng)。適應(yīng)性。能適應(yīng)多種地質(zhì)條件下不同的施工方法，能滿(mǎn)足輔助工法的施工需要。

二，配套必須注意解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

施工進(jìn)度既取決于機(jī)械化程度的高低和配套設(shè)備的生產(chǎn)能力，更取決于機(jī)械設(shè)備的管理。最大限度地提高操作人員、維修人員和管理人員的素質(zhì)，真正做到作業(yè)規(guī)范化、保養(yǎng)制度化、維修標(biāo)準(zhǔn)化，才能有效地將設(shè)備的故障停機(jī)率降到最低限度，保證施工生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

解決好零配件與整機(jī)的壽命匹配問(wèn)題，要有一定的預(yù)見(jiàn)性、足夠的配件儲(chǔ)備。解決好施工機(jī)械設(shè)備與土木技術(shù)的配套銜接，有軌運(yùn)輸大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)洞，必須鋪設(shè)與之相適應(yīng)的運(yùn)輸軌道。洞內(nèi)調(diào)車(chē)軌線(xiàn)合理布置，這樣有利于運(yùn)輸避讓?zhuān)?jié)省會(huì)車(chē)調(diào)車(chē)時(shí)間。

應(yīng)將洞內(nèi)通風(fēng)防塵和防排水機(jī)械納入機(jī)械化配套中去，有軌運(yùn)輸隧道施工中粉塵和有害氣體的來(lái)源主要是爆破產(chǎn)生的有害氣體、噴射砼作業(yè)產(chǎn)生的粉塵。認(rèn)真解決好無(wú)平導(dǎo)獨(dú)頭施工，解決好掌子面開(kāi)挖與抑拱檢底平行作業(yè)的問(wèn)題。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和工程需要準(zhǔn)確地調(diào)整好三條作業(yè)線(xiàn)工序和合理間距，盡可能減少施工各環(huán)節(jié)的相互干擾。

三，機(jī)械配套原則

隧道施工設(shè)備的配套首先要滿(mǎn)足施工合同所要求的工期、安全、質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等，還應(yīng)考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件。技術(shù)條件包括工作量、工作效率、能源消耗、勞力資源、易操作性、通用性、耐久性、靈活性、維修的難易性。經(jīng)濟(jì)性包括購(gòu)置費(fèi)、使用率、工作效率、各種消耗和工期要求與合理的施工進(jìn)度等。具體配套原則如下：應(yīng)與施工方法相配套，與施工組織要求的進(jìn)度目標(biāo)相適應(yīng)。應(yīng)有適應(yīng)不同圍巖的應(yīng)變能力。應(yīng)充分考慮輔助導(dǎo)坑的作用和功能。應(yīng)與員工的素質(zhì)、管理水平相適應(yīng)。對(duì)于中長(zhǎng)隧道，施工設(shè)備的投入量和產(chǎn)值之比應(yīng)在1：1O左右。

四、隧道施工常用機(jī)械

(一)硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)

TBM根據(jù)結(jié)構(gòu)形式主要分為三種類(lèi)型。(1)開(kāi)敞式TBM。典型機(jī)型有德國(guó)Wirth公司的雙排支撐靴結(jié)構(gòu)方式和美國(guó)Robbins公司的單排支撐靴結(jié)構(gòu)方式兩種，適用于巖石不易坍塌和地層比較穩(wěn)定的隧道。在較破碎的地層中掘進(jìn)時(shí)，需在護(hù)盾后及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)，隧道的最終支護(hù)方式是砼襯砌。 (2)單護(hù)盾式TBM。與開(kāi)敞式TBM不同，單護(hù)盾式TBM配置有完整的圓形護(hù)盾，推進(jìn)則依靠推進(jìn)缸支撐在安裝好的管片或整體襯砌上獲得支反力。單護(hù)盾式TBM由于掘進(jìn)和安裝管片不能同時(shí)進(jìn)行，進(jìn)度較慢而應(yīng)用得較少。(3)雙護(hù)盾式TBM。掘進(jìn)機(jī)理與單護(hù)盾式TBM相同，但配置有前后護(hù)盾，前后護(hù)盾間有伸縮護(hù)盾，后護(hù)盾配置有一套支撐靴。在地質(zhì)條件良好時(shí)，雙護(hù)盾式TBM掘進(jìn)和安裝管片可同時(shí)進(jìn)行，有較快的進(jìn)度；在地質(zhì)條件較差時(shí)，雙護(hù)盾式TB M采用單護(hù)盾模式推進(jìn)。

(二)開(kāi)挖設(shè)備

液壓鑿巖臺(tái)車(chē)。液壓鑿巖臺(tái)車(chē)按結(jié)構(gòu)形式可分為門(mén)架式和實(shí)腹式，按行走方式可分為輪胎式、軌行式和履帶式。門(mén)架式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)的腹部可以通行運(yùn)碴車(chē)輛，有效地利用了隧道內(nèi)有限的橫斷面空間，使各施2232序使用的設(shè)備互不干涉，常用于單線(xiàn)鐵路隧道。液壓鑿巖臺(tái)車(chē)開(kāi)挖鉆孔作業(yè)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，勞動(dòng)環(huán)境條件好，但一次性投入相對(duì)較大。

多功能開(kāi)挖臺(tái)架。為了降低投入，上世紀(jì)90年代中期國(guó)內(nèi)施工單位開(kāi)發(fā)出風(fēng)鉆多功能臺(tái)架配套法，其優(yōu)點(diǎn)：制作容易、成本低、易于推廣；靈活性強(qiáng)、適用面廣；使用成本十分低，且有利于全斷面大楔形斜眼掏槽爆破技術(shù)的實(shí)施，爆破效果較好，進(jìn)度較快且有足夠的保證；適合國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力充足、廉價(jià)的基本國(guó)情。這種配套方式雖然在一定時(shí)期內(nèi)因其有各種優(yōu)勢(shì)為大家所接受，但也存在著嚴(yán)重的不足，那就是科技含量太低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)環(huán)境條件差，不能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要。

(三)運(yùn)輸設(shè)備

隧道運(yùn)輸有3種方式：無(wú)軌運(yùn)輸，有軌運(yùn)輸、皮帶運(yùn)輸。常用的為前2種方式，皮帶運(yùn)輸僅在少數(shù)隧道施工中采用，這里不作敘述。

無(wú)軌運(yùn)輸。利用自卸車(chē)輛作為運(yùn)輸工具，多應(yīng)用于大斷面隧道和短隧道。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)靈活，棄碴不需二次倒運(yùn)，可直接運(yùn)至棄碴場(chǎng)。缺點(diǎn)是洞內(nèi)受內(nèi)燃廢氣和噪聲污染嚴(yán)重，在長(zhǎng)隧中施工通風(fēng)難以解決，對(duì)隧底損壞嚴(yán)重，輪胎消耗大，在小斷面隧道施工中受限制。

有軌運(yùn)輸。在隧道內(nèi)鋪設(shè)軌道，利用電瓶車(chē)牽引出碴車(chē)和進(jìn)料車(chē)運(yùn)輸。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)廢氣和噪聲污染，施工通風(fēng)容易解決，對(duì)隧底不會(huì)造成損壞，特別適合于長(zhǎng)大隧道和小斷面隧道。缺點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性差，一次投資較大，施工管理復(fù)雜，棄碴場(chǎng)較遠(yuǎn)時(shí)需在洞外設(shè)二次棄碴倒運(yùn)站。通過(guò)對(duì)兩種運(yùn)輸方式的比較，建議：在獨(dú)頭掘進(jìn)1 000m以下的短隧道中，若斷面允許，可采用無(wú)軌運(yùn)輸方式；在獨(dú)頭掘進(jìn)1 000m以上的長(zhǎng)隧道中，應(yīng)首選有軌運(yùn)輸方式。

(四)支護(hù)襯砌設(shè)備

初期支護(hù)設(shè)備。在隧道施工中，采用噴射砼并配之以錨桿、掛網(wǎng)、鋼拱架的方法，作為臨時(shí)初期支護(hù)。砼噴射機(jī)有干噴及濕噴機(jī)，按結(jié)構(gòu)形式分為轉(zhuǎn)子式和活塞式。轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低。活塞式主要作為濕式砼噴射，噴射質(zhì)量高，并可用于鋼纖維噴射，價(jià)格高。

二次支護(hù)設(shè)備。在隧道施工中，砼模注襯砌所采用的機(jī)械設(shè)備，根據(jù)不同的施工工藝，有多種配置方式，主要機(jī)械有砼拌合站、砼輸送車(chē)、砼輸送泵、襯砌模板臺(tái)車(chē)等。

設(shè)備配套不是越先進(jìn)越好，要從合理配套總體上來(lái)考慮，除了社會(huì)環(huán)境、生產(chǎn)安全需要外，首先考慮技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件。當(dāng)經(jīng)濟(jì)條件滿(mǎn)足的前提下，應(yīng)重點(diǎn)考慮技術(shù)條件。