隧道挖掘機設計選型中的問題分析

李金強

摘 要：隨著社會的發展，國民經濟建設的加快，各種工程項目如火如荼的展開，尤其是隨著人口增長，交通運輸的壓力與日俱增，在交通運輸項目建設過程中，難免碰到一些難題，如車輛的增多導致人與車爭奪地面交通；跨江交通依靠橋梁，壓力太大；高速鐵路途徑深山，繞行不易，等等。在這種情況下，開發隧道挖掘技術，對地下空間進行綜合利用是時代發展的需求。可是在對隧道進行挖掘作業時，挖掘機的設計選型卻十分重要，文章分析了隧道挖掘機設計選型中的常見問題。

關鍵詞：隧道；挖掘機；設計選型

隧道的挖掘，是人們對于地下空間的綜合利用，其主要是用來緩解地面交通壓力，提供交通便利，保證交通安全等，如人行隧道和地鐵隧道可以緩解地面交通壓力，過江隧道和高鐵隧道提供交通便利，水工隧洞則是為了保障交通的安全。不同功能的隧道有不同的施工要求，對于挖掘機的機型需求也不盡相同。

1 隧道的種類和分類

隧道是人類對地下空間的綜合利用，是在地下修建的工程項目，其主要是用來分擔地面交通、敷設各種管道等，隧道按照用途可以分為：交通隧道、市政隧道、水工隧道、礦山隧道。根據隧道的不同情況，隧道也可分成不同的類型。

1.1 隧道的種類

1.1.1 交通隧道

主要是用來保證交通安全、分擔交通壓力、提供交通便利的隧道，如人行隧道、地鐵隧道以及穿越深山的高速鐵路隧道等。

1.1.2 市政隧道

市政隧道主要修建在城市的地下，由城市政府修建的地下管線，用于服務城市的各種公共設施，如城市供排水系統、統一采暖系統、天然氣管道、城市電網、通信管道等等。

1.1.3 水工隧道

用做引水洞的隧道，也稱隧洞，水工隧洞主要是用來引水、輸水、導流、泄洪、排放尾水、排沙，等等。

1.1.4 礦山隧道

用來為開礦作業所需要的設備、人員提供交通的隧道，礦山隧道的挖掘工作需要依照《礦山法》嚴格實行。

1.2 隧道的分類

隧道的基本情況包括：隧道地質、隧道長度、隧道橫斷面積、隧道地理位置、隧道埋深、隧道用途。

隧道地質：土質隧道、石質隧道。

隧道長度：短隧道、中長隧道、長隧道和特長隧道。

隧道橫斷面積：極小斷面隧道、小斷面隧道、中等斷面隧道、大斷面隧道、特大斷面隧道。

隧道地理位置：山嶺隧道、水底隧道、城市隧道。

隧道埋深：淺埋隧道、深埋隧道。

按照隧道的用途：交通隧道、市政隧道、水工隧道、礦山隧道。

2 隧道挖掘機設計選型中的問題分析

隧道挖掘機的設計選型，是依據隧道施工環境和施工現場的配套車輛所決定的，其根本目的，是為了保證隧道挖掘工作的高效和安全。即，如果隧道挖掘機的設計選型不合理，不僅會影響隧道挖掘施工的工程效率，還會造成安全隱患。所以，要根據隧道施工環境和施工現場的配套車輛對隧道挖掘機進行合理設計選型。

2.1 根據隧道施工環境選擇挖掘機

隧道施工環境的不同，對挖掘機的性能要求也各不相同，要避免“大材小用”和挖力不足的現象，選擇最合適的挖掘機，提高工程效率。

2.1.1 土質地質

土質地質的特點是土壤較為疏松，砂石等密度低，在進行隧道挖掘作業時，可以選擇功率中等偏大，挖斗容量較大的挖掘機，從而發揮出挖掘機的工程效率，節省工期，如，挖斗容量1.6立方米的30噸級挖掘機，挖斗容量2.2立方米的40噸級挖掘機。如果工程量不大，工期沒有太大的限制，則可以選擇挖斗容量0.85立方米的20噸級挖掘機，從而控制施工成本。

2.1.2 石質地質

石質地質的特點是土壤較為堅硬，砂石等密度高，甚至是純巖石地質等，在進行隧道挖掘作業時，要選擇大功率挖掘機，挖斗的容量要偏小，這樣才能保證單點挖力充足（功率越大、挖斗越小，挖力就越強），挖掘機盡量選擇30噸級以上的，挖斗容量控制在1.6立方米以下。

2.1.3 特殊環境

在進行鐵路隧道、礦山隧道等挖掘作業時，挖掘環境較為特殊，如低壓、高溫、潮濕、低溫、腐蝕性地質等，針對這樣的環境，在使用挖掘機時，需要做相應的處理，從比避免特殊環境影響挖掘機的正常作業，如水箱加壓、減少供油、加大動力傳輸、機器預熱等。

2.2 根據隧道施工現場的配套車輛選擇挖掘機

挖掘機是由挖掘裝置、行走裝置、回轉裝置和輸送裝置四部分組成的，但是總體來說，它分為兩部分，即挖掘和運輸，所以在對挖掘機進行設計選型時，同樣需要考慮隧道施工現場的配套車輛情況，運輸距離的遠近，運輸車輛的充足與否，都影響著挖掘機的工程效率以及施工成本。

2.2.1 運輸距離較近，運輸車輛充足

隧道施工現場的配套車輛運輸情況沒有壓力，那么可以選擇大型挖掘機，充分發揮挖掘機在隧道挖掘中的工程效率，如可以使用多臺挖斗容量1.6立方米的30噸級、挖斗容量2.2立方米的40噸級挖掘機。

2.2.2 運輸距離較遠，運輸車輛不足

隧道施工現場的配套車輛運輸情況有壓力，那么應該選擇中型挖掘機，減緩現場的配套車輛運輸壓力，并節省隧道挖掘的施工成本，如可以使用多臺挖斗容量1.1立方米的20噸級、挖斗容量1.2立方米的20噸級挖掘機。

2.2.3 工程廢物、廢料、廢方作業

為了避免工程廢物、廢料、廢方的堆積，影響施工現場的交通運輸以及掩埋其它工程項目，應對工程廢物、廢料、廢方進行快速拋卸，及時清空。所以在選擇挖掘機時，要選擇中小型挖掘機，控制挖掘機的噸級和挖斗容量，如挖掘機的噸級最好是20噸，挖斗容量在0.85立方米到1.2立方米之間。根據施工現場的工程廢物、廢料、廢方堆積情況，合理選擇適當的挖掘機，確保工程效率。

3 結束語

綜上所述，在隧道挖掘工程中，挖掘機的設計選型要根據隧道施工環境和施工現場的配套車輛來決定，選擇合理的挖掘機機型，保證挖掘作業安全的同時，提高隧道挖掘的工程效率。

參考文獻

[1]楊國永，谷侃鋒，沙清泉，等.一種新型電動挖掘機整體設計[J].機械設計與制造，2012（11）：61-63.

[2]張華，吳建民，孫偉，等.4UM-640型振動式馬鈴薯挖掘機的設計與試驗[J].干旱地區農業研究，2014（2）：264-268.

[3]陳欠根，李百儒，宋長春，等.新型液壓挖掘機動臂勢能回收再利用系統研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2013，38（2）：292-299.

[4]馬永海，馬洪偉，李奮勇，等.大型電動液壓挖掘機在大型露天煤礦的應用前景[C].2010全國煤礦機械與救援裝備高層論壇暨新產品技術交流會論文集，2010：150-154.