鐵路隧道施工機(jī)械設(shè)備的選型及配套方法研究

【摘要】本文選取某鐵路工程案例對(duì)鐵路隧道施工機(jī)械設(shè)備的選型與配套方法展開研究，并提出一點(diǎn)建議。

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道；施工設(shè)備；選型

目前，鐵路隧道施工方法主要有兩種：鉆爆法與TBM法，標(biāo)志著鐵路隧道施工從部分機(jī)械化完成了綜合化機(jī)械選型與配套的轉(zhuǎn)型。以上兩種施工方式尤其適合用于我國(guó)西康線秦嶺、蘭渝線西秦嶺等隧道。選取某單洞雙線隧道為例，對(duì)鐵路隧道施工機(jī)械設(shè)備的選型與配套展開討論[1]。

一、工程案例

案例工程為一條長(zhǎng)約1萬7千米、最大埋深約230米的單洞雙線隧道。施工隧道分為進(jìn)口施工區(qū)、1號(hào)斜井施工區(qū)、2號(hào)斜井施工區(qū)以及出口施工區(qū)，預(yù)計(jì)63個(gè)月可竣工。各施工區(qū)嚴(yán)格按照流水操作方式組織施工，隧道的巖土構(gòu)造有不良地質(zhì)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的灰?guī)r和五個(gè)斷層。預(yù)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)為可能會(huì)遇突水或突泥災(zāi)害，工期可能加長(zhǎng)以及施工隧道段多雨等自然因素給施工造成的阻礙[2]。

二、機(jī)械設(shè)備的選型與配套要求

機(jī)械設(shè)備的選型一般是在工期得到保證的情況下，降低設(shè)備的投入量與生產(chǎn)成本為目的。根據(jù)每道工序的施工要求，進(jìn)行能力匹配，有效促進(jìn)均衡生產(chǎn)，并提高工作效率。

應(yīng)根據(jù)施工隧道的實(shí)際環(huán)境，如空間范圍、施工方式與工藝等進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的選型；機(jī)械配套能力符合全線工程中施工隧道段的地位與工期要求；配套好的機(jī)械設(shè)備應(yīng)與每個(gè)施工區(qū)工藝相適應(yīng)，應(yīng)具備良好的綜合性能，能夠?qū)崿F(xiàn)全線工程工作能力以及各施工區(qū)作業(yè)地相互匹配和均衡生產(chǎn)。

根據(jù)以上原則對(duì)本文案例工程的開挖、裝運(yùn)、支護(hù)以及襯砌等工序所需機(jī)械設(shè)備的選型與配套進(jìn)行分析。機(jī)械設(shè)備一方面要具備較好的性能與較高的施工效率，另一方面要滿足各項(xiàng)作業(yè)的要求，并合理配合其他作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。例如用來開挖、裝渣與運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械，其中要求機(jī)械設(shè)備具有較好的運(yùn)輸功能，其次為裝渣能力，開挖能力只要不低于施工組織的能力就行。機(jī)械設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照與之匹配的施工方案進(jìn)行。如在圍巖時(shí)應(yīng)用全斷面法，則要求機(jī)械設(shè)備具備在地質(zhì)條件較差的環(huán)境中進(jìn)行施工的能力，每臺(tái)機(jī)械設(shè)備需要安設(shè)專業(yè)的操作人員，以保施工質(zhì)量與操作安全。施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制富余系數(shù)，可提高機(jī)械設(shè)備的利用率，減少不必要的浪費(fèi)。根據(jù)隧道斷面決定機(jī)械設(shè)備的外形與尺寸，根據(jù)施工環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)械設(shè)備應(yīng)具備輔助供水、電和排水通風(fēng)的功能。全線作業(yè)盡量選用同一廠家生產(chǎn)設(shè)備，便于維修與配件供應(yīng) [3]。

三、機(jī)械設(shè)備選型與配套建議

結(jié)合案例工程的特點(diǎn)以及施工要求進(jìn)行機(jī)械設(shè)備選型并決定其數(shù)量以及相應(yīng)的配套方法[4]。

（一）機(jī)械設(shè)備的選型

根據(jù)施工要求與條件，對(duì)案例工程中開挖、裝運(yùn)、支護(hù)與襯砌確定需用的機(jī)械設(shè)備有：

1.開挖設(shè)備：型號(hào)為B353E液壓鑿巖臺(tái)車一臺(tái)；Y118風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)320臺(tái)；規(guī)格為1.2時(shí)、型號(hào)weiJI82型號(hào)挖掘機(jī)5臺(tái)；對(duì)個(gè)為0.8mPOZo挖掘機(jī)3臺(tái)。

2.規(guī)格為340m、型號(hào)為JGMWz340隧道挖裝機(jī)兩臺(tái)；規(guī)格為3.4mWA470-3裝載機(jī)十臺(tái)；15t自卸車48臺(tái)。

3.支護(hù)設(shè)備：型號(hào)為CSS3混凝土噴射機(jī)六臺(tái)；smTK50混凝土噴射機(jī)20臺(tái)；ZT-60/210注漿泵與YZB130/14注漿泵各四臺(tái)。

4.臺(tái)襯砌機(jī)械設(shè)備：60mHBT60A-1406混凝土輸送泵八臺(tái)；90mHZS90混凝土拌合站五套；規(guī)格為8m3、型號(hào)為HNJ5253GJBA混凝土輸送車16臺(tái)；12m全斷面液壓模板臺(tái)車八臺(tái)。

（二）機(jī)械設(shè)備的配套

基于以上機(jī)械設(shè)備的選型，對(duì)案例工程匯中的鑿巖、裝運(yùn)、支護(hù)以及襯砌的施工機(jī)械進(jìn)行配套：

1.鑿巖機(jī)械設(shè)備配套：對(duì)隧道進(jìn)行圍巖工序共分為四個(gè)等級(jí)：n、1、W、V。其中對(duì)n、1級(jí)施工采取全斷面法。采用多功能臺(tái)架輔助風(fēng)鉆鉆孔，并同時(shí)采用乳化炸藥與非典毫秒雷管進(jìn)行光面爆破，一次形成全斷面。W采取臺(tái)階法（上臺(tái)階施工與下臺(tái)階施工），利用多功能平面風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔打眼，同時(shí)使用非典毫秒雷管與乳化炸藥進(jìn)行光面爆破，再采用挖掘機(jī)與裝載機(jī)分別進(jìn)行上斷面扒渣和下斷面測(cè)卸式裝渣。V級(jí)采用臺(tái)階法，但在此之前還需加設(shè)臨時(shí)橫撐，機(jī)械設(shè)備配套同W級(jí)。

3.裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備配套：在施工現(xiàn)場(chǎng)，每日都會(huì)有大量渣土，為使循環(huán)進(jìn)尺為最佳狀態(tài)，需要做好開挖、出渣、運(yùn)渣等設(shè)備的配套工作。進(jìn)口施工區(qū)可采用規(guī)格為340m姚、型號(hào)為JGMWZ340挖裝機(jī)，運(yùn)用履帶模式。實(shí)際施工中應(yīng)具備兩臺(tái)，一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)使用，另一臺(tái)留著備用。進(jìn)口正洞的其他工作面施工需挖掘機(jī)與卸裝載機(jī)各一臺(tái)。由于案例工程施工隧道段斷面狹窄，因此建議采用國(guó)產(chǎn)15t自卸車。每隔420m設(shè)置一個(gè)會(huì)車道，不僅可以在隧道段順暢出渣，還能有效降低出渣車的相互影響。

3.支護(hù)設(shè)備配套：將鋼管頂進(jìn)管棚鉆機(jī)鉆好的孔中，用半徑為20mm的鋼管逐根套接，以達(dá)到管棚長(zhǎng)度要求。在管棚順直度得以提高的情況下，沿鋼管縱向鉆孔，孔間間距控制為30cm，孔形為梅花形。然后用風(fēng)鉆成孔后，采用高壓風(fēng)除凈孔底粉塵；插入半徑為20mm的小導(dǎo)管，并采用注漿泵將往導(dǎo)管中注入水泥與水玻璃雙液加固管棚導(dǎo)管。錨桿可用自進(jìn)式或者砂漿錨桿，局部設(shè)型鋼鋼架。最后聯(lián)合采用多臺(tái)型號(hào)為TK50的混凝土噴射機(jī)注漿。

4.襯砌機(jī)械設(shè)備配套：襯砌工序主要在圍巖與初期支護(hù)變形穩(wěn)定兩工序之后進(jìn)行。由于案例工程的圍巖自穩(wěn)性較差，因此開挖范圍應(yīng)控制在3-90m以內(nèi)，同時(shí)架設(shè)棧橋并澆筑混凝土。該項(xiàng)施工需用到混凝土罐車、插入式振搗器、液壓鋼模襯砌臺(tái)車，攪拌好的混凝土通過混凝土罐車送至開挖面，流槽入倉，使用振搗器振搗。然后結(jié)合斷面尺寸與功能要求，對(duì)液壓鋼模襯砌臺(tái)車現(xiàn)場(chǎng)組裝，保證臺(tái)車的強(qiáng)度與剛度均符合要求，此工作便于立模板。施工區(qū)洞外需要90m撇HZS90混凝土拌合站至少一套，規(guī)格為8耐、型號(hào)為HNJ5253GJBA混凝土輸送車至少五臺(tái)，規(guī)格為60m撇、型號(hào)為HBT60A的混凝土輸送泵至少三臺(tái)，這樣才能保證混凝土自動(dòng)計(jì)量拌合、輸送、入模以及搗固工作全方位進(jìn)行。

（三）施工效果評(píng)價(jià)

案例鐵路隧道施工工程，按照以上機(jī)械設(shè)備的選型與配套原則做好的相關(guān)事宜，妥善完成型號(hào)為B353E的液壓鑿巖臺(tái)車、型號(hào)為JGMWz340的隧道挖裝機(jī)、型號(hào)為CSs3的混凝土噴射機(jī)械手以及型號(hào)為HBT60A-14061的混凝土輸送泵的各種施工機(jī)械設(shè)備的選型與配套，有效提高了隧道施工安全。約在三個(gè)月內(nèi)完成了進(jìn)口平導(dǎo)開挖211m、鋪底69m：其中正洞開挖132m、仰拱32m；1號(hào)斜井開挖約150m、2號(hào)斜井開挖152m、完成鋪底46m。出口平導(dǎo)開挖48m：正洞完成開挖75m。該工程在預(yù)計(jì)工期基礎(chǔ)上，提前竣工。

結(jié)束語

綜上所述，鐵路隧道施工正逐漸向綜合機(jī)械設(shè)備施工轉(zhuǎn)型。本文主要采取某鐵路隧道施工作為案例工程，根據(jù)該案例工程的施工特點(diǎn)以及機(jī)械設(shè)備的選型與配套原則，進(jìn)行開挖、裝運(yùn)、支護(hù)及襯砌四項(xiàng)施工機(jī)械設(shè)備的選型與配套提出一些建議。介紹了各施工過程中所需機(jī)械設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格與數(shù)量，以及介紹了鑿巖、裝運(yùn)、支護(hù)與襯砌四項(xiàng)施工設(shè)備在襯砌機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)上的合理配套。

【參考文獻(xiàn)】

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