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隧道施工机械选型技术分析作者：刘瑞波来源：科技视界2012年第18期【摘要】如果在保证隧道施工的经济性、安全性及进度的基本前提下，选择最优化的设备组合和机械设备，对于提高隧道施工质量，节约隧道施工成本，缩短施工周期极为重要。有效的隧道施工机械选型技术，可以有效保证顺利进行施工方案，又能够确保机械设备在整个隧道的施工期间都具有有效性、连续性。本文首先阐述了隧道施工方法的选择，其次，分析了隧道施工机械选型的重要性和隧道施工机械选型的基本原则，最后，深入地探讨了某隧道选型实例，具有一定的参考价值。【关键词】隧道施工；机械选型；技术分析0前言我国是一个多山的国家，随着交通事业的不断发展，自然隧道修建项目就较多。隧道基本都处于高山岩体深处的地层中，坑道稳定，岩体坚固稳定，围岩压力小，不存在偏压受力的问题C从国内外隧道施工技术的实际经验来看，目前来说，主要有钻爆法和隧道掘进机施工法两种。钻爆法在近期及以后较长一段时间都是隧道掘进的主要手段，特别适合于大量短隧道、破碎岩石隧道和坚硬岩石隧道的施工中，开挖成本低，对地质条件适应性强。而隧道掘进机施工法就是采用隧道掘进机来进行施工，这是一种专门用于开挖地下隧道的施工设备，有利于降低劳动强度和环境保护，具有经济、安全、优质、开挖快的优点1。1隧道施工方法的选择1.1从工程技术的角度来看，隧道围岩工程地质和水文地质条件，是影响施工方法选择的最关键因素C针对具体的隧道工程，采用何种施工方法，不仅取决于围岩工程地质和水文地质条件，也必然受到隧道工程结构条件和工程施工条件的影响。围岩工程地质条件，即隧道所处的地下津筑环境条件，主要表现为围岩的自稳能力和抗扰动能力、被挖除岩体的抗破坏能力、地下水储藏条件、地应力大小、地温、易燃易爆有害物质以及这些条件的变化情况2。隧道工程结构条件主要表现为隧道长度、隧道断面大小、形状、调空的组合形式以及支护结构类型等馈况。菠道工程施工条件主要表现为施工对围岩的扰动'支护对周岩提供帮助或限制的有效性、施工作业对空间的要求、提简施工速度的要求、控制施工成本的要求、保证工程质量的要求、保证施工安全的要求、减少环境污染的要求、施工队伍技术水平、施工人员素质、施工队伍的管理水平。12隧道施工方法的选择原则是：应根据实际隧道工程上述3个方面的条件，尤其是围岩工程地质条件，充分研究、综合考虑，选择适当的施工方法，并根据各方面条件的变化及时调整和改变施工方法。所选施工方法必须与围岩的自稳能力相适应，必须与被挖除岩体的坚硬程度相适应，必须与工程地质条件的变化相适应。所选施工方法必须与隧道断面大小、形状，以及洞室的组合情况相适应。所选施工方法必须与施工技术水平相适应。所选施工方法必须尽量减少对围岩的扰动，必须尽量保持围岩的自稳能力不显著降低，必须尽量利用其自稳能力，必须能有效保证围岩稳定，必须能够满足作业空间的要求。所选施工方法必须能满足施工组织和管理方面的要求，必须能够满足施工速度的要求，必须能满足施工成本控制的要求，必须能满足工程质量的要求，必须能满足施工安全的要求，必须能满足环境保护的要求3。1.3应当指出的是，隧道工程施工是在应力岩体中开拓地下空间。由于地质条件的复杂性和多变性，以及地质勘探、施工技术和人们对工程问题认识的局限性，使得人们在隧道施工过程中不可避免的会遇到预料之外的地质条件的突然变化，甚至发生如流变、坍方、流沙、突泥、涌水、岩爆等工程事故。所以，隧道施工人员，一方面，应当根据隧道工程各方面的具体条件加以综合考虑、反复比较，选择最经济、最合理的施工方法，甚至是多种方法、多种技术的综合应用；另一方面，应密切关注施工过程中的各种变化，及时根据实际情况调整施工方案、施工方法、施工技术和施工进度等各项计划。这是一个受多种因素影响的动态的择优过程。2隧道施工机械选型的重要性在隧道施工中,常用的机械设备主要有通风设备（如射流风机、轴流式通风机、轴流式通风机,等），装运设备（如隧道挖装机、电瓶车、立爪装岩机、自卸汽车、翻车机、矿斗车、装载机等），钻爆设备（如螺杆空压机、内燃空压机、电动空压机、风动凿岩机等），喷锚衬砌设备（如抗水压模板台车、单线模板台车、碎输送泵、湿喷机、注浆机/轨行式碎输送车、碎搅拌机、砂浆拌合机、碎组合搅拌机、管棚钻机、双液注浆泵等），以及其他设备（如制暖设备、制氧设备、照明设备、电力变压器等）。可供隧道施工方选择的机械设备数量众多，性能各异。如果在保证隧道施工的经济性、安全性及进度的基本前提下，选择最优化的设备组合和机械设备，对于提高隧道施工质量，节约隧道施工成本，缩短施工周期极为重要。与此同时,如果施工方没有明确的机械设备选型方案，那么无法安全控制进入隧道施工现场的多种设备。总之,有效的隧道施工机械选型技术,可以有效保证顺利进行施工方案，又能够确保机械设备在整个隧道的施工期间都具有有效性、连续性。3隧道施工机械选型的基本原则为了使隧道施工机械可以更好地发挥出经济效益，隧道施工机械选型应该综合考虑经济条件和技术条件，经济条件主要包括易损件的储备量、机械设备的利用率、使用时间、购置费用等方面。技术条件主要包括设备的灵活性、耐久性、通用性、易操作性及维修的难易性，劳力资源，能源消耗，工作效率，工作量等4。3.1 械械选型原则所选机械技术性能必须要有效满足现代施工的需求，具体表现在:机械设备机动性好、安全舒适、易于检修、生产效率高、结构先进、环保性好、构造简单、操作可靠。所选机械的生产能力应适合运输远近、施工强度、场地大小、施工土质、工作性质等施工条件，能够最大程度地充分发挥出机械的效率。所选机械从经济效益上来看，应根据施工工程的具体情况而定，低性能的机械设备价格便宜，但作业能力低；高性能的机械设备价格昂贵,但作业质量和作业能力都较强。通过技术经济比较，优选出单位产品费用低、生产率高的机械设备。3.2 设备机群的组合配套原则在组合设备进行机械化施工的过程中，应避免出现一台设备发生故障导致整个施工过程都停止，要尽可能地组织几条施工生产线进行并列施工。在每一条并列进行流水作业的施工生产线上，应尽量减少组合机械的机种，组合机种越多，那么停工概率就越大，作业效率越低。在组合机械中，为了便于维修管理和调度使用，应该尽量去选择那些性能、型号相同的机械设备。我们以隧道施工盾构机为例，影响盾构机选型的要素主要有覆盖层厚度、施工作业环境、隧道线形和长度、地下水的水压及含量、盾构机与后续设备的配套能力、有无辅助工法，还有地层条件（是否含有大卵石和砂砾、石英的含量、岩土体的颗粒级配、软硬程度、强度等）。对盾构机进行合理选型，必须要结合衬砌的类型防止出现坍塌和渗漏的现象,要具有性能良好的掘进能力,确保开挖面的稳定性等，所以从这些因素来看，盾构机的选型技术不是一个单一的问题，而是一个应该综合考虑各种因素的系统问题，尤其是要考虑到整个施工系统的经济性5-8o图I表示了以盾构选型为核心的各因素的影响及其相互作用关系。图1盾构机选型关系图4某隧道选型实例4.1 某隧道概况该隧道施工每月有效施工时间25天，岩石类型为花岗岩，地质构造复杂，施工难度较大。进度指标为:级围岩120m月，每循环进尺为2.4m;川级围岩IOOm/月，每循环进尺为2.Om;IV级围岩70m月，每循环进尺1.6m。4.2 施工设备选型该隧道施工方本着“装渣能力要低于运输能力，钻爆能力要低于装渣能力，施工组织要求能力要低于开挖能力”的机械选型原则，配备了先进、合理的装渣开挖运输、锚喷支护作业线等施工设备。(1)运输机械选型要充分考虑到具体的隧道施工环境、经济条件和技术条件这三个因素来选择合适的运输设备型号。考虑到装渣运输量大，运输设备应该选择运输方量较大的型号，同时由于工期紧，在数量选择上不能出现装硅设备等车的情况，要保证装遁设备随时都可以保持装遁作业。本项目采用无轨运输方式来进行洞内出硝的方式，6辆型号为VOLVOFM7/12的自卸汽车、3辆型号为TAMROCK-TlO的三臂液压台车、3辆型号为ZL50C的装载机、1辆型号为SK1I5SR-1E的挖掘机。(2)锚喷支护作业线施工机械对于锚喷支护作业而言，只有采用性能良好的混凝土、优质锚杆、先进的配射设备、先进的喷射工艺才可以有效地确保支护的质量。本项目采用3辆瑞士MEYCOPotenza混凝土喷射机，生产率为30m3h,最大喷射宽度为20m,最大喷射骨料粒径为22mm,可喷射面积约240m2,最大喷射高度为14m。与此同时，选用4辆型号为ZJB-30的高压灌浆泵，4辆型号为PLDl200-56m3h的自动配料机，2辆型号为JSY500-25m3h的强制式拌合机，8辆国产混凝土搅拌输送车，这些选用设备完全可以有效满足3辆瑞士MEYCOPotenza混凝土喷射机连续喷射作业的要求。(3)衬砌路面作业线施工机械(下转第266页)(上接第290页)图2机械选型与配套因该隧道围岩较好，路面混凝土施工没有特殊要求，只需要安装正常要求处理即可，我们基于维修量小、操作可靠、加工简单的原则，选用了2辆型号为HBT60C-14lm3的混凝土输送泵，1辆型号为YZ12的压路机，2辆型号为AH5261GJB8m3的混凝土搅拌输送车，3辆自制的液压衬砌台车，如图2所示。【参考文献】1胡威东，杨家松，陈寿根.长隧道快速施工机械选型配套技术几东北水利水电，2009(02)：125-128.2黄世红.磨溪二号隧道出口无轨运输快速施工实践J.西部探矿工程，2004(09)：174-176.3毛梓尧.设计应为快速施工创造条件J建筑学报.2008(12):120-123.4谢国权，曾新华.某特长隧道无轨运输施工通风技术研究及应用J.人民长江，2007(11)：185-189.5吴向军.单线长达隧道有轨运输机械设备配套选型及其应用J.施工企业管理，2010(04)：180-183.6范恒秀,郝小苏.厦门东通道海底隧道快速施工之浅见UL铁道工程学报，2005(03)：174-178.7刘成杰.完善特长双线隧道的快速施工技术J铁道建筑，2003(09)：102-105.8刘瑞永，王昌清.单线铁路隧道无轨运输通风对策J.铁道劳动安全卫生与环保，2004(03):152-154.