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摘 要: 铁路隧道从部分机械化的施工,逐渐实现了综合化的机械选型和配套, 本文通过对某铁路隧道施工的研究,结合施工特点和对机械设备选型配套的基本要求,对工程的开挖、装运、支护、衬砌等施工的机械设备选型和配套提出了一定的建议。
关链词 :铁路施工 ;隧道工程 ;机械设备 ;选型配套
Abstract: Railway tunnel realizes comprehensive equipment selection and matching integrated from the construction mechanization. This paper is based on the study of tunnel construction of a railway, the basic requirements according to the construction characteristics and supporting the selection of machinery equipment, machinery and equipment selection and matching of the excavation engineering, shipment, support, lining construction the proposed some suggestions.
Key words: railway construction; tunnel engineering; mechanical equipment; selection
中图分类号：U615.1
一 某铁路隧道施工的案例工程
铁路隧道从部分机械化的施工,逐渐实现了综合化的机械选型和配套, 目前采用得最多的施工方法是钻爆法和 TBM 法。为了提高铁路隧道机械化施工中机械设备选型和配套的有效性,下面将以某铁路隧道施工为例,展开深人探讨 :
(一)工程案例
案例工程为单洞双线隧道,全长约 17170 米,最大埋深约32 5 米 ,划分为四个施工区,分别为进口施工区 1号斜井施工区 2 号斜井施工区 出口施工区,预期工期为63 个月,每个工区都按照流水作业的方式组织进行施工。施工过程中需要穿越岩溶强烈发育的灰岩, 以及 5 条断层,其中岩溶和高地应力是不良地质,在施工过程中存在突水和突泥等地质灾害。而且工程施工工期长,加上隧道施工地段多雨 ,给正常施工带来一定的难度和诸多的高风险源。
(二)机械设备选型及配套的要求
机械设备的选型力求在保证工期的前提下, 减少设备投人,降低产成本,各工序能力匹配,实现均衡生产,提高工作效率 选型配套应遵循如下原则:
1 施工机械满足施工方法和工艺要求,外形尺寸适合隧道内生产作业空间。
2 机械选型配套能力能与隧道在全线施工中的地位和工期相适应。
3 配套后的各生产线具备很好的综合优化性能,整体工作能力相互匹配,各作业线相辅相成生产均衡。
机械设备的选型及配套与施工方法密切相关,它将直接影响到施工的安全、生产质量、整个工程的工期以及生产成本等,依上述原则,本文案例工程针对四个施工区的施工,对工程的开挖、装运、支护、衬砌等施工的机械设备选型和配套进行分析,需具有一定的要求:机械设备的性能效率高,满足装运、锚喷、衬砌等作业需求,并合理配合各种机械设备施工;用于开挖、装渣、运输的机械设备,对机械设备的运输能力要求最高,次之为装渣能力,开挖能力则在施组能力之上即可;机械设备要有具体的施工方法与之配套,譬如在采用全断面法围岩的时候, 所采用的机械设备必须具备应对较差地质条件的能力;机械设备必须安置专业的操作人员, 以便确保操作的安全和效果;为了避免机械设备效能的浪费,要将富余系数控制在一定范围内;结合隧道断面确定机械设备的外形和尺寸,并根据现场的条件进行调整 ;施工机械需要具备辅助供水、供电、排水通风等施工作业配套的能力; 机械设备尽量由同个厂家供应,方便设备的统一维修和配件供应,为此笔者建议尽量选择国产品牌的机械设备,以提高设备维护效率,保证工期如期进行。
二 机械设备选型和配套的建议措施
鉴于案例工程的施工特点和对机械设备选型配套的基本原则及案例针对性要求,笔者认为需要结合工程的具体需求确定具体的机械设备类型和数量,并对具体的机械设备配套方法
予以明确。
(一)机械设备的选型
案例铁路隧道施工工序主要有开挖、装运、支护、衬砌四方面,结合工程现场的施工要求和条件 ,确定需要应用到的机械设备如下:
(1)开挖机械设备:1 台B353 E 型号的液压凿岩台车 302台YT28 型号的风动凿岩机 5 台 1.2 m3规格的JT82型号挖掘机 3 台 0. 8m3 规格的 PC200型号挖掘机。
(2) 装运机械设备:2 台 340 m3规格的JGM WZ340型号隧道挖装机、10 台 3.4 m3规格的 W A470一3 型号装载机、48 台 15t规格的自卸车。
(3) 支护机械设备:6 台 CSS3型号的混凝土喷射机械手、20台5m3/h规 格 的 TK500型号混凝土喷射机、4 台ZTGZ一60 / 210 型號的注浆泵、4 台YZB130/14 型号的注浆泵。
（4）衬砌机械设备:8 台60 m3/h规格的HBT60A一1406Ⅲ型号混凝土输送泵、5 套 90m3/h规格的 HZS90 型号混凝土拌合站、16 台 8m3 规格的 HNJ 525 3GJBA 型号混凝 土输送车、8 台12m3型号的全断面液压模板台车。
(二)机械设备的配套
在确定机械设备选型的基础上,下面将根据案例工程在凿岩、装运、支护、衬砌四方面的施工作业任务,对机械设备进行合理配套:
(1)凿岩设备配套。隧道的围岩施工分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四个等级,其中前两个等级采用全断面法,在应用多功能台架配合风钻钻孔的同时, 用非电毫秒雷管和乳化炸药进行光面爆破,一次成型全断面。Ⅳ级采用台阶法,分为上台阶施工和下台阶施工两部分,钻孔打眼的主要工具是多功能平面风钻 ,并非电毫秒雷管和乳化炸药光面爆破,然后用挖掘机在上断面扒渣和装载机在下端面测卸式装渣。V 级在增设临时横撑的基础上,采用台阶法,机械设备配套的方式类似于Ⅳ级。
(2)装运设备配套。铁路隧道工程施工现场每天有大量的渣土,为了确定最佳循环进尺,要配套好出渣、开挖和运渣等设备,进口正洞施工区域可用 340m3/h规格的 JG MW Z340型号隧道挖装机,这种挖掘机是履带模式,现场日常施工需要 l 台,另外 1 台作为备用;正洞的其他工作面,需要配套 1 台挖掘机和侧卸装载机,但由于隧道的断面狭窄 ,所以笔者建议采用国产15t的汽车,可满足隧道出渣作业需求,同时在隧道每隔 420m位置,设置 1个会车道,避免出渣车作业的互相干扰。
(3)支护设备配套 首先是用管棚钻机钻孔顶进钢管,根据管棚的长度要求 , 将直径 4Om m 和 os m m 的钢管逐条套接,提高管棚的顺直度,并沿着钢管的纵向,以3c0 m 为单位距离分别钻孔 ,呈梅花形状布置孔眼 其次是用直径 04 mm 的小导管,配合水泥和水玻璃的双液注浆泵注浆加固管棚导管,小导管的钻孔可用风钻,在钻到设计孔深之后,用高压风将孔内的粉尘等吹拂干净 再次是锚杆和喷射混凝土支护体系,可用自进式锚杆和砂浆锚杆,并在局部的位置设置型钢刚架 最后是用多台TK50 型号混凝土喷射机配合注浆。
(4)衬砌设备配套 衬砌施工主要进行于围岩和初期支护变形稳定后两个阶段,鉴于案例工程围岩的自稳性差 ,笔者认为开挖面要控制在 3一9m0 的范围内, 并架设栈桥和浇筑混凝土,该施工方法需要利用混凝土罐车将搅拌好的混凝土运送到开挖面位置,然后流槽人仓,并用插人式的振捣器进行振捣。其次是衬砌施工的每个工作面都需要配备至少 l 台液压钢模衬砌台车,根据具体的断面尺寸和功能要求,以现场组装的方式,确保液压模板台车的强度和刚度符合要求, 为立模板提供便利条件 再次是工区的洞外配备至少 1套 9m0 撇 规格的 HZS09型号混凝土拌合站 5 台 8耐 規格的 HJN 5235 GJ BA 型号混凝土输送车 3 台06 m 撇 规格的 H B6T 0A 一1406 m 型号混凝土输送泵, 全方位完成混凝土集中自动计量拌合、输送、人模、捣固的工作。
(三)施工效果评价
案例铁路隧道施工按照以上建议做好机械设备的选型和配套工作, 3B 53 E 型号液压凿岩台车 GJ M W z3 04 型号隧道挖装机 CS3s 型号混凝土喷射机械手 HBT06 A一1406 1 型号混凝土输送泵等机械设备的选型和配套,为隧道的安全有序施工创造了有利条件 在三个月内,累计完成的工作量为:进口平导完成 12 lm 开挖 96 m 铺底,其中正洞完成 132m 开挖 23 m 仰拱;1号斜井完成 151m 开挖 ;2 号斜井完成 125 m 开挖 64 m 铺底 ;出口平导完成 48m 开挖 ,其中正洞完成 57 m 开挖 提前完成了工期任务。
三 结束语
综上所述 , 在整个铁路工程施工当中, 隧道施工的难度最高,主要是因为隧道施工受到了地理条件、地质条件等的制约,存在诸多的不确定性因素,再加上某些施工单位的工艺技术水平并不到位,没有选型和配套好相关的机械设备, 因而影响工程进度、工作效率等。本文通过对某铁路隧道施工的研究,结合施工特点和对机械设备选型配套的基本要求,对工程的开挖、装运、支护、衬砌等施工的机械设备选型和配套提出了一定的建议。一方面是确定开挖机械设备。装运机械设备、支护机械设备、衬砌机械设备的型号、规格和数量 ,另一方面是衬砌机械设备根据案例工程在凿岩 装运 支护 衬砌四方面的施工作业任务，对机械设备进行合理配套。
参考文献:
[l]王宏礼, 孙建吱.铁路特长隧道施工机械配套技术田.铁道建筑, 2021, (20):32一34.
[2]向前进.长大隧道机械化施工设备配套与环保田.建筑机械化 ,2010, (11):83一86.
[3]余梁蜀, 杨敏，王晓文.隧道施工设备配备方案研究田.水资源与水工程学报,2020,(4):14一145
关链词 :铁路施工 ;隧道工程 ;机械设备 ;选型配套
Abstract: Railway tunnel realizes comprehensive equipment selection and matching integrated from the construction mechanization. This paper is based on the study of tunnel construction of a railway, the basic requirements according to the construction characteristics and supporting the selection of machinery equipment, machinery and equipment selection and matching of the excavation engineering, shipment, support, lining construction the proposed some suggestions.
Key words: railway construction; tunnel engineering; mechanical equipment; selection
中图分类号：U615.1
一 某铁路隧道施工的案例工程
铁路隧道从部分机械化的施工,逐渐实现了综合化的机械选型和配套, 目前采用得最多的施工方法是钻爆法和 TBM 法。为了提高铁路隧道机械化施工中机械设备选型和配套的有效性,下面将以某铁路隧道施工为例,展开深人探讨 :
(一)工程案例
案例工程为单洞双线隧道,全长约 17170 米,最大埋深约32 5 米 ,划分为四个施工区,分别为进口施工区 1号斜井施工区 2 号斜井施工区 出口施工区,预期工期为63 个月,每个工区都按照流水作业的方式组织进行施工。施工过程中需要穿越岩溶强烈发育的灰岩, 以及 5 条断层,其中岩溶和高地应力是不良地质,在施工过程中存在突水和突泥等地质灾害。而且工程施工工期长,加上隧道施工地段多雨 ,给正常施工带来一定的难度和诸多的高风险源。
(二)机械设备选型及配套的要求
机械设备的选型力求在保证工期的前提下, 减少设备投人,降低产成本,各工序能力匹配,实现均衡生产,提高工作效率 选型配套应遵循如下原则:
1 施工机械满足施工方法和工艺要求,外形尺寸适合隧道内生产作业空间。
2 机械选型配套能力能与隧道在全线施工中的地位和工期相适应。
3 配套后的各生产线具备很好的综合优化性能,整体工作能力相互匹配,各作业线相辅相成生产均衡。
机械设备的选型及配套与施工方法密切相关,它将直接影响到施工的安全、生产质量、整个工程的工期以及生产成本等,依上述原则,本文案例工程针对四个施工区的施工,对工程的开挖、装运、支护、衬砌等施工的机械设备选型和配套进行分析,需具有一定的要求:机械设备的性能效率高,满足装运、锚喷、衬砌等作业需求,并合理配合各种机械设备施工;用于开挖、装渣、运输的机械设备,对机械设备的运输能力要求最高,次之为装渣能力,开挖能力则在施组能力之上即可;机械设备要有具体的施工方法与之配套,譬如在采用全断面法围岩的时候, 所采用的机械设备必须具备应对较差地质条件的能力;机械设备必须安置专业的操作人员, 以便确保操作的安全和效果;为了避免机械设备效能的浪费,要将富余系数控制在一定范围内;结合隧道断面确定机械设备的外形和尺寸,并根据现场的条件进行调整 ;施工机械需要具备辅助供水、供电、排水通风等施工作业配套的能力; 机械设备尽量由同个厂家供应,方便设备的统一维修和配件供应,为此笔者建议尽量选择国产品牌的机械设备,以提高设备维护效率,保证工期如期进行。
二 机械设备选型和配套的建议措施
鉴于案例工程的施工特点和对机械设备选型配套的基本原则及案例针对性要求,笔者认为需要结合工程的具体需求确定具体的机械设备类型和数量,并对具体的机械设备配套方法
予以明确。
(一)机械设备的选型
案例铁路隧道施工工序主要有开挖、装运、支护、衬砌四方面,结合工程现场的施工要求和条件 ,确定需要应用到的机械设备如下:
(1)开挖机械设备:1 台B353 E 型号的液压凿岩台车 302台YT28 型号的风动凿岩机 5 台 1.2 m3规格的JT82型号挖掘机 3 台 0. 8m3 规格的 PC200型号挖掘机。
(2) 装运机械设备:2 台 340 m3规格的JGM WZ340型号隧道挖装机、10 台 3.4 m3规格的 W A470一3 型号装载机、48 台 15t规格的自卸车。
(3) 支护机械设备:6 台 CSS3型号的混凝土喷射机械手、20台5m3/h规 格 的 TK500型号混凝土喷射机、4 台ZTGZ一60 / 210 型號的注浆泵、4 台YZB130/14 型号的注浆泵。
（4）衬砌机械设备:8 台60 m3/h规格的HBT60A一1406Ⅲ型号混凝土输送泵、5 套 90m3/h规格的 HZS90 型号混凝土拌合站、16 台 8m3 规格的 HNJ 525 3GJBA 型号混凝 土输送车、8 台12m3型号的全断面液压模板台车。
(二)机械设备的配套
在确定机械设备选型的基础上,下面将根据案例工程在凿岩、装运、支护、衬砌四方面的施工作业任务,对机械设备进行合理配套:
(1)凿岩设备配套。隧道的围岩施工分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四个等级,其中前两个等级采用全断面法,在应用多功能台架配合风钻钻孔的同时, 用非电毫秒雷管和乳化炸药进行光面爆破,一次成型全断面。Ⅳ级采用台阶法,分为上台阶施工和下台阶施工两部分,钻孔打眼的主要工具是多功能平面风钻 ,并非电毫秒雷管和乳化炸药光面爆破,然后用挖掘机在上断面扒渣和装载机在下端面测卸式装渣。V 级在增设临时横撑的基础上,采用台阶法,机械设备配套的方式类似于Ⅳ级。
(2)装运设备配套。铁路隧道工程施工现场每天有大量的渣土,为了确定最佳循环进尺,要配套好出渣、开挖和运渣等设备,进口正洞施工区域可用 340m3/h规格的 JG MW Z340型号隧道挖装机,这种挖掘机是履带模式,现场日常施工需要 l 台,另外 1 台作为备用;正洞的其他工作面,需要配套 1 台挖掘机和侧卸装载机,但由于隧道的断面狭窄 ,所以笔者建议采用国产15t的汽车,可满足隧道出渣作业需求,同时在隧道每隔 420m位置,设置 1个会车道,避免出渣车作业的互相干扰。
(3)支护设备配套 首先是用管棚钻机钻孔顶进钢管,根据管棚的长度要求 , 将直径 4Om m 和 os m m 的钢管逐条套接,提高管棚的顺直度,并沿着钢管的纵向,以3c0 m 为单位距离分别钻孔 ,呈梅花形状布置孔眼 其次是用直径 04 mm 的小导管,配合水泥和水玻璃的双液注浆泵注浆加固管棚导管,小导管的钻孔可用风钻,在钻到设计孔深之后,用高压风将孔内的粉尘等吹拂干净 再次是锚杆和喷射混凝土支护体系,可用自进式锚杆和砂浆锚杆,并在局部的位置设置型钢刚架 最后是用多台TK50 型号混凝土喷射机配合注浆。
(4)衬砌设备配套 衬砌施工主要进行于围岩和初期支护变形稳定后两个阶段,鉴于案例工程围岩的自稳性差 ,笔者认为开挖面要控制在 3一9m0 的范围内, 并架设栈桥和浇筑混凝土,该施工方法需要利用混凝土罐车将搅拌好的混凝土运送到开挖面位置,然后流槽人仓,并用插人式的振捣器进行振捣。其次是衬砌施工的每个工作面都需要配备至少 l 台液压钢模衬砌台车,根据具体的断面尺寸和功能要求,以现场组装的方式,确保液压模板台车的强度和刚度符合要求, 为立模板提供便利条件 再次是工区的洞外配备至少 1套 9m0 撇 规格的 HZS09型号混凝土拌合站 5 台 8耐 規格的 HJN 5235 GJ BA 型号混凝土输送车 3 台06 m 撇 规格的 H B6T 0A 一1406 m 型号混凝土输送泵, 全方位完成混凝土集中自动计量拌合、输送、人模、捣固的工作。
(三)施工效果评价
案例铁路隧道施工按照以上建议做好机械设备的选型和配套工作, 3B 53 E 型号液压凿岩台车 GJ M W z3 04 型号隧道挖装机 CS3s 型号混凝土喷射机械手 HBT06 A一1406 1 型号混凝土输送泵等机械设备的选型和配套,为隧道的安全有序施工创造了有利条件 在三个月内,累计完成的工作量为:进口平导完成 12 lm 开挖 96 m 铺底,其中正洞完成 132m 开挖 23 m 仰拱;1号斜井完成 151m 开挖 ;2 号斜井完成 125 m 开挖 64 m 铺底 ;出口平导完成 48m 开挖 ,其中正洞完成 57 m 开挖 提前完成了工期任务。
三 结束语
综上所述 , 在整个铁路工程施工当中, 隧道施工的难度最高,主要是因为隧道施工受到了地理条件、地质条件等的制约,存在诸多的不确定性因素,再加上某些施工单位的工艺技术水平并不到位,没有选型和配套好相关的机械设备, 因而影响工程进度、工作效率等。本文通过对某铁路隧道施工的研究,结合施工特点和对机械设备选型配套的基本要求,对工程的开挖、装运、支护、衬砌等施工的机械设备选型和配套提出了一定的建议。一方面是确定开挖机械设备。装运机械设备、支护机械设备、衬砌机械设备的型号、规格和数量 ,另一方面是衬砌机械设备根据案例工程在凿岩 装运 支护 衬砌四方面的施工作业任务，对机械设备进行合理配套。
参考文献:
[l]王宏礼, 孙建吱.铁路特长隧道施工机械配套技术田.铁道建筑, 2021, (20):32一34.
[2]向前进.长大隧道机械化施工设备配套与环保田.建筑机械化 ,2010, (11):83一86.
[3]余梁蜀, 杨敏，王晓文.隧道施工设备配备方案研究田.水资源与水工程学报,2020,(4):14一145