鐵路隧道施工機械設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鐵路隧道施工機械設備的選型與配套方法展開研究，并提出一點建議。

【關鍵詞】鐵路隧道；施工設備；選型

目前，鐵路隧道施工方法主要有兩種：鉆爆法與TBM法，標志著鐵路隧道施工從部分機械化完成了綜合化機械選型與配套的轉型。以上兩種施工方式尤其適合用于我國西康線秦嶺、蘭渝線西秦嶺等隧道。選取某單洞雙線隧道為例，對鐵路隧道施工機械設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。施工隧道分為進口施工區、1號斜井施工區、2號斜井施工區以及出口施工區，預計63個月可竣工。各施工區嚴格按照流水操作方式組織施工，隧道的巖土構造有不良地質巖溶發育強烈的灰巖和五個斷層。預計施工風險為可能會遇突水或突泥災害，工期可能加長以及施工隧道段多雨等自然因素給施工造成的阻礙[2]。

二、機械設備的選型與配套要求

機械設備的選型一般是在工期得到保證的情況下，降低設備的投入量與生產成本為目的。根據每道工序的施工要求，進行能力匹配，有效促進均衡生產，并提高工作效率。

應根據施工隧道的實際環境，如空間范圍、施工方式與工藝等進行機械設備的選型；機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；配套好的機械設備應與每個施工區工藝相適應，應具備良好的綜合性能，能夠實現全線工程工作能力以及各施工區作業地相互匹配和均衡生產。

根據以上原則對本文案例工程的開挖、裝運、支護以及襯砌等工序所需機械設備的選型與配套進行分析。機械設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作業的要求，并合理配合其他作業的機械設備。例如用來開挖、裝渣與運輸的機械，其中要求機械設備具有較好的運輸功能，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。機械設備應嚴格按照與之匹配的施工方案進行。如在圍巖時應用全斷面法，則要求機械設備具備在地質條件較差的環境中進行施工的能力，每臺機械設備需要安設專業的操作人員，以保施工質量與操作安全。施工過程中，應嚴格控制富余系數，可提高機械設備的利用率，減少不必要的浪費。根據隧道斷面決定機械設備的外形與尺寸，根據施工環境進行調節，機械設備應具備輔助供水、電和排水通風的功能。全線作業盡量選用同一廠家生產設備，便于維修與配件供應 [3]。

三、機械設備選型與配套建議

結合案例工程的特點以及施工要求進行機械設備選型并決定其數量以及相應的配套方法[4]。

（一）機械設備的選型

根據施工要求與條件，對案例工程中開挖、裝運、支護與襯砌確定需用的機械設備有：

1.開挖設備：型號為B353E液壓鑿巖臺車一臺；Y118風動鑿巖機320臺；規格為1.2時、型號weiJI82型號挖掘機5臺；對個為0.8mPOZo挖掘機3臺。

2.規格為340m、型號為JGMWz340隧道挖裝機兩臺；規格為3.4mWA470-3裝載機十臺；15t自卸車48臺。

3.支護設備：型號為CSS3混凝土噴射機六臺；smTK50混凝土噴射機20臺；ZT-60/210注漿泵與YZB130/14注漿泵各四臺。

4.臺襯砌機械設備：60mHBT60A-1406混凝土輸送泵八臺；90mHZS90混凝土拌合站五套；規格為8m3、型號為HNJ5253GJBA混凝土輸送車16臺；12m全斷面液壓模板臺車八臺。

（二）機械設備的配套

基于以上機械設備的選型，對案例工程匯中的鑿巖、裝運、支護以及襯砌的施工機械進行配套：

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

3.裝運機械設備配套：在施工現場，每日都會有大量渣土，為使循環進尺為最佳狀態，需要做好開挖、出渣、運渣等設備的配套工作。進口施工區可采用規格為340m姚、型號為JGMWZ340挖裝機，運用履帶模式。實際施工中應具備兩臺，一臺現場使用，另一臺留著備用。進口正洞的其他工作面施工需挖掘機與卸裝載機各一臺。由于案例工程施工隧道段斷面狹窄，因此建議采用國產15t自卸車。每隔420m設置一個會車道，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.支護設備配套：將鋼管頂進管棚鉆機鉆好的孔中，用半徑為20mm的鋼管逐根套接，以達到管棚長度要求。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。然后用風鉆成孔后，采用高壓風除凈孔底粉塵；插入半徑為20mm的小導管，并采用注漿泵將往導管中注入水泥與水玻璃雙液加固管棚導管。錨桿可用自進式或者砂漿錨桿，局部設型鋼鋼架。最后聯合采用多臺型號為TK50的混凝土噴射機注漿。

4.襯砌機械設備配套：襯砌工序主要在圍巖與初期支護變形穩定兩工序之后進行。由于案例工程的圍巖自穩性較差，因此開挖范圍應控制在3-90m以內，同時架設棧橋并澆筑混凝土。該項施工需用到混凝土罐車、插入式振搗器、液壓鋼模襯砌臺車，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。然后結合斷面尺寸與功能要求，對液壓鋼模襯砌臺車現場組裝，保證臺車的強度與剛度均符合要求，此工作便于立模板。施工區洞外需要90m撇HZS90混凝土拌合站至少一套，規格為8耐、型號為HNJ5253GJBA混凝土輸送車至少五臺，規格為60m撇、型號為HBT60A的混凝土輸送泵至少三臺，這樣才能保證混凝土自動計量拌合、輸送、入模以及搗固工作全方位進行。

（三）施工效果評價

案例鐵路隧道施工工程，按照以上機械設備的選型與配套原則做好的相關事宜，妥善完成型號為B353E的液壓鑿巖臺車、型號為JGMWz340的隧道挖裝機、型號為CSs3的混凝土噴射機械手以及型號為HBT60A-14061的混凝土輸送泵的各種施工機械設備的選型與配套，有效提高了隧道施工安全。約在三個月內完成了進口平導開挖211m、鋪底69m：其中正洞開挖132m、仰拱32m；1號斜井開挖約150m、2號斜井開挖152m、完成鋪底46m。出口平導開挖48m：正洞完成開挖75m。該工程在預計工期基礎上，提前竣工。

結束語

綜上所述，鐵路隧道施工正逐漸向綜合機械設備施工轉型。本文主要采取某鐵路隧道施工作為案例工程，根據該案例工程的施工特點以及機械設備的選型與配套原則，進行開挖、裝運、支護及襯砌四項施工機械設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械設備的型號、規格與數量，以及介紹了鑿巖、裝運、支護與襯砌四項施工設備在襯砌機械設備基礎上的合理配套。

【參考文獻】

[1]王明慧，姚云曉，蔣樹平. 我國鐵路隧道施工方法及適應性研究[J]. 現代隧道技術，2010，03：1-5+12.

[2]張秀清. 高速鐵路隧道施工設備配套與管理[J]. 科技資訊，2011，21：117.

[3]王宏禮，孫建岐. 鐵路特長隧道施工機械配套技術[J]. 鐵道建筑，2011，10：32-34.

[4]李德宏，和永清，此登，張啟洲，李志山. 高海拔寒區隧道施工機械選型配套研究[J]. 公路交通科技（應用技術版），2014，01：196-198.