山嶺隧道工裝的配備研究

孟慶龍

（中鐵十七局集團第一工程有限公司，山東 青島 266000）

1 山嶺隧道鉆爆法施工技術概述

由于我國領土內山脈比較多，所以隧道建設工程的數量也比較多。隧道選址要求堅固性強、穩定度高，所以通常設置在巖體深處地層中，且該位置還應當滿足圍巖負荷小、坑道穩固、沒有偏壓受力等要求。在這種區域建設隧道的優勢是安全性高，并不需要太過復雜的支護體系[1]。當前，山嶺隧道應用最為廣泛的施工方式有隧道掘進機施工法與鉆爆法兩種。其中前者主要適用于地下通道工程挖掘專用施工設備，其挖掘速度快、安全性能高、經濟實用，且不會危害生態環境。而鉆爆法則是借助鉆孔、裝藥、爆破等形式對巖石進行挖掘，其具備地質條件適應性強、開挖費用少，最適用較為堅硬的巖石隧道、破碎巖石隧道或者多個短隧道工程的施工，且兩者對比，鉆爆法的優勢更為明顯，比如：適用范圍寬泛、設備投資少、施工準備時間短、遇到地質條件變動可以及時修改施工方案等。這也是鉆爆法在山嶺隧道施工中得到廣泛應用的主要原因。

2 山嶺隧道鉆爆法施工機械設備配套簡介

2.1 硬巖掘進機（TBM）

硬巖掘進機主要包含三種結構形式，分別是為開敞式硬巖掘進機、單護盾式硬巖掘進機、雙護盾式硬巖掘進機。

2.1.1 開敞式硬巖掘進機

最為經典的機型是德國Wirth公司的雙排支撐靴結構方式與美國Robbins公司的單排支撐靴結構方式兩種，適應用于難坍塌巖石隧道或者穩定性較強的地層隧道中。需要注意的是，在實際掘進過程中遇到破碎地層時，應當在護盾之后即刻予以噴錨支護，山嶺隧道最終的支護形式為混凝土襯砌。

2.1.2 單護盾式硬巖掘進機

跟開敞式硬巖掘進機相比，單護盾式硬巖掘進機帶有較為系統的圓形護盾，推進時主要憑借推進缸在組拼完畢的管片上得到支反力。但是單護盾式硬巖掘進機的缺陷是管片安裝和掘進操作無法在相同時間內進行，且施工速度比較慢，所以對其的運用偏少。

2.1.3 雙護盾式硬巖掘進機

該設備的掘進原理跟單護盾式硬巖掘進機一致，只是配置略有不同，雙護盾式硬巖掘進機前后各有一個護盾，且兩個護盾之間帶有伸縮護盾，而后護盾部位安裝了一套支撐靴。當地質條件比較惡劣時，會選擇雙單護盾形式予以推進。

2.2 鑿巖設備

鑿巖設備是山嶺隧道鉆爆法施工中的龍頭設備，其配置是否科學、合理、規范對山嶺隧道工程的施工進程和經濟效益息息相關[2]。比較常見的鑿巖設備有以下三種：

2.2.1 液壓鑿巖機

對液壓鑿巖機而言，液壓馬達是提供動力的主要部件，但是該設備只能在臺車上應用。其中液壓鑿巖臺車根據結構形式差異可分為實腹式與門架式，根據行走方法不同分為軌形式、輪胎式以及履帶式。其中門架式液壓鑿巖臺車的腹部能夠為運送碴的車輛提供通行道路，大大提升了山嶺隧道中橫斷面空間的利用率，且每個施工程序所應用的設備都具備一定獨立性，該設備在單線鐵路隧道中的應用最為廣泛。液壓鑿巖臺車在開挖環節與鉆孔環節的工作效率比較高，且工人勞動強度不大，勞動環境較好，但是其前期投資相對而言較大。

2.2.2 多功能開挖臺架

早在1990年，我國隧道施工企業就已經研發出風鉆多功能臺架配套法，主要是其能夠節省成本，其優勢眾多，比如：制作簡單、成本造價低、容易推廣；具備較強的靈活性，適用范圍比較廣；應用成本極低，同時對全斷面大楔形斜眼掏槽爆破技術的運用有很大幫助，爆破質量優良，施工速度快，而且有基本保障；與我國國情十分相符，即勞動資源充足且廉價。此配套形式在某個時間段憑借其自身諸多優勢得到了有效應用，然而其也存在較多問題，如科技含量過低、施工人員勞動強度較大、勞動環境條件惡劣，比如作業面窄小、粉塵多、噪音大，對施工人員的身體健康帶來了極大的隱患，因此無法充分滿足當下新時代的發展需求等。

2.2.3 手持液壓鉆及液壓站

手持液壓鑿巖機主要是依靠液壓油提供動力，主要是因為液壓油耗費量小、能源利用率高。跟其他鑿巖機相比，液壓鑿巖機所耗費的動能只是1/3移動空壓機能耗～1/4固定空壓機能耗，而且液壓鑿巖機還具備工作效率高、不污染環境、噪音低等優點。但是，液壓鑿巖機的內部結構十分復雜，這對后期的維修工作帶來了極大的困難，同時也對維修工作人員提出了嚴格要求。

2.3 運輸方式

隧道運輸一共包含3種方法，分別是無軌運輸、有軌運輸和皮帶運輸。其中前兩種運輸方式應用比較廣泛，皮帶運輸則是極少在隧道工程中應用，因此此處不對其進行過多闡述。

2.3.1 無軌運輸

該方式的主要輸送工具是自卸車輛，經常在大斷面隧道以及短距離隧道中應用。主要優勢為機動靈活，棄碴時能夠一次運送到棄碴場所，不用二次倒運。不足是其所生成的廢氣、噪音容易對環境造成危害，尤其是長距離隧道施工階段，通風無法解決，直接致使隧道底部嚴重受損，輪胎損耗也比較大，這在小斷面隧道工程中極易受到制約。

2.3.2 有軌運輸

在隧道中鋪裝軌道，通過電瓶車設備牽引碴車與進料車予以運輸。優勢為不會產生廢氣、噪音等污染，施工通風也十分簡單，不會傷害隧底，比較適合在長大隧道與小斷面隧道施工中運用。缺陷為機動性能差、一次性投入較大、施工管理難度較高，如果棄碴場地距離比較遠，還需要在洞外設置二次棄碴倒運站。

通過上述對無軌運輸和有軌運輸兩種方式的對比分析，建議：如果該山嶺隧道為獨頭掘進且不超過1 000 m的短距離隧道，同時斷面條件符合，那么應當優先選取無軌運輸形式；如果該山嶺隧道為獨頭掘進且超過1 000 m的長距離隧道，那么應當有限選取有軌運輸方式。

2.4 支護襯砌設備

2.4.1 初期支護設備

在山嶺隧道施工準備階段，應對噴射混凝土、錨桿、掛網以及鋼拱架予以有效應用，組成臨時性的支護體系。其中混凝土噴射機分為干噴和濕噴兩種，根據結構形式不同又分為活塞式混凝土噴射機和轉子式混凝土噴射機。兩者對比，轉子式混凝土噴射機構造簡單、成本偏低，而活塞式混凝土噴射機則是濕噴時多采用，并且噴射效果極佳，還可以在鋼纖維噴射中予以應用，但是成本比較高。

2.4.2 二次支護設備

在山嶺隧道施工環節，二次支護主要采用混凝土砌筑，混凝土澆筑襯砌所選取的機械設備，按施工技藝不同，配置形式眾多，較為常用的有混凝土拌合站、混凝土輸送車輛、混凝土輸送泵、襯砌模板臺車等。

3 山嶺隧道機械配套中需要注意的問題

3.1 提升操作人員、維修人員以及管理人員的素養

山嶺隧道施工效率的高低不但跟其機械化施工的程度以及配套機械設備的生產效能有很大關系，而且還與配套設備的養護管理有很大關系[3]。對此，應當注重并培養操作人員、維修人員、管理人員的道德素養與專業技能，讓施工更加科學、合理、規范，讓設備得到良好保養，減少維修頻次，同時也能夠讓維修效果得到顯著提升，借此避免設備因故障而出現停機的情況，為隧道施工的順利、穩定、安全進行奠定良好基礎。

3.2 準備充足配件

在山嶺隧道工程中，為了使零配件和整機的使用期限匹配，需要對配件更加妥善有效地管理，加強預見性，同時預備好充足的配件量。

3.3 優化洞內調車軌線布置

為有效處理施工器械設備和土木專業技術的配套銜接不嚴密等問題，當有軌運輸大型器械設備進入隧道時，應鋪裝科學合理的中、重型運輸軌道，并對洞中調車軌線的布局予以改善優化，該措施可大幅度減少會車、調車的時間。

3.4 將隧道中通風防塵與防排水機械納入機械化配套中

在山嶺隧道施工環節，有軌運輸往往會產生較多有毒有害氣體和粉塵等污染物，不僅對周圍生態環境帶來了極大的危害，同時對施工人員的身體健康也有很大威脅，主要污染源是爆破操作所產生的有害氣體，以及噴射混凝土操作所產生的粉塵。對此，應當在山嶺隧道機械化施工配套中加入通風設施和防排水機械，以此減少對工人的傷害。

3.5 合理調整三條作業線的施工順序與間距

結合山嶺隧道實際施工進度和現場情況對三條作業線的工序、間距進行科學有效的調整，盡量避免在施工過程中出現沖突或碰撞。此外，對于無平導獨頭施工、掘進工作面挖掘和仰拱檢底平行操作等問題，采取規范合理的措施予以解決處理。

3.6 機械選擇

山嶺隧道施工在選擇需要用到的機械時，不僅要跟合同中所提出的要求相符，還要對其成本、生產效能以及技術工藝方面的條件予以全面考慮。比如購置成本、利用率、運行效率以及其他消耗和施工周期要求等；技術則主要是指工作量、靈活性、耐用性、可操作性以及維修是否容易等。除此之外，在對山嶺隧道施工機械設備的配套進行選型時，應當將機械完成配套之后的綜合能力為核心，讓這些單機的機械能力和生產能力達到平衡，實現經濟且合理的目標。同時也要對機械的安全性能予以考慮。

4 結語

對山嶺隧道而言，其工裝配備并不是以先進為主，最重要還是配套的合理性，即社會環境、施工安全、技術條件以及投入成本等。所以我們更應該根據施工的地質條件，研究開發適合本工程的工裝設備。