长大隧道快速掘进机械配置
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摘要：高速公路上长大隧道是控制工期的重点工程，隧道掘进工序的快慢直接影响着工程的总工期，本文就天马山隧道进口如何进行机械配置，实现长大隧道快速掘进进行概述。
中图分类号：U453 文献标识码：A
工程概述
天马山隧道设计为一座上、下行分离的双向六车道高速公路隧道，隧道进口位于永春县达铺镇深坂村，有乡村水泥公路可直接连接隧道进口；隧道出口位于安溪县金谷镇深洋村，有乡村水泥公路直接连接隧道出口，交通较为便利。为路线穿越地段内低山丘陵区而建设。隧道总体走向呈北东向弧形。隧道左线起讫桩号ZK1+756～ZK5+457，长3701m，右线起讫桩号YK1+745～YK5+402，长3657m，属分离式特长隧道，隧道进、出口段间距小于25m，需考虑左、右洞相互影响。隧道进出口均采用端墙式洞门。本隧道分别进、出口方向分别由A1、A2合同段施工，合同段分段桩号为左线ZK3+903.234、右线YK3+900。本册图纸为A1合同段部分。
天马山隧道合同段划分表
天马山隧道 A1合同段 A2合同段 合计
左线 ZK1+756 ZK3+903.234 ZK3+903.234 ZK5+457 3701m
2147.234m 1553.766m
右线 YK1+745 YK3+900 YK3+900 YK5+402 3657m
2155m 1502m
隧道围岩级别为V，IV，…级．施工难度较高，初期支护为锚喷、钢筋网、钢格栅，根据围岩类别的不同，分别选用不同的组合。除进、出口各20m段采用喷锚支护、模筑钢筋混凝土衬砌外，其余均采用复合式衬砌．软弱围岩地段采用有仰拱曲墙衬砌。隧道防排水设计涧内设双侧水沟，全隧道拱墙设防水板，衬砌背后设塑料透水管盲沟。
二、长大隧道施工机械化选型与配套
（一）开挖运输作业线
1、开挖机械
辅助洞、隧道断面净空小，运距长，经过详细论证，认为采采用2台AtlasCopco三臂台车进行全断面开挖施工是合理的。该设备采用电力作为动力，由液压动力机组驱动，配有先进的电子控制系统；台车工作高度12m，工作宽度14m，一次可覆盖面积168m2，钻孔速度在普通岩层中可达2.5m/min，硬质花岗岩中可达2.0m/min，最大钻深5.24m，在潮湿、多尘的环境下均可正常工作。2011年4月底开始使用，开挖月进度最高达到198.6米的单口掘进速度。每台台车配备6名操作人员，分两个作业班组进行施工。凿岩台车在实际使用中提高了施工工效，单孔5米深的炮孔成孔时间为1.5分钟～2分钟，全断面开挖单循环时间控制在3小时～4小时，加快了掘进的速度。项目部采用全断面光面爆破，现场实际统计平均线性超挖均能控制在10厘米以内。同时凿岩台车兼顾施钻系统锚杆眼孔的任务，提高了初期支护的施工效率和质量。
2、装碴设备
装碴机械的选择应使之能在开挖断面内高效作业，并和运输机械相匹配，灵活方便，污染小，维修费用低。隧道运输有3种方式：无轨运输、有轨运输、皮带运输。本工程经研究决定采用有轨运输方式。 配备数量N根据需装出的石渣数量V和循环时间要求的装渣时间T及现场实际装载生产率A确定，同时考虑备用量，一般为一台。N=V/AT+n’。一次爆破循环的装渣量V应考虑松散系数、超挖量（公式略）。装载设备的现场实际生产率A除考虑装渣设备的本身能力外，还应考虑运输车辆的外运能力（公式略）。 配备数量还受作业时工作面尺寸的限制。
隧道进出口各使用1台斗容量1m3的PC220-6小松挖掘机进行装渣，配合3台梭式搭接有轨运输矿车，1台ZLC40B型侧卸式装载机在弃渣场平整，4～6h可出完废渣，进行下一个掘进循环。初衬支撑完后，进行仰拱施工仍然使用该挖掘机装渣。
装运碴设备数量的确定：
梭矿需用量计算：通过对每循环松碴量、挖掘装载机生产能力、梭矿每循环需用量、梭矿实际配备量，2km以内正洞需3列梭矿即6辆梭矿，平导需4辆梭矿。一般隧道单口掘进1～2km配4～6台、2～3km配6～8台梭矿出碴，以后每增1km增加2台梭矿出碴。
有轨运输施工前期按两个正洞和一个平导工作面，同时工作系数按0.6计，则实际需配置梭矿数量：(6×2+4)×0.6=9.6(辆)，取10辆。
有轨运输施工后期按四个正洞和一个平导工作面，同时工作系数按0.5计，则实际需配置梭矿数量：(12×4+10)×0.5=29(辆)。
3、运渣设备
机车和矿车应统一考虑，选择大容量矿车必然要选择大功率机车，二者必须匹配。牵引设备采用CDXT-12直流变交流蓄电池机车，该机型牵引力大，制动力强，维修简单，可靠性强，可牵引2台搭接矿车，粘重≥12t，最小曲线半径12m。每台车设1付电瓶组备用，选用CKKF-200/290可控硅整流充电机充电。在坡度7‰情况下，12t蓄电池机车可以拖动2节16m3梭矿。
运输设备采用搭接式16m3梭矿，两车为一组，轨距900mm。16m3梭矿尺寸12840×1580×2490mm，载重32t，理论最大时速15Km，功率2×15KW。有轨运输出碴需二次倒运，在洞外临时碴场设置15～20m卸碴栈桥2座。
（二）锚喷支护作业线
1、锚喷机械
锚杆孔采用台车钻眼，多功能作业台架挂网，挤压式注浆泵注浆。喷射混凝土采用西班牙制造的Sika-PM500PC湿喷机械手，该设备可通过操作有线“遥控器”来控制喷射头进行喷混凝土作业，喷料速度4～24m3/h，喷射头上安装有摆动马达（可240°摆动）和回转马达（可360°回转），且机械手的大臂、小臂均能通过液压驱动后灵活的转动，喷射范围较大，施工中喷头与喷射面之间的角度能够始终保持在最佳角度。Sika-PM500PC湿喷机采用液态添加剂计量输送装置，能够精确地控制速凝剂用量，喷头安装红外线距离感应器，保证了喷头到喷射面始终控制在0.8米，有效保证了喷射混凝土质量，减少喷射混凝土回弹量，混凝土的施工质量也因此得以保证，成本也得以大幅度降低。
表1锚喷支护机械配套表
2、仰拱施工机械
长洪岭隧道进口采用液压移动仰拱栈桥，主桥38m，支点间跨度23m，一个循环最大施工长度20m，可横向移动和纵向移动，施工方便。该栈桥主梁和桥面采用桁架式结构，减少了自重和结构高度，满足了通行和桥下作业净空要求，实现了仰拱全断面作业。移动就位快捷，提高了隧道仰拱混凝土的施工速度。完成一次移动就位仅需1小时，提高了仰拱混凝土的施工速度。
表2 仰拱施工机械配套表
（三）二次衬砌施工作业线
为加快二次衬砌施工进度，长洪岭隧道进口采用两台长度12m全液压整体式模板台车用于二次衬砌施工，隧道二次衬砌所用混凝土来自自建的大型自动计量混凝土拌合站。采用4台容量8m3的罐式混凝土运输车和2台混凝土输送泵进行混凝土浇筑。同备用两台250千瓦发电机，以防停电。
四、机械化配套效果
从对开工以来至2011年9月的施工进度情况进行分析,由于施工初期的人工开挖阶段,施工进度是比较低的,即使在工作面条件最好时,也只有几十米的水平,这就是原始施工的结果。自台车于2011年4月25日进洞实施机械化施工后,整个机械化生产线开始起动和高速运转起来,先进的机械设备配备配套方案的机械效能和效果开始体现,施工速度明显加快,循环时间不断缩短,平均月成洞均保持在160m以上,特别是7～9月,创造了连续三个月独头月掘进超200m,连续三个月月成洞超200m的施工进度纪录,极大地缩短循环时间和加快了施工进度。值得一提的是在8月在受到停电长达143个小时的影响下(143小时的损失,在正常情况下相当于损失了40m多的进度),仍创下独头掘进月进尺220m的纪录。
自开工以来的进度主要指标统计:
平均月开挖:124.91m
平均月成洞:117.06m
最高月开挖:220m
最高月成洞:218m
平均循环进尺:3.2m
开挖最快循环时间:6.83h
开挖平均循环时间:9h
五、械设备选型配套考量因素的体会
（一）施工机械要与施工环境配套。这里说的施工环境包括隧道
断面尺寸，通风要求、洞内各工序布置等。单机选型上要考虑质量可靠、高效．经济、维修方便；组合配套时要考虑设备外形尺寸与隧道断面相适应，各机械之间外形尺寸要适应．配套设备之间生产能力要匹配。
（二）施工机械要与隧道土木作业配套。隧道内土木工程作业
包括：供水、排水、通风、供电等。要解决好施工机械设备与土木
设备的配套衔接，大型机械设备进洞，必须辅设与之相适应的中、
重型运输轨道。洞内调车除采用单开道岔．对称道岔和单侧渡线外，
在门架台车和二次衬砌混凝土泵后分别安放一付单开式浮放道岔。
洞内运行线路宜采用四轨两线制，这样有利于运输避让，节省会
车调车时间。
（三）通风设备与通风方式要配套。特长隧道无轨运输最为重要
的是通风问题。现有的通风方式有：传统的压入式、巷道式、混合
式等，相应风机的选型、风管的选型、风机的布置等都应与通风方
式匹配。
（四）零配件、易损件等应该与主要机械配套。当主要施工机械
设备已确定的时候．相应的零配件、易损件应该与主要机械配套。要解决好零配件与整机的寿命匹配问题尤其是一些部件备品，要有一定的预见性，现场应备足配件。
结束语
天马山隧道隧道的洞身工程地质复杂，在技术管理根据具体围岩情况和施工的安全风险、经济效益综合考虑选取最优的掘进施工方案；合理的机械人员配备、现代化的调度、科学文明的现场施工、严明的奖罚制度为该隧道快速掘进提供了如虎添翼的动力。
参考文献
[1]胡威,杨家松,陈寿根.长隧道快速施工机械选型配套技术[J].东北水利水电,2009(2).
[2] 张泽斌.合理配备机械设备、加快隧道施工进度[J].西部探矿工程,2012(10).
[3] 杨米柱.风火山隧道施工机械配套技术[J].桥隧机械,2009(1).
这个论题写的东西太多空泛，没有实质性东西，应该对一个专题进行剖析