特长隧道快速施工中的机械配套方案与优化

覃建华

特长隧道的快速施工对机械设备的配套方案和施工效率提出了更高的要求，从某种意义上说，机械设备的配套方案决定了特长隧道快速施工的成效。文章分析了机械设备选型、配套应考虑的因素，包括施工方案、工期、隧道规模、断面形状、尺寸、作业人员健康状况及环保要求等，并对特长隧道快速施工中辅助洞的机械配套方案进行了研究，重点讨论了运输线开挖、锚喷支护、衬砌路面和辅助工序等施工机械配套方案。

特长隧道;快速施工;机械配套;方案

U455.3-A-31-106-3

0 引言

随着我国隧道施工技术的不断发展，长距离、高海拔等复杂地质结构情况下的隧道工程在不断兴建，这其中以特长隧道的快速施工为主要类型。特长隧道在极大程度上缩短了地域间的通车里程，为各地区的经济发展提供了有力支撑。研究特长隧道快速施工的机械配套方案对于保证隧道的施工工期和质量具有一定意义[1]。

1 机械选型配套应考虑的因素

1.1 施工方案及工期

一般情况下，施工的方案对于工程整体的进度和工序具有直接影响，在施工前应对施工环境的地质条件进行详细勘测，获取可靠、准确的地质结构信息，经过反复论证，考虑诸多在施工中可能存在的情况及其他不确定危险因素，然后制定出合理、可行的施工方案，并经过该领域专家团队审核后通过，方可进行施工。因此，应充分考虑洞口场地的施工条件、前期勘测数据和工程工期等的要求来综合确定施工方案。对于特长隧道而言，一般采用机械化程度较高的施工设备来进行施工，可提高施工效率，缩短工期进度，应首选性能好、效率高、质量优的施工机械设备，使这些施工机械设备在数量和功能上彼此匹配，达到最理想的施工效果[2]。

1.2 隧道规模、断面形状及尺寸

特长隧道在快速施工过程中，对于机械化设备的效率、施工质量和智能化程度要求较高，隧道本身的投资和规模较大，这种情况下，大型的成套机械施工设备较为适用，施工成本相对较经济。出于对隧道内部施工空间的局限性考虑，特长隧道在快速施工过程中所选用的机械设备在功能上应彼此互补，在最大程度上杜绝“功能叠加”的情况发生，充分节省施工占地面积，结合隧道断面形式和尺寸来选用适合的施工机械设备。

1.3 作业人员健康状况及环保要求

应考虑施工人员的健康情况，包括身体情况和精神状态等。洞内施工环境中的空气成分要达标，符合环保规范要求，对于因爆破产生的粉尘、有毒有害气体以及噪音等，应实时、严格监测其具体含量，增加通风措施。为保证洞内施工人员的安全，当洞内污染物浓度超标时，应及时撤出施工人员以保障其安全。综上，机械选型配套应考虑的因素如表1所示。

2 辅助洞机械配套施工方案（见图1）

2.1 运输线开挖施工配套机械

通过对比以往国内特长隧道的工程案例以及分析相关工程文献可知，该类型隧道在快速施工中機械配套的合理性对于工程的质量和工期而言具有直接的影响作用。国内目前在特长隧道的快速施工中通常使用大型凿岩车，例如TamRock三臂液压式凿岩车，并辅以正装侧卸式装载机进行装渣，加上自卸式出渣车，共同构成了开挖运输线。

当特长隧道的断面净空较小、运输距离较长时，施工的路面上一般会伴有积水，此时TamRock凿岩车具备一定的使用优势，施工效率很高，对于辅助洞内的平行作业也能很好地处理。另外，TamRock凿岩车可进行改装，用于找顶，亦可在车上安装水泵，为锚杆供应高压水。对于装渣机械来说，应配备生产效率较高的装渣机，如果以进尺3.8 m且松方系数为1.6来计算，则每次循环石方大约为200 m3，考虑到调车和石渣块等影响，一般来说施工中装渣机的生产效率仅为50%～65%，在特长隧道的快速施工中，对这类机械成套设备的效率提出了更高的要求。国产装渣机中，柳工ZL80C装渣机无论是在装渣速度方面还是在零部件的维修方面均具有一定的优势，能够满足各类特长隧道快速施工中对于装渣速度的要求，其作业半径为4.0 m左右，这种尺寸也适合辅助洞的施工。该类型机械设备的效率在70%以上，因此快速施工中的装渣效果十分理想[3]。

鉴于辅助洞的断面小且路面极不平整，应首选能耗低、排烟少、施工半径小、效率高的运输机械设备。VOLVO公司研发的自卸式运输车在国内的主要特长隧道的快速施工中较为常见，其重量大约为20 t左右，单次运输量高达8～10 m3，涡轮式发动机可以很好地将机械内部的热量再次利用，既提高了运输机械的效率，又降低了废气等污染物的排放，而其7.3 m的作业半径便于在辅助洞及IV类围岩的开挖位置转弯和错车[4]。

2.2 锚喷支护施工配套机械

为保证工程初期支护的质量，锚喷支护应使用较为先进的喷射机械以及优质的锚杆，对混凝土的性能也有一定的要求，并辅以自动化的配射装置，选用国产的拌和机以及混凝土运输车。在岩爆区和富水区，应使用新型纳米施工材料，将硅粉、钢纤维等原料按一定配比添加到混凝土中，配备出喷射混凝土。辅助洞施工可使用MEYCO型混凝土喷射机，该机械设备能够喷射的骨料最大粒径可达23 mm，喷射高度可达14 m，宽度可达20 m，喷射的面积约为250 m2，施工效率达到30 m3/h，配合国产的8 m3混凝土搅拌车便可实现连续喷射施工，为辅助洞快速支护施工提供了保证[5]。

2.3 衬砌路面施工配套机械

当前业内广泛使用的混凝土衬砌机械多为全断面的衬砌台车，属自制轨行式、整体移动式永久支护，该类型施工机械的车架与模板无法分离，具有操作简单、施工可靠、后期维护量低等诸多优点。当辅助洞的围岩成分较好且能达到垫层要求时，路面混凝土按正常工序施工即可。

2.4 辅助工序施工配套机械

（1）通风系统

特长隧道的快速施工是以高效的成套施工机械设备作为基础支撑，而这类高效的施工机械设备在应用过程中又会带来很多问题。例如在快速施工过程中产生大量有毒有害气体和噪音，为此，特长隧道在快速施工过程中必定要考虑到通风问题，这是实现优质、高效、安全施工的基础保障。当前国内在特长隧道的快速施工中以巷道式射流通风为主要技术，该技术结合了双洞式隧道中横通道的特点，良好地解决了长距离施工排烟、排风等技术难题，包括数十台射流风机和轴流风机的运用，配以先进的螺旋风管，使特长隧道的快速施工中辅助洞通风的效果更为明显。

（2）供排水系统

通过我国自主研发的大扬程抽水机和80 mm口径的钢管组成供水管路，当辅助洞为顺坡施工时，可通过两侧自然坡排水。在仰拱和水沟等部位施工时，应设置临时集水坑用来排水，然后通过抽水机排水。如果施工现场水量较大，应考虑使用超大功率的机械设备排水，为辅助洞施工提供良好的条件。若施工现场临近江、河、湖、海等水系，可考虑在满足环保要求的同时设置临时排水沟，将水排至附近水系。

（3）供电系统

特长隧道快速施工所使用的成套机械设备一般功率较大，且作业时间较长，为满足该类型隧道的快速施工，应在施工区域附近架设临时变压器，向施工现场输送6 kV、380 V等不同等级的电压，保证快速施工设备不间断使用。另外，应配置双路供电线路，互为主从和备用，当其中一条线路故障时可自动切换到另一条线路，维持特长隧道快速施工的不间断进行。还应配备可移动式柴油发电机，以供隧道内部照明设备或其他临时性、低电压等级设备来使用。供电系统常用的成套机械设备如表2所示。

3 结语

特长隧道工程一般工期较长，因此，在保证工程质量的前提下快速施工已成为必然趋势。快速施工应以提高隧道工程各环节的施工效率为基础，包括运输线开挖、锚喷支护、衬砌路面等各工序，因此，本文详细研究了这些施工工序的机械配套方案，目的是从根本上提高各施工環节的效率，进而为特长隧道工程的整体施工工期提供保障。

参考文献：

[1]薛 君，郝纯宗，谭忠盛.特长公路隧道机械化配套快速施工技术研究[J].建筑工程技术与设计，2018（16）：2 970-2 972.

[2]汪思海. 单线长达隧道有轨运输机械设备配套选型及其应用[J]. 铁道标准设计，2005（5）：95-97.

[3]万姜林，李桧祥，时圣文，等.单线铁路长隧道机械化配套与快速施工技术[J]. 中国铁道科学，2002，23（3）：108-114.

[4]谢遵党，David J. Reddish. 世界深埋长隧洞建设中的问题及应对措施[J]. 人民黄河，2004，26（10）：37-39.

[5]邓清平. 重庆临江门车站隧道施工技术综述[J]. 隧道建设，2004，24（2）：36-39.