隧道工程机械化施工

隧道机械化施工的认识报告

概述

我国铁路隧道机械化施工是自20世纪80年代才开始的，以衡广复线大瑶山隧道建设为起点，然后在大秦、南昆、京九、西康等铁路建设中推广完善，形成了多种机械化施工成套技术和设备配套模式。可以说，大瑶山隧道是我国铁路隧道钻爆法机械化施工技术发展的标志，20世纪90年代西康铁路秦岭特长隧道则是全断面硬岩掘进机(TBM)施工技术发展的标志。两次技术飞越对我国隧道施工技术发展影响甚大。它不仅使隧道施工进度明显加快，而且使人们认识到大规模机械化作业是今后隧道施工技术的发展方向。没有机械化，就不会有快速施工，就难以在较短时期内完成各类大规模的隧道建设任务，这一点目前在铁路建设施工企业中已形成共识。而其他各种施工技术也必须在机械化条件下来实施，并且要与机械化施工的要求相适应才能继续发展下去。

21世纪是隧道与地下工程更加迅速发展的世纪。未来20年，我国交通隧

道的工程规模将越来越大，技术难度也越来越高。为加快工程建设，必须迅速提高机械化施工技术水平，推进国产化装备的技术进步。

近年来，隧道的施工日渐增多,隧道施工突出“长”、“快”的特点。隧道施工是线路施工的关键环节之一，往往影响整个工程的进度。因此，如何采用合理优化的技术方案, 选

用适当的施工机械用于配套施工，已成为隧道施工中的核心所在。

一、隧道机械化施工设备的原则

修建隧道所用的工程机械设备，分为通用机械和隧道专用机械。前者如空气压缩机、混凝土搅拌机、水泵等；后者按施工工序又可分为开挖机械、装运机械、喷锚机械和衬砌机械等。隧道施工所用的机械应具有以下特点：第一，机械轮廓尺寸符合隧道内施工场地和空间净空的要求；第二，运输工具便于装卸和调车等操作，以提高运输效率；第三，设备动力装置排放的气体应符合有关规定；第四，符合地下工程施工技术安全的要求。

隧道和地下工程的施工方法基本分为两大类，即钻爆法和掘进机法，目前国内山岭隧道多采用钻爆法施工。隧道钻爆法施工时，用气腿式凿岩机或凿岩台车钻孔，人工装药爆破后，多采用大型装载机配合自卸汽车出碴，即无轨运输方

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式。目前长大隧道常用的是无轨运输，特别是公路隧道，因断面较大，基本全部采用无轨运输。断面较小时，若采用装载机装车困难时多用有轨运输，一般用风动或电动装碴机，将碴装入斗车、槽式列车或梭式矿车内，由电瓶车牵引出碴。目前，隧道内壁均采用复合衬砌，复合衬砌就是用喷射砼及钢架、锚杆、钢筋网等组合作为初期支护，采用模板台车浇筑二次衬砌砼。初期支护与二次衬砌间一般设防水层，在石质较好的情况下也可采用喷射砼做衬砌。隧道全断面的衬砌施工采用模板台车，由混凝土搅拌站拌合的混凝土，经混凝土输送车或混凝土输送泵送达衬砌工作面。

隧道施工中的辅助工作，如供应压缩空气、排水、供电等均采用通用机械。隧道施工通风多采用轴流式通风机。在有瓦斯地段，除加强通风外，应采用防爆型机械施工。隧道照明和动力一般采用发电站和压缩空气站供应。单坡隧道，一端往往需要设置强有力抽水设备。隧道内遇有高温或热泉时，还需设置降温设备等。

二、隧道钻爆法机械化施工设备配套的基本模式

隧道施工的机械配套应当本着“性能可靠，技术先进，满足需求，略有储备”的原则进行。一般情况下，施工机械化程度越高，生产效率就越高，施工进度也越快，因此在具体工程施工时，应尽量选择性能好、产量高的设备，且数量须满足作业要求，各种设备之间互相匹配，防止出现大马拉小车或小马拉大车的现象。隧道施工的机械设备配置主要围绕3条作业线进行，即挖装运作业线、初期支护作业线和二次衬砌作业线。除此之外还应有风水电等保障设备。 2.1挖装运作业线

钻爆法开挖施工中，国内目前多采用自制多功能台架，台架根据隧道断面高度进行分层，便于人工钻孔及喷锚支护操作。台架上配备多台风动凿岩机钻眼，人工装药爆破开挖。钻孔作业也有采用液压凿岩台车进行的。

出碴运输是钻爆法施工中设备配套选择的关键，目前主要采用的是有轨运输和无轨运输两种方式。有轨运输对洞内的污染少，但专业设备多，日常的组织管理、养护、维修复杂；无轨运输的设备配备简单，组织管理相对容易，但洞内因内燃机械尾气影响污染较严重，对通风能力要求高，且隧道断面较小时无法采用。

隧道出碴运输采用无轨运输方式时，开挖面采用侧翻式装载机装碴，大吨位自卸汽车将洞碴直接运至洞外弃碴场；采用有轨运输方式时，为提高效率，开挖面一般配备自动装岩设备。洞内铺设轻型钢轨，采用电瓶车牵引大容量自卸矿车将洞碴运出洞外弃碴场，或在洞口采用装载机配合自卸车二次倒运至弃碴场。 长大隧道由于受施工工期的，多采用辅助坑道进行施工，一般为斜井和横洞。斜井和横洞的施工与正洞类似，出碴运输多采用无轨运输，但在斜井坡度过大、无法采用无轨运输时采用有轨运输。特殊情况也可在正洞用无轨运输，斜井段采用有轨运输，需要在斜井底将洞碴倒运至侧卸式矿车，然后由双钩大绞车牵引到井口车场后再行倒运。 2.2 初期支护作业线

隧道初期支护设计一般为锚喷支护，喷射砼施工每个作业面配备3～4台砼喷射机。喷射砼拌合采用强制式搅拌机，喷射砼的运输与出碴运输的方式相

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同，有轨运输方式可用轨行式罐车，无轨运输方式可采用自卸汽车或砼罐车运输。锚杆一般采用风动凿岩机成孔，人工安设，也可采用专业的锚杆机施工。 2.3二次衬砌作业线

隧道二次衬砌施工，一般在洞外设置自动计量拌和站生产砼，有轨运输时采用轨行式输送车，无轨运输时采用砼罐车。每台模板台车配备2台砼输送泵，1台浇注砼，1台备用。每个输送泵配备300 m左右的输送管。二衬砼施工采用液压式整体模板台车，沿铺设的轨道行走，长度一般有9 m和12 m．另外每台模板台车配备1个简易台架进行灌注前的防水板安装。

三、隧道的施工机械实例

目前正在建设中的太古高速公路中的西山特长隧道长13.63 km，是整个项目的控制性工程。隧道穿越多条断层破碎带，施工难度大，建设工期为3年。为了确保施工进度要求，每次开挖掘进必须在4 h以内完成，每循环进尺为2.4 m.每个钻孔约需15 min，一共180个钻孔，所以在该断面需要配置13台YZ- 28型气腿式凿岩机在3台阶上同时进行孔施工，3个台阶同时完成钻孔施工一共需要210 min，满足要求。钻孔完成后进行炸药的装填，约需1 h.随着洞身的纵向加深，工区掘进任务单线多于4 000 m，为了保证气腿式凿岩机的充足动力，洞口空压站配备了20 m3/min电动空压机10台以提供高压风，目前单线施工开启4～6台。 3.1出碴

由断面积可知每一循环进尺2.4 m生虚碴约为315.2 m3，由于碴场离隧道口约1 000 m左右，加上连续不断爬坡，坡度达13.6%，为了能够在3 h以内出完，所以出碴采用1台CAT320D挖掘机和1台小松WA380侧卸装载机同时进行装碴作业，并由8台北方奔驰ND3260SIF/19 t自卸车运到碴场，共历时2.5 h.

3.2 初期支护

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初期支护主要是进行工字钢钢架的架立，钢筋网片焊接，锚杆的打设，由15名工人3台阶同时进行，用时2 h.随后由12名工人进行喷射早强混凝土施工 用时2 h.经过以上主要4道工序，历时12 h可以完成开挖一个循环，所以一天24 h不间断施工可以保证2个循环，进尺共4.8 m.

3.3衬砌施工

配备2台1000型和1台750型混凝土拌合站。4台沃尔沃混凝土运输车。隧道衬砌采用12 m长的液压模板台车施工，砼运输采用沃尔专用混凝土运输车运输，从搅拌机卸出到浇灌完毕的延续时间不超过120 min.混凝土搅拌运输车在运输途中，拌筒应保持3～6 r/min的慢速转动。一般12 h左右浇注一板二衬混凝土。

四、隧道机械化施工设备配套的保障措施

机械设备是施工生产的三大要素之一，也是确保工程按期完成的关键所在。为此，应根据工程任务量和工期要求，在配齐、配足各种机械设备（含车辆）的同时，备足备用和替换设备，做好相应的保障措施。首先，项目经理部均成立设备管理领导小组，队设专职设备管理员。负责机械设备管理、调配、考评及负责设备保养、维修等日常工作。其次，要加强设备日常管理工作，落实设备管理责任制，所有设备操作员做到持证上岗。同时，还要加强机械设备维护保养工作，通过日常的维修保养，充分提高设备的完好率和利用率。上场的机械设备的完好率确保100%.再次，对于备用设备和替换设备（已包括在拟投入主要机械设备表内），应按封存标准封存，并进行轮换保养，备用发电机安装就位，确保可随时启用。对于替换下来的机械设备，应立即组织抢修，达到完好标准后封存，使备用和替换设备与正常投入施工的机械设备同时进场。 总之，对于长大隧道施工，机械设备的选型与配套是其施工成败的最主要因素之一。它不仅关系到施工的速度，而且影响到安全、质量和效益。因此要特别重视机械设备的选型和互相之间要匹配作业，选择时要因地制宜，结合具体情况综合考虑。唯有如此，才能真正提高长大隧道的施工效率和施工水平。

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参考文献：

[1] 杜海若.工程机械概论.西南交通大学出版社，2009.

[2] 帅玉兵.铁路客运专线隧道施工技术[J].山西建筑，2007（6）：339- 341. [3] 张奎,杨维训. 隧道掘进施工作业机械配套技术[J].山西建筑，2007（16）：346- 347.

[4] 朱英会. 圆梁山隧道出口机械配套及供电[J].隧道建设，2006（6）：26.

[5] 貌信光.野三关隧道进口机械化施工设备配套技术[J].山西建筑, 2008(12)：337- 339.

[6] 王 磊.浅谈隧道机械施工设备配套.山西交通科技, 2009(6)：79- 81.

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