铁路长大隧道机械化配套施工的探究

铁路长大隧道机械化配套施工的探究

王三福

（中铁隧道集团一处有限公司重庆401123）

【摘要】铁路是我国发展的基本建设设施之一，其中特长隧道穿江过河隧道、穿越地质复杂区域隧道占有很大的比例。要发展和做好我国的铁路事业，就必须重视和强化隧道的建设工作。近年来，我国国国民经济实力的不断增强，建筑市场发展迅速，规模逐渐扩大，对于复杂的地质条件和建设标准的不断提高，也要改变过去粗放型的施工管理模式，将新型的机械化配套作业应用其中，才能顺应当前发展的需要，更好的促进我国铁路事业的发展。本文对铁路长大隧道机械化配套施工的影响因素、配套原则、基本方式做了深入的分析，并结合自己的经验提出了几点有效建议，以期为铁路长大隧道工程的机械化配套施工提供借鉴和参考。

【关键词】铁路长大隧道；机械化配套施工；建议

【中图分类号】U455【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）02-0135-02

近年来，我国铁路事业发展迅速，很多特长隧道建设都在如火如荼的进行中。但随着铁路建设的不断深入开展，之前粗放型的施工管理模式已经不适用于当前的大规模建设形势，就在这样的背景下，机械化配套作业管理模式应运而生。但从目前来看，尽管我国铁路隧道建设总量已经远远超过世界其他国家。但是我国铁路软岩隧道施工的快速修建设备配套技术水平、施工装备及国产化仍处于隧道施工机械化初期，整体技术仍较落后，这就要求我们必须从各个方面强化对机械化配套施工技术的发展，以促进我国铁路事业的进一步腾飞。

1.设备选型与配套的影响因素

机械设备的选型与配套直接影响隧道施工的工期、质量、安全、成本和环保要求等，其合理配置和使用的主要标志是经济性、高效性和环保性。这主要取决于施工实施方案及与之配套的环保设备选型。如果施工方案、设备配置等存在问题，那么在施工阶段无论怎样精心安排，都很难取得满意的经济效果。选择机械设备时主要应综合考虑以下因素。

1.1施工方案

机械设备的选型与配套和施工方法密切相关。根据项目的工程投资规模、工程性质、施工组织设计和投标书的承诺，制定出切实可行、科学合理的施工设备的配置计划，使所配置的施工设备的型号、规格、能力与工程任务和环境相适应，形成与工程量相匹配的机械化施工能力[1]。通过地质条件和工期要求的综合比选，确定总体方案采用传统的钻爆法施工，以机械化施工为主，洞内无轨装碴，低污染自卸车运输；开挖以全断面法为主，局部软弱围岩段采用短台阶法；二次衬砌采用全断面整体液压钢模衬砌台车，洞内混凝土运输采用无轨方式。选择的机械设备要与此方案相适应。

1.2工期

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，因此工期要求紧时，应选择性能好、产量高的设备，且数量要能满足要求，各种设备之间互相匹配，防止出现大马拉小车的现象。天平山隧道要求必须在34个月内贯通，月开挖进尺达360m以上，机械设备配备的型号和数量必须满足此要求。

1.3隧道自身规模

隧道长，投资大，适合大型机械设备发挥其能力，相对摊销成本也较低，比较经济；对于小隧道，使用大量的机械设备经济上不合算。应根据隧道的规模来选配机械设备，要考虑投入产出的关系.

1.4隧道断面形状和尺寸

设备选型时必须考虑设备本身的外形尺寸、工作半径（如装碴设备）等。天坪山隧道为单洞双线隧道，需考虑2个主要问题：①装碴设备的工作半径，若太小则影响装碴速度，太大则效率得不到充分发挥；②所有的运输和随时进出洞设备的外形尺寸要能满足通过衬砌台车和错车安全距离的要求[2]。

1.5环保、职业健康要求

长大隧道洞内通风距离长，排烟难度大，应尽量选用电动设备，少用或不用内燃设备，且选用大功率通风设备可以改善洞内工作环境，保证操作人员的身体健康。此外，设备的噪声污染也应适当考虑。

1.6企业的发展战略要求

按照企业的长远规划和可持续发展的目标，必须重视科技进步。技术装备能力是其中的重要标志之一。借助重点大型工程提高企业的装备能力，既可以加快工程进度，又可以创造企业信誉，树立企业形象，同时也促进了企业的技术进步。

2.长大隧道机械化施工设备的配套原则

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[3]。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[4]。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。

3.长大隧道钻爆法机械化施工设备配套的基本模式

长大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。

3.1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限制，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[5]，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。

3.2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。

3.3二次衬砌作业线

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300m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9m和12m.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。

4.隧道机械化配套施工的几点建议

随着建筑领域施工技术的不断提高，传统的隧道施工工艺已难以满足国家对环保、低耗、经济性和安全质量方面的要求，而实行先进的机械化配套施工则是隧道施工的必然趋势。从长洪岭隧道机械配套施工看，经过近两年的机械化配套施工实践，顺利实现了机械化配套所期望的目标，提升了标准化作业水平。主要经验是：

4.1立足项目施工特点，合理配备施工资源

我们结合隧道工期紧、工程量大、区域性断层破碎带多、岩溶富水发育等特点，对施工组织进行认真策划，组织专家多次论证机械化配套施工方案，形成了隧道钻爆作业、装砟运输、锚喷支护、仰拱铺底及混凝土衬砌5条机械化配套作业生产线。同时，根据施工实际进行地质预报、超前支护及围岩注浆辅助作业线配套，精心组织隧道施工。一是根据施工总体计划和施工要求，确定机械设备需求计划；二是在满足总进度计划前提下，充分合理利用施工机械，对设备资源进行调整和优化；三是合理选择主导机械，力求组合机械施工最佳匹配。在隧道施工前期，我们引进水平地质钻机和三臂凿岩台车，混凝土机械手、自行式移动栈桥、自卸汽车及挖掘机、装载机、液压模板台车、混凝土输送车等陆续进场，形成施工设备重点配置，地质预报、超前支护及围岩注浆等辅助设备最佳配置，实现平行作业。

4.2制定配套目标，做好人员培训

我们依托机械化施工支撑，提升标准化作业水平，对机械操作人员开展多种形式的教育培训。一是邀请厂家授课，在设备进场同时，设备厂家工程师到现场讲解设备操作和理论知识；二是开展岗前培训，在隧道开工前，组织机管员、设备操作人员进行岗位培训，做好上岗前取证工作；三是编写机械操作教程，根据实际为每台机械设备编写《操作手册》；四是开展相互交流，为机械操作、维修、管理人员搭建平台，加强交流，熟悉机械设备性能，充分发挥机械施工优势。

4.3降低施工风险，推进安全生产标准化

要从施工的实际情况，根据施工的特点，合理选择工具，TSP超前地质预报系统、地质雷达、红外探水、水平超前钻孔等探测工具是常用的。另外，意大利产C6多功能地质钻机较国产钻机效率能够提高1倍以上。在隧道开挖和喷浆时，三臂凿岩台车只需6名操作人员，湿喷机械手只需2名操作人员，且所有操作人员均在有防护的设备内，有效减少了掌子面气雾和岩尘侵害，为作业人员营造了良好的施工环境。

4.4降低劳动强度，实现人员配备标准化

根据各工序机械化配套情况，要对隧道作业人员进行优化组织，要根据“以机定班、按班设岗、以岗定责、以责促为”的原则进行人员设置，以达到“以机代人，降低劳动强度、精简作业人员、提高作业效率”的人力优化目标。在隧道开挖中，可为2台凿岩台车配置2个作业班组，每班3人，配置主司机、副司机各1人，旁站指挥人员1人；在喷浆作业中，1台机械手配置2名作业人员；在出砟作业中，根据装运设备数量也进行定额配置人员。

4.5实施单机核算，提升成本控制标准化

将机械施工的总体成本核算分解成为油料核算、修理费核算、配件核算、轮胎核算、工资核算、操作司机保管费等分项费用核算，并按分项成本进行管控。将单台机械施工中所发生的燃料动力费、经常维修费及人工费等可控费用包干到人，把操作人员的收益与单台机械所发生的成本紧紧捆绑在一起，将考核机械设备经济指标作为操作人员工资发放的重要依据，有效调动机械操作人员积极性，实现了项目总成本的稳定可控。

5.结语

综上所述，机械设备配套施工技术是顺应社会发展应运而生的一种新型施工管理模式，更是当前长大隧道顺利开展的重要技术，不仅改善了工人作业环境，也在降低工人劳动强度方面有无可比拟的优势，对未来铁路的发展起着至关重要的作用。在实际工作开展中，要合理选择设备类型，做好配套才能真正提高长大隧道的施工效率和施工水平。

参考文献

[1]刘进军.高速铁路长大隧道施工机械配套技术研究[D].西南交通大学，2012.

[2]汤宪高，单向华，魏志宏，孙国新.长大铁路隧道机械化施工配套技术经济分析研究[J].隧道建设，2012，03:270-274+286.

[3]李有兵.长大隧道机械化配套安全快速施工技术[J].现代隧道技术，2012，05:110-116.

[4]张丕界.长大隧道机械化施工设备配套技术[J].隧道建设，2006，01:39-43.

[5]张燕婷.复杂条件下超长隧道快速施工技术研究[D].安徽理工大学，2013.