隧道施工中的机械设备配套技术

隧道施工中的机械设备配套技术

【摘要】随着近年来我国交通运事业的快速发展，导致了我国进入了一个全新的交通时代。特别是隧道施工技术的发展，就可以直接利用隧道施工，简短公路的路程，给人们提供更加快捷的交通服务，所以说隧道施工技术的提高有利于我们每一个人。我国隧道施工也进入到了一个机械化时代。我国隧道施工中的机械化配套有什么好处，机械施工设备配套技术有什么原则。机械化配套施工的方法，保障措施都做了一个简要的介绍和归纳总结。希望对隧道施工中机械化的普及，机械的合理使用，施工效率的提高都有一些帮助。

【关键词】隧道施工；机械设备；配套；技术

一、前言

我国的隧道施工技术开始的时候发展较慢，主要就是我国隧道施工中机械化进程开始的比较晚。我国隧道施工中使用机械，是从上个世纪八十年代才开始的。这就导致我国隧道施工技术，直到近年来才开始得到飞速的发展，这都是源于国外先进技术的引用。所以说我国的隧道施工中，机械设备使用的问题，机械设备配套技术发展的问题，机械设备效率提高的问题，都值得我们好好地研究学习。只有我们好好地做了施工的归纳总结，才能让施工中施工机械设备的时候减少出现问题，出现失误。

二、施工机械配套，提高施工工厂化的程度

从我们当前的施工实际出发，采用最多的施工方法是台阶法，其次是全断面法。在大断面的情况下，单侧导坑法（中隔壁法）和双侧导坑法（眼睛法）采用较多。由于施工机械的开发，施工方法有更多地采用全断面法的趋势，即全断面法和超短台阶法相互结合的全断面施工。因此，隧道施工机械化配套技术，必须考虑施工技术的发展，以适应隧道施工技术发展的需求。例如，大遥山隧道施工的机械化模式，基本上是双线铁路隧道机械化的基本模式，而米花岭隧道则是单线铁路隧道机械化施工的典型模式。“台架模式”是一种以多功能台架集约开挖与支护作业，并紧跟铺底和衬砌的施工方法，也是一种以全断面法为主，局部不良地段转换为超短台阶法的施工机械配套技术，在单线、双线隧道中均可采用。

三、隧道施工机械化配套的基本原则

1、隧道施工机械基本上是由掘进、支护(初期和二次支护)、出碴运输及洞

内作业环境的保障设备四大部分构成。这四部分机械和设备的有机配合，就会形成强大的生产能力。但在配套中应将重点放在掘进和支护的机械选择上。因为这是形成生产能力的关键。

在配套方案的研究中,首先要建立基本配置模式,但应留有余地,采用者可根据具体条件,提高或降低其中某些配置的水准。也就是说,机械化的程度，应因地制宜，但都应在基本配置模式的基础上进行，视工程的具体条件和施工单位的机械设备情况,可将机械化分为不同的水平，并按不同水平配置相应的机械。

机械配置水平主要是以开挖机械来划分的。二次衬砌的修筑,不管施工方法如何，多数是采用各种类型的模板台车进行。而运输机械则应与开挖机械协调配置。从目前的实际情况看,大型施工机械,如多臂液压钻孔台车还是比较少的，而隧道的修建数量却大幅度地增长，在这种情况下，采用多功能台架或自行研制的门架式钻孔台车是很自然的。同时，发展适应各种条件下的全断面法和半断面法开挖的各种机械是很重要的。

2、应首先建立配套的目标函数。配套的终极目的是形成一定的、均衡的生产能力。也就是说,在满足工期的条件下,设备最简单、效率最高的配套方案是最佳选择，是我们追求的目标。为保证实现均衡速度的目标,配套的生产能力应具有一定的富裕。即：配套的生产能力>(1.2～1.5)均衡的生产能力。

3、运输设备是保证充分发挥开挖机械和支护机械能力的关键设备，是完成目标函数的基本条件。因此，在配套中必需使运输能力大于开挖能力，为不断提高掘进速度创造条件。

从目前的技术进步看，出碴作业的基本要求是迅速、大容量地将石碴撤离掌子面，使掌子面能及早恢复作业。因此，二次倒运的运输方式和大容量斗车的采用，在国外已成为隧道运输的主流。这一点，在我们研究机械配套方案时应给预足够的关注。在机械配套中必需改变“轻运输机械、重视开挖机械”的观点。在单线铁路隧道中采用无轨运输和有轨运输都是可行的。从运输方式看，机械化配套方案要包括两种方案以供选择。因此，研究在何种条件下，选择何种配套方案的问题是十分重要的。

在运输方式上目前采用的有以下几种方式：有轨运输方式；无轨运输方式；集装箱运输方式；皮带运输机方式；管道运输方式。

目前运输方式主要在有轨运输和无轨运输两种方式中选择。在大断面隧道中偏重选择无轨运输方式，在中、小断面或独头掘进长度较大的隧道中，则多选择有轨运输方式。

4、铺底或仰拱超前的施工机械。在支护机械中，发展湿喷技术。在地质条件急剧变化的情况下，为保证施工安全，特别是要保证掌子面的稳定，必要时，应采用“先支后挖”技术，即采取超前支护的方法进行施工。

为充分发挥综合机械化施工的预计能力，加强维修管理，使机械经常处于“备战”状态，是十分重要的。必须改变“重使用、轻维护”的观念，应该在施工循环中给出一定的维修养护时间并储备比较富裕的配件。

除了机械要经常处于良好状态外，更为重要的是要保证洞内外轨道或道路的良好状态，这也是施工管理水平的一个标志。过去由于“抢工期”、“抢进度”，我们经常忽视了对道路或轨道的维修养护，带来了不应有的损失，这个问题在大型机械化施工的条件下尤为严重。

在有轨运输的条件下，轨道类型的选择与车辆的体积及隧道长度（总出碴量）有关，在使用小型车辆时，使用24kg/m轨是合适的，但随着车辆的大型化，轨道类型也应随着变化，以满足隧道施工运输快速重载的需要。例如米花岭隧道和正在施工的秦岭隧道，基本上都是采用38kg/m轨。而在采用大容量矿车时，如目前在一些隧道中采用的14m3的梭矿、16m3及20m3的矿车等，都必须采用重型轨道，研究指出，在这种情况下，采用43kg/m类型的轨道可能是合适的。

随着重型轨道的出现，与轨道结构有关的问题也必须同步解决。如与轨道配套的道岔结构、调车、线形等。

在无轨运输中，重要的是大型车辆的行驶路面，必须保证在行驶车辆的重量、速度条件下的安全行驶，并减少车辆行驶中的轮胎磨损。因此，路面结构必须牢固、平整、耐磨损、耐冲击。在隧道施工中，采用超前铺底或先修筑仰拱的方法，可以较好地解决隧道路面问题。

道路或轨道状态的好坏，直接影响机械效率的发挥和综合生产能力的发挥，是不容忽视的。

5、对我们目前经常采用的各种施工机械进行生产能力的统计分析，发挥单一机械的生产能力是形成综合生产能力的基础。而配套机械的协调配合则是形成

综合生产能力的关键。为了形成均衡的、综合的生产能力，必需首先摸清但一机械在各种使用条件下的生产能力。当前，这只能用统计的方法，把各种施工实例进行数理统计，寻求合理的数据。而对配套机械综合生产能力的统计，也只能在统计已成功的隧道施工数据的基础上进行。因此，确定几个工点进行统计分析是必要的，也就是说，在进行机械效率和配套机械效率的分析中，一定要引进数理方法，不能单凭主观的臆断。

四、坑道开挖机械化作业

为加快坑道工程建设速度，进—步提高坑道开挖机械化作业水平．现就目前国内外坑道开挖机械化作业情况做一简要介绍。当前．坑道开挖主要有两种方法：一是钻孔爆破法(简称钻爆法)，二是隧道岩石掘进机法。两种方法各有千秋，但现在以钻爆法为主。钻爆法主要由钻孔、爆破、出碴三项工序组成。其中，钻孔和出碴作业劳动强度大，工时消耗多，钻孔所需时间一般约占开挖循环时间的40％～50％，出碴约占35％～40％。因此，合理选择钻孔与出碴机械设备，对于缩短作业时间，提高作业效率，降低劳动强度，是十分重要的。

1、钻爆法施工机械化成套设备攻关

近年来，我国隧道钻爆法施工机械化技术水平有逐步下降的趋势，主要表现在20世纪80年代后大量引进的一些先进设备如全液压凿岩台车、低污染自卸车、喷锚三联机等设备因投入大、台班费用高已逐步退出施工现场，取而代之的是传统的人工凿岩、国产设备装渣运渣、小型湿喷机喷浆衬砌等。再加之我国劳动力资源丰富，劳动力价格低，可显著降低工程造价，施工企业对国外技术依赖程度也降低了。

赖教授从这种现象背后看到了积极的发展趋势。他想，如果在这些低成本配套的基础上通过技术创新和科技攻关，使这些“土设备”具有比较先进的技术性能、作业线的综合效率和安全环境，就可能完全依靠自己的力量形成一种符合我国现阶段国情、更有普遍推广应用前景的机械化配套模式。

2、非钻爆法施工机械的开发应用研究

隧道施工久有“怕软不怕硬”的说法，意思是软岩或土质隧道围岩稳定性差，安全风险大，事故隐患多，支护困难，进度慢。这些固然是由软岩的本质决定的，但也与钻爆施工法关系密切。要改变这种现状，关键是采用非钻爆法施工，

减少对围岩的扰动，采用分部开挖、短进尺、快支护、早封闭的方法，则可大大提高安全性。目前，适于这种施工模式的设备主要是臂式掘进机、全断面掘进机和盾构。后二者用于掘进距离长的隧道是最经济的。

自西康铁路秦岭特长隧道成功使用全断面掘进机以来，我国已引进多台大直径全断面掘进机机组成功地建设了多座水工、铁路隧道，盾构技术更是在地铁施工中得到广泛应用，这为非钻爆法施工大型技术装备的国产自主创新开发打下了坚实的基础。

但赖教授客观地认为，若要实现完全的中国制造，还必须组织较大规模的科技攻关，以解决诸多设计和制造中的关键技术难题。特别是全断面掘进机机组，由于每个工程的特点和对机组的实际要求不同，通常在订货前都要根据工程的实际情况进行设计和技术组合。这样，掌握全断面掘进机的基本理论和设计方法就成为技术开发的基础性工作。但目前我国在该方面的研究成果甚少，必须进行全面系统的研究，形成完整的理论体系，为自主创新创造条件。

五、隧道机械化施工设备配套保障措施

在隧道施工过程中，机械的使用已经成为三大要素之一，只有更好地使用机械，才能有更高的效率。所以要根据整个工程的工程总量，合理的做好保障工作。要准备好所有的机械设备的零部件准备，也要准备好所用以替换的零部件，这样的保障措施是很有必要的。第一，要成立设备管理领导小组一般有项目经理主要负责人来担任组织负责人，备管理员的工作要有专职的人来做。要有专职的人来从事机械设备的管理工作。要做好机械设备的调配，准备工作。整个领导小组要对设备保养工作，机械设备零部件的维修维护等日常工作来负责。其次，就是日常的工作不能忽视，必须要把日常工作落到实处，实行责任制度，谁负责出了问题就谁担责任，所有机械设备操作人员必须有相应的从业资格，一定要做到持证上岗。最后也是最重要的就是还要加强机械设备维护保养工作。这个工作对于隧道机械施工配备技术来说是最重要的一环。只有通过日常细致负责的维修和保养，设备才能以最好的状态开工使用，就可以实现设备的高效率。所有机械设备必需百分之百的完好，百分之百的正常工作。对于那些替换下来的机械设备和其零部件，也要做相应的工作，主要就是要来很好的检修。在达到完好的标准后就可以做封存处理，正常的机械，还有所有备用零件等等都要一起到达施工现场，

随时做好准备。只有这样设备的配套保障措施才算是到位了。

总之，对于隧道机械化施工来说，隧道施工的机械设备如何选型，又怎么样来配套都会对整个工程的成败起到影响。必须要所有问题综合考虑，隧道的施工效率和施工水平才能有整体的提高。

六、结束语

本文通过对我国现在隧道施工中的机械化配套有什么好处，机械施工设备配套技术有什么原则，机械化配套施工的方法，隧道施工机械化配套的保障措施都有做了简要的研究。其实我国近年来施工技术都已经得到了快速的发展，已经开始在国际范围内展露头角，其实对于每一个隧道施工人来说都是欣慰而高兴地。我们可以期待，我国隧道施工技术还在不断的发展提高，隧道施工机械化进程还在加快。机械化的普及率还在不断提高。当让未来还有很多的发展空间，值得我们去期待。希望真的整个行业的技术水平能够飞跃性提高。

参考文献

[1] 胡威东,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(02)

[2] 杨米柱. 风火山隧道施工机械配套技术[J]. 筑路机械与施工机械化. 2009(05)

[3] 王建华. 单线铁路隧道无轨运输机械化施工配套探讨[J]. 甘肃科技. 2010(04)

[4] 胡威东,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(02)