摘要：随着隧道施工技术难度进一步增加，施工的质量控制要求也进一步加大，施工的进度要求也进一步加快，这对施工中劳动安全与施工环境的要求进一步严格。本研究为了适应隧道施工的新变化，从隧道机械化施工设备配置与管理合理性来进行研究。依托三家村隧道工点，调研分析隧道施工特点，设定特长大隧道机械设备方案设计目标与主要内容，最后提出隧道机械化施工设备配置方案，为类似特长大隧道工程机械化施工提供参考。
关键词：特长大隧道；机械设备方案设计；施工设备配置方案
Research on Mechanized Construction Equipment Configuration of Extra Long and Large Section Tunnel
You Yonghua
（China Railway Development Investment Group Co.，Ltd.Dongge Command，Kuming 650000，China）
Abstract：With the further increase of the technical difficulty of tunnel construction，the quality control requirements of construction have been further increased，and the construction progress requirements have been further accelerated.This requires stricter requirements for labor safety and construction environment during construction.In order to adapt to the new changes in tunnel construction，this study studies the rationality of tunnel mechanized construction equipment configuration and management.Relying on the Sanjiacun tunnel construction site，investigating and analyzing the characteristics of tunnel construction，setting the design objectives and main contents of the mechanical equipment design of the extra-long tunnel，and finally proposing the tunnel mechanized construction equipment configuration plan to provide reference for mechanized construction of similar super-long tunnel engineering.
Key words：extra long tunnel；mechanical equipment design；construction equipment configuration plan
1 引言
目前，我国隧道的建设，有着工程建设工期短、施工质量控制要求严格、施工安全与环保要求高等特点[1]。为了适应我国经济发展与科技的进步，隧道的机械化施工—既全面实现隧道机械化施工，将是必然的发展趋势与技术选择。隧道的机械化施工具有施工质量高、施工效率高、施工进度快等优点，这些优点已在其他交通领域得到一致认可。近几年，广东已经引进和选用一些国外的先进隧道施工设备与国内先进的施工设备，但对其应用还不够熟悉，对公路隧道多机种机械化施工技术的研究还不够深入[2]。因此本文，为了推进隧道机械化施工的进程，依托三家村隧道工程，制定特长大机械化施工设备配置方案。
2 工程概况
昆明绕城高速东南段位于昆明市官渡区、嵩明县、宜良县和玉溪市澄江县、晋宁县境内，是国家高速公路网和云南省干线公路网的一部分，是昆明市绕城公路（过境交通线）的组成部分[3]。项目起点设中对龙枢纽立交与昆曲高速公路相接，止点接余家海立交，全长约40Km。本项目的建设对解决G5、G85、G56、G60、G78、G80、G8511等七条国家高速公路的过境问题，满足城市发展需要，完善昆明市干线公路网布局，发挥昆明市过境交通高速公路网的规模效益具有重要意义[4]。我部在昆明绕城高速第九合同段，位于玉溪市澄江县内，有2座隧道，分别是三家村隧道（见图1、2）和澄江隧道，长度分别是4252米（单幅）、3565米（单幅）。
图1 三家村隧道右幅洞门 图2 三家村隧道左幅洞门
3 三家村隧道施工特点
3.1 隧道设计断面大
三家村隧道和澄江隧道设计断面都大于100㎡属于大断面隧道，最大设计断面165㎡，衬砌类型为SF5d，最小设计断面为126㎡，衬砌类型为SF3b[5]。故我部隧道围岩断面都大于126㎡，属于大断面施工。
3.2 隧道内施工条件复杂
（1）三家村隧道
隧道围岩由寒武系下统沧浪铺组灰黄、褐黄、褐红色页岩、粉砂岩夹砂岩、寒武系下统筇竹寺组灰黄、褐黄泥岩粉砂质页岩夹砂岩、寒武系下统渔村组白云岩、泥质粉砂岩和震旦系灯影组白云岩组成（见图3）。页岩、泥岩开挖后抗风化能力差，遇水易软化[6]。隧道岩石以强风化为主，围岩稳定性较差，岩石节理裂隙发育，岩层较破碎，存在岩溶地质，地下水富水性极强对混凝土和钢筋有轻微腐蚀性，隧道长期涌水，雨季隧道最大用水量15900m3/d。
图3 三家村隧道围岩
（2）澄江隧道
隧道围岩由震旦系下统澄江组褐红、紫红色砂岩夹泥质粉砂岩，局部夹泥岩等组成，岩石以强风化及全风化为主，围岩稳定性差，岩石节理发育，岩层破碎，地下水发育，地下水围岩富水性极强对混凝土和钢筋有轻微腐蚀性（见图4）。地面覆盖层薄，且受大气降水入渗补充[7]。
图4 澄江隧道围岩照片
3.3 技术要求高
三家村隧道和澄江隧道围岩没有自稳能力，左右幅净距小于27m。结合地质情况，经分析表明需要采用CRD法施工，每次开挖进尺不得大于1m，施工时必须先进行试爆并测试震动值，左、右幅隧道施工采用错开一段距离进行作业，先行隧道二衬完成段与后行隧道掌子面的距离不得小于40m。
4 机械设备配置方案设计目标及主要内容
4.1 机械设备配置方案设计目标
（1）通过对械配置方案的设计和优化，实现月进度达到Ⅲ级围岩160m/月，Ⅳ级围岩120m/月，Ⅴ级围岩90m/月。
（2）通过机械配置方案的设计和优化，节约隧道施工成本。
4.2 机械设备配置方案主要内容
隧道机械配置主要分为以下5类：洞口段机械配置主要内容、掌子面开挖机械配置主要内容、仰拱施工面机械配置主要内容、二次衬砌机械配置主要内容、水沟电缆槽机械配置主要内容。
（1）洞口段机械配置主要内容
洞口段施工标志着隧道施工的开始，其施工机械配置主要内容应该包括洞口段场平机械配置、洞口段开挖机械配置、洞口段边坡防护机械的配置、洞口段套拱机械的配置、洞口段端墙混凝土浇筑机械的配置。
（2）掌子面机械配置主要内容
掌子面施工是隧道暗洞施工的开始，其施工机械配置主要内容应该包括洞身开挖机械配置、初支机械配置。
（3）仰拱施工作业面机械配置主要内容
仰拱施工作业面是为了隧道二衬施工做准备，其施工机械配置主要内容应该包括仰拱初支机械配置、仰拱衬砌钢筋机械配置、仰拱混凝土及填充机械配置。
（4）二衬施工作业面机械配置主要内容
除了隧道防排水的施工，二衬施工就是隧道暗洞主体施工的最后一个环节，其施工机械配置主要内容应该包括二衬防水层施工机械配置、二衬衬砌钢筋机械配置和二衬混凝土机械配置。
（5）水沟电缆槽机械配置主要内容
水沟电缆槽施工机械主要内容应包含水沟电缆槽钢筋模板施工机械配置，水沟电缆槽混凝土机械配置。
5 长大断面隧道机械化施工设备配置
5.1 施工准备
5.2 机械设备标准配置
5.2.1 洞口机械设备配置方案
（1）洞口段场平机械配置
场平机械一般选用装载机、挖掘机、自卸汽车作为主要施工机械，场平时间一般为2～7天。洞口段一般场平范围为5～10m，挖方量大概为200m3～1000m3，0.6m3的履带式单斗挖掘机一天的挖方量大概在300 m3左右，25t自卸汽车的容量为15 m3，一天可以运输土石方10次。按照工期7天，挖方量1000 m3，洞口段场平需配置一台0.6 m3的履带式单斗挖掘机，2台15 m3自卸汽车，1台3 m3轮胎式装载机。实际配置如下表1：
表1 隧道出口场平机械配置表
风钻是由于考虑了机械备用和雨季施工情况下进行配置，故实际配置比所需配置多2把。
（4）洞口段套拱机械的配置
套拱段施工主要是管棚施工，还有套拱段的钢筋施工，施工过程简单数量小，需要配置管棚钻机1台，电焊机3台，地泵1台。实际配置管棚钻机1台，电焊机3台，地泵1台。
（5）洞口段端墙混凝土浇筑机械
洞口段端墙混凝土浇筑使用到的主要机械是地泵，施工衬砌钢筋时需用到电焊机，所以需配置电焊机2台，地泵1台。实际配置电焊机2台，地泵1台。
所以洞口段施工机械总配置应该如下表4：
表4 隧道洞口段机械配置表
注：工序时间按照将所有台阶折合成全断面进行统计。
（2）洞身开挖机械配置
1）Ⅲ级围岩
按照爆破设计，Ⅲ级围岩分上、下台阶开挖，每循环应上台阶炮眼数量为161个，下台阶炮眼数量为52个。每个炮眼深度为2.5m～2.7m，洞身开挖时间为4小时，我部所用钻机钻孔速度为0.2～0.3m/min，平均10分钟成孔1个。所需机械配置如下表6：
表6 Ⅲ级围岩洞身开挖机械配置表
注：此表按照SF3a衬砌进行计算，锚杆施工需要钻孔数小于炮眼数量，所以风钻数量按照开挖数量调配。
2）Ⅳ级围岩
根据工序时间统计表及施工进度，Ⅳ级围岩初支需配置机械如下表10：
表10 Ⅳ级围岩初支机械配置表
注：此表按照SF4a衬砌进行计算，锚杆和超前锚杆施工需要钻孔数小于炮眼数量，所以风钻数量按照开挖数量调配。
3）Ⅴ级围岩
根据工序时间统计表及施工进度，Ⅴ级围岩初支需配置机械如下表11：
表11 Ⅴ级围岩初支机械配置表
5.2.3仰拱施工作业面机械设备配置方案
仰拱机械配置由风钻，电焊机，插入式振捣棒组成，仰拱开挖、初支机械配置和隧道开挖、初支配置一样。根据仰拱钢筋及仰拱衬砌工程量和施工时间所需机械配置如下表15：
表15 仰拱机械配置表
注：此表按照SF5a仰拱长度按照6m计算，仰拱填充按照混凝土路面计算。
5.2.4二次衬砌机械设备配置方案
二衬防水层施工机械是爬焊机，二衬衬砌钢筋机械是电焊机，二衬混凝土机械主要是二衬台车与地泵。根据工程量和施工时间所需机械配置如下表16：
表16 二衬机械配置表
6结论
三家村隧道及澄江隧道通过这种机械配置实现了月进度达到Ⅲ级围岩160m/月，Ⅳ级围岩120m/月，Ⅴ级围岩90m/月的施工目标，根据当前机械配置情况有以下改进措施：
（1）相比风钻，可以使用能量转换效率高、安全环保的液压凿岩机。例如Ⅳ级围岩风钻钻进2m炮眼所需耗时大概为12～16min，而液压凿岩机仅需要4～6min即可完成钻孔，可节约近一半的时间，并且工作面粉尘相对较少，洞内施工环境也相对来说好一点。
（2）可以引进多功能台车代替传统的台车进行隧道施工，多功能台车操作简单，效率高比传统台车更节约人工。
（3）隧道供风可以采用移动空压机对掌子面进行供风，以减少管道风阻，提高钻进效率。
（4）可配置皮卡车转运材料，节约工序循环时间。
（5）Ⅴ级开挖可配置一台小型挖掘机提高工作效率。
参考文献：
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论文作者:游永华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/25
标签：隧道论文; 围岩论文; 机械论文; 主要内容论文; 洞口论文; 澄江论文; 断面论文; 《基层建设》2019年第4期论文;