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摘要：随着国家铁路的高速发展，对铁路建设标准要求越来越高，机械化程度得到了进一步提升，本文就机械配套技术在铁路单线隧道快速施工中应用作论述。
关键词：单线铁路；机械配套；快速施工
铁路单线隧道断面较小，传统的施工方法机械配套程度较低，在施工进度上制约较大，同时对施工安全、质量存在较大隐患。如何在单线隧道施工中实现高程度的机械配套，提高施工进度仍然是目前单线隧道施工中的难点。本文以某铁路隧道工程施工为例，就单线隧道如何高程度机械配套实现快速施工进行介绍。
1 工程概况
该隧道全长14745m，隧道设计Ⅳ、Ⅴ级围岩占比达54.8%，工期60.3个月，设计分三个工区施工，工期较紧张。单线隧道断面较小（约45 m2），因此对隧道施工的机械化配置要求较高，以加快施工进度，保证工期。
2 机械化配套方案
2.1机械化配置原则
（1）施工机械配置与主要施工方法相配套，与施工工期相适应。
（2）施工机械配置的生产能力大于均衡施工能力，均衡施工能力大于施工进度指标要求。
（3）施工机械配置应注重科学发挥机械的总体效率。
（4）采取有效措施，减少机械运转时产生的废气、噪声、废液、振动等对周围环境造成的污染和影响。
（5）隧道施工机械配置大力推广应用新技术、新设备，提高施工技术水平。
2.2机械化配置方案
（1）超前水平钻采用C6地质一体钻机，可提高工效，节约循环时间。
（2）开挖、出渣：采用传统矿山法，配置多功能作业台架、钻机等，人工手持钻机钻眼，进行爆破开挖；出渣采用ZL40型装载机配合12t自卸汽车，控制性工程采用挖装机配合自卸汽车。
（3）初支：采用喷射混凝土机械手；钢构件加工采用集中化、机械化生产。
（4）二衬、防排水：模板台车由专业设备公司加工，防水板铺挂采用超声波焊接。
（5）仰拱栈桥：采用新型全液压自行式仰拱栈桥。
3高程度机械化配置在单线隧道中的应用
以上机械化配置适用于单线隧道各级围岩，下面主要对挖装机、喷射混凝土机械手、新型仰拱栈桥在施工中应用进行阐述。
3.1 挖装机在单线隧道中的应用
3.1.1挖装机用途和优点
WDZL-220履带式挖掘装载机是一种连续生产高效率装载机，是一种连续生产的高效出渣设备，采用该设备主要用于解决生产作业空间狭窄的、短距离掘进时的渣石装车难的问题，具有安全环保、效率高的特点。是矿山及隧道工程必不可少的先进的装渣装备，是人工和其它机械的替代产品。
图1 挖掘式装载机示意图
3.1.2主要技术性能参数
装载能力：≤220m3/h，最小转弯半径：≥9m，挖掘宽度：≤7m，挖掘高度：≤5.3m，挖取距离：≤3.0m，卸载高度：≤4.4m。
3.1.3挖装机使用
由于挖装机前臂长度为3m，机高3.6m，采用一般的台阶法时，上台阶的渣体因挖装机前臂较短而不能顺利出渣，所以必须采取微台阶法施工，也是当前提倡的工法之一。上台阶的长度易控制在3m左右。挖装机可以连续出渣，加大自卸汽车的装运能力，缩短洞内出渣时间，每个工作面配置的自卸汽车数量应由出渣运输的距离来确定。
3.1.4挖装机效果
根据现场情况分析，此配置节约出渣时间平均1.5个小时左右，最多节约2个小时。
3.2 喷射混凝土机械手在单线隧道中的应用
3.2.1喷射混凝土机械手简介
喷射混凝土机械手为普茨麦斯特SIKE-PM500PC型湿喷机械手，该机械机身尺寸为：7m*2.5m*3.5m（长*宽*高），空气压缩机功率75kw，液压系统主油泵功率60kw，汽车系统行走，自重16.6吨，喷射混凝土最大功率为27m3/h。
3.2.2工艺特点和原理
机械手喷射混凝土施工工艺特点明显，其最显著的特点有：
一是对混凝土质量要求较高，如塌落度、和易性、外加剂掺量需要适中等；二是喷射速度较快，喷射能力最高可以达到24 m3/h，缩短工序时间；三是需要作业工人数量较少，一般情况作业人员为3人，节约人工；四是作业范围大，避免了传统小型喷射机作业时需要临时移动，使喷射混凝土作业不连续。
其本身性能方面有四个优势。一是安全性，采用机械手喷射混凝土作业可以大大降低粉尘浓度，同时工人远距离操作，可以降低喷射作业对人体的伤害；二是经济性，机械手喷射施工的回弹率可以控制在16%以内，同时通过自带空压机和外接电源，耗风量和耗电量上也可大大节省；三是效率性，能迅速到达施工部位展开作业，极大地节省移动时间；四是可控性，机组的PLC程控对混凝土和速凝剂流量进行同步程序控制，通过MACE300型微机实现人机对话、喷射数据设置、记录储存、及时显示喷射工况、故障警告等自动控制系统，保证喷射混凝土过程中的安全、高效以及喷射质量。
3.2.3应用效果总结
通过摸索和实验，大型喷射混凝土机械手湿喷工艺技术，显著改善了喷射混凝土质量，其强度由10MPa/天提高至13.3Mpa/天；混凝土回弹量由35%降至13.9%，大大节约了成本；单循环时间平均节约2个小时，最高节约3.1个小时。
3.3 新型仰拱栈桥在单线隧道的施工方法
单线隧道断面较小，仰拱施工是施工工效、质量控制的一个关键工序，为了减少仰拱施工对洞内出碴车辆运输等的干扰，采用新型全液压履带自行式仰拱栈桥，该栈桥结构紧凑，实现了快速移动就位，降低了劳动强度，保障了施工安全，提高了施工效率。
3.3.1产品主要参数
外观尺寸（m）：24.3（长）×3.45（宽）×2.1（高），产品自重：约32t，最大行走速度25 m/min，总功率：18.5 Kw，行走状态接地比压：≤ 0.1 MPa，通车：限重≤55T，限宽＜3.2m。
3.3.2主要组成结构
产品主要由引桥部分、从动行走系统、仰供端固定支撑、主桥、履带行走系统、开挖端固定支撑、液压系统等七个部分组成。如下图2所示：
（1）引桥：由开挖端引桥与仰供衬砌端引桥组成，引桥主体采用Ⅰ25b型钢及φ32螺纹钢拼焊而成，引桥通过液压油缸实现举升、下降。其中开挖端引桥为确保在凹凸地面上有效接触，设计为左、右两部分可单独举升、下降结构。
（2）仰供端固定支撑：作为仰供端栈桥工作状态时的承力结构，为减小接地比压、保护混凝土填充面，固定支撑与混凝土的接触面采用整块的钢板结构。
（3）从动行走：从动行走设计为通过油缸可伸缩结构，只有在行走状态时实心轮胎才接触仰供填充面。
（4）主桥：主桥为栈桥工作时承力的主要结构，需确保施工车辆安全可靠的通行。其主体由纵梁H250×250型钢、横梁Ⅰ20b型钢及桥面φ32螺纹钢拼焊而成，两侧设置300mm高的轮胎限位挡板。
（5）开挖端固定支撑：作为开挖端栈桥工作状态时的承力结构，由于工作面地顶面为弧形，所以支撑设计成“船型”结构、为减小接地比压、防止下陷，固定支撑与地面的接触面采用整块的钢板结构。
（6）液压系统：主要包括液压泵站、引桥举升油缸、主/从动行走举升油缸及履带行走的驱动马达；泵站、油缸皆采用成熟产品，系统可靠性良好。
（7）履带行走系统：采用两个履带并行使用，为国内成熟产品，为增强系统可靠性，驱动马达采用进口品牌。“四轮一带”采用标准型号，便于维护。见图6。
图2 主要组成结构
图3 履带行走系统
3.3.3应用效果总结
新型全液压履带自行式仰拱栈桥在单线隧道中起到较好的效果，即保证了车辆畅通，也保障了仰拱施工人员的安全，并大大节约了吊装成本。
4 结论
在当前铁路建设高标准形势下，单线隧道按照传统的机械配套已很难满足施工要求，特别是工期、安全、质量等方面。因此，根据实际情况，在单线隧道的施工中，配置一定高程度化的机械配套是当前的一种趋势。通过该机械化配套方案，加快了工程施工进度，极大改善了施工环境，具有快速、高效、安全、环保等作用。本机械化配置对该隧道施工进度起到至关重要的作用，月进度最高达到211m，为单线隧道快速施工机械化配套提供一定的借鉴。
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[3]刘全贵，扬善胜，李峰宁. 单线铁路隧道机械化配套快速施工组织技术研究[J]. 中国科技信息，2014，（11）
论文作者:铁顺利
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第5期
论文发表时间:2019/9/23
标签：单线论文; 隧道论文; 混凝土论文; 栈桥论文; 机械手论文; 作业论文; 引桥论文; 《建筑细部》2019年第5期论文;