劉瑞波

（中交第二公路工程局有限公司 陜西 西安 710065）

0 前言

我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家， 隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，自然隧道修建項(xiàng)目就較多。 隧道基本都處于高山巖體深處的地層中，坑道穩(wěn)定，巖體堅(jiān)固穩(wěn)定，圍巖壓力小，不存在偏壓受力的問(wèn)題。 從國(guó)內(nèi)外隧道施工技術(shù)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，目前來(lái)說(shuō)，主要有鉆爆法和隧道掘進(jìn)機(jī)施工法兩種。 鉆爆法在近期及以后較長(zhǎng)一段時(shí)間都是隧道掘進(jìn)的主要手段，特別適合于大量短隧道、破碎巖石隧道和堅(jiān)硬巖石隧道的施工中，開挖成本低，對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。 而隧道掘進(jìn)機(jī)施工法就是采用隧道掘進(jìn)機(jī)來(lái)進(jìn)行施工，這是一種專門用于開挖地下隧道的施工設(shè)備，有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度和環(huán)境保護(hù)，具有經(jīng)濟(jì)、安全、優(yōu)質(zhì)、開挖快的優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 隧道施工方法的選擇

1.1 從工程技術(shù)的角度來(lái)看，隧道圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，是影響施工方法選擇的最關(guān)鍵因素。 針對(duì)具體的隧道工程，采用何種施工方法，不僅取決于圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，也必然受到隧道工程結(jié)構(gòu)條件和工程施工條件的影響。 圍巖工程地質(zhì)條件，即隧道所處的地下津筑環(huán)境條件，主要表現(xiàn)為圍巖的自穩(wěn)能力和抗擾動(dòng)能力、被挖除巖體的抗破壞能力、地下水儲(chǔ)藏條件、地應(yīng)力大小、地溫、易燃易爆有害物質(zhì)以及這些條件的變化情況[2]。 隧道工程結(jié)構(gòu)條件主要表現(xiàn)為隧道長(zhǎng)度、隧道斷面大小、形狀、調(diào)空的組合形式以及支護(hù)結(jié)構(gòu)類型等饋況。 菠道工程施工條件主要表現(xiàn)為施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)‘支護(hù)對(duì)周巖提供幫助或限制的有效性、施工作業(yè)對(duì)空間的要求、提簡(jiǎn)施工速度的要求、控制施工成本的要求、保證工程質(zhì)量的要求、保證施工安全的要求、減少環(huán)境污染的要求、施工隊(duì)伍技術(shù)水平、施工人員素質(zhì)、施工隊(duì)伍的管理水平。

1.2 隧道施工方法的選擇原則是：應(yīng)根據(jù)實(shí)際隧道工程上述3 個(gè)方面的條件，尤其是圍巖工程地質(zhì)條件，充分研究、綜合考慮，選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ⒏鶕?jù)各方面條件的變化及時(shí)調(diào)整和改變施工方法。 所選施工方法必須與圍巖的自穩(wěn)能力相適應(yīng)，必須與被挖除巖體的堅(jiān)硬程度相適應(yīng)，必須與工程地質(zhì)條件的變化相適應(yīng)。 所選施工方法必須與隧道斷面大小、形狀，以及洞室的組合情況相適應(yīng)。 所選施工方法必須與施工技術(shù)水平相適應(yīng)。 所選施工方法必須盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，必須盡量保持圍巖的自穩(wěn)能力不顯著降低，必須盡量利用其自穩(wěn)能力，必須能有效保證圍巖穩(wěn)定，必須能夠滿足作業(yè)空間的要求。 所選施工方法必須能滿足施工組織和管理方面的要求，必須能夠滿足施工速度的要求，必須能滿足施工成本控制的要求，必須能滿足工程質(zhì)量的要求，必須能滿足施工安全的要求，必須能滿足環(huán)境保護(hù)的要求[3]。

1.3 應(yīng)當(dāng)指出的是，隧道工程施工是在應(yīng)力巖體中開拓地下空間。 由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多變性，以及地質(zhì)勘探、施工技術(shù)和人們對(duì)工程問(wèn)題認(rèn)識(shí)的局限性，使得人們?cè)谒淼朗┕み^(guò)程中不可避免的會(huì)遇到預(yù)料之外的地質(zhì)條件的突然變化，甚至發(fā)生如流變、坍方、流沙、突泥、涌水、巖爆等工程事故。所以，隧道施工人員，一方面，應(yīng)當(dāng)根據(jù)隧道工程各方面的具體條件加以綜合考慮、反復(fù)比較，選擇最經(jīng)濟(jì)、最合理的施工方法，甚至是多種方法、多種技術(shù)的綜合應(yīng)用；另一方面，應(yīng)密切關(guān)注施工過(guò)程中的各種變化，及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工方案、施工方法、施工技術(shù)和施工進(jìn)度等各項(xiàng)計(jì)劃。 這是一個(gè)受多種因素影響的動(dòng)態(tài)的擇優(yōu)過(guò)程。

2 隧道施工機(jī)械選型的重要性

在隧道施工中,常用的機(jī)械設(shè)備主要有通風(fēng)設(shè)備（如射流風(fēng)機(jī)、軸流式通風(fēng)機(jī)、軸流式通風(fēng)機(jī),等），裝運(yùn)設(shè)備（如隧道挖裝機(jī)、電瓶車、立爪裝巖機(jī)、自卸汽車、翻車機(jī)、礦斗車、裝載機(jī)等），鉆爆設(shè)備（如螺桿空壓機(jī)、內(nèi)燃空壓機(jī)、電動(dòng)空壓機(jī)、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)等），噴錨襯砌設(shè)備（如抗水壓模板臺(tái)車、單線模板臺(tái)車、砼輸送泵、濕噴機(jī)、注漿機(jī)/軌行式砼輸送車、砼攪拌機(jī)、砂漿拌合機(jī)、砼組合攪拌機(jī)、管棚鉆機(jī)、雙液注漿泵等），以及其他設(shè)備（如制暖設(shè)備、制氧設(shè)備、照明設(shè)備、電力變壓器等）。可供隧道施工方選擇的機(jī)械設(shè)備數(shù)量眾多，性能各異。 如果在保證隧道施工的經(jīng)濟(jì)性、 安全性及進(jìn)度的基本前提下，選擇最優(yōu)化的設(shè)備組合和機(jī)械設(shè)備， 對(duì)于提高隧道施工質(zhì)量，節(jié)約隧道施工成本，縮短施工周期極為重要。 與此同時(shí),如果施工方?jīng)]有明確的機(jī)械設(shè)備選型方案, 那么無(wú)法安全控制進(jìn)入隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的多種設(shè)備?？傊?有效的隧道施工機(jī)械選型技術(shù),可以有效保證順利進(jìn)行施工方案，又能夠確保機(jī)械設(shè)備在整個(gè)隧道的施工期間都具有有效性、連續(xù)性。

3 隧道施工機(jī)械選型的基本原則

為了使隧道施工機(jī)械可以更好地發(fā)揮出經(jīng)濟(jì)效益，隧道施工機(jī)械選型應(yīng)該綜合考慮經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件，經(jīng)濟(jì)條件主要包括易損件的儲(chǔ)備量、機(jī)械設(shè)備的利用率、使用時(shí)間、購(gòu)置費(fèi)用等方面。 技術(shù)條件主要包括設(shè)備的靈活性、耐久性、通用性、易操作性及維修的難易性，勞力資源，能源消耗，工作效率，工作量等[4]。

3.1 機(jī)械選型原則

①所選機(jī)械技術(shù)性能必須要有效滿足現(xiàn)代施工的需求，具體表現(xiàn)在:機(jī)械設(shè)備機(jī)動(dòng)性好、安全舒適、易于檢修、生產(chǎn)效率高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、環(huán)保性好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作可靠。

②所選機(jī)械的生產(chǎn)能力應(yīng)適合運(yùn)輸遠(yuǎn)近、 施工強(qiáng)度、場(chǎng)地大小、施工土質(zhì)、工作性質(zhì)等施工條件，能夠最大程度地充分發(fā)揮出機(jī)械的效率。

③所選機(jī)械從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)看，應(yīng)根據(jù)施工工程的具體情況而定，低性能的機(jī)械設(shè)備價(jià)格便宜，但作業(yè)能力低；高性能的機(jī)械設(shè)備價(jià)格昂貴,但作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)能力都較強(qiáng)。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，優(yōu)選出單位產(chǎn)品費(fèi)用低、生產(chǎn)率高的機(jī)械設(shè)備。

3.2 設(shè)備機(jī)群的組合配套原則

①在組合設(shè)備進(jìn)行機(jī)械化施工的過(guò)程中，應(yīng)避免出現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障導(dǎo)致整個(gè)施工過(guò)程都停止，要盡可能地組織幾條施工生產(chǎn)線進(jìn)行并列施工。

②在每一條并列進(jìn)行流水作業(yè)的施工生產(chǎn)線上，應(yīng)盡量減少組合機(jī)械的機(jī)種，組合機(jī)種越多，那么停工概率就越大，作業(yè)效率越低。

③在組合機(jī)械中，為了便于維修管理和調(diào)度使用，應(yīng)該盡量去選擇那些性能、型號(hào)相同的機(jī)械設(shè)備。

我們以隧道施工盾構(gòu)機(jī)為例，影響盾構(gòu)機(jī)選型的要素主要有覆蓋層厚度、施工作業(yè)環(huán)境、隧道線形和長(zhǎng)度、地下水的水壓及含量、盾構(gòu)機(jī)與后續(xù)設(shè)備的配套能力、有無(wú)輔助工法，還有地層條件（是否含有大卵石和砂礫、石英的含量、巖土體的顆粒級(jí)配、軟硬程度、強(qiáng)度等）。 對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行合理選型，必須要結(jié)合襯砌的類型防止出現(xiàn)坍塌和滲漏的現(xiàn)象, 要具有性能良好的掘進(jìn)能力,確保開挖面的穩(wěn)定性等，所以從這些因素來(lái)看，盾構(gòu)機(jī)的選型技術(shù)不是一個(gè)單一的問(wèn)題，而是一個(gè)應(yīng)該綜合考慮各種因素的系統(tǒng)問(wèn)題，尤其是要考慮到整個(gè)施工系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[5-8]。 圖1 表示了以盾構(gòu)選型為核心的各因素的影響及其相互作用關(guān)系。

圖1 盾構(gòu)機(jī)選型關(guān)系圖

4 某隧道選型實(shí)例

4.1 某隧道概況

該隧道施工每月有效施工時(shí)間25 天， 巖石類型為花崗巖， 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜， 施工難度較大。 進(jìn)度指標(biāo)為: Ⅱ級(jí)圍巖120m/月，每循環(huán)進(jìn)尺為2.4m;Ⅲ級(jí)圍巖100m/月，每循環(huán)進(jìn)尺為2.0m;Ⅳ級(jí)圍巖70m/月，每循環(huán)進(jìn)尺1.6m。

4.2 施工設(shè)備選型

該隧道施工方本著“裝渣能力要低于運(yùn)輸能力，鉆爆能力要低于裝渣能力， 施工組織要求能力要低于開挖能力”的機(jī)械選型原則，配備了先進(jìn)、合理的裝渣開挖運(yùn)輸、錨噴支護(hù)作業(yè)線等施工設(shè)備。

（1）運(yùn)輸機(jī)械選型

要充分考慮到具體的隧道施工環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件這三個(gè)因素來(lái)選擇合適的運(yùn)輸設(shè)備型號(hào)。 考慮到裝渣運(yùn)輸量大，運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)該選擇運(yùn)輸方量較大的型號(hào)，同時(shí)由于工期緊，在數(shù)量選擇上不能出現(xiàn)裝碴設(shè)備等車的情況，要保證裝碴設(shè)備隨時(shí)都可以保持裝碴作業(yè)。 本項(xiàng)目采用無(wú)軌運(yùn)輸方式來(lái)進(jìn)行洞內(nèi)出碴的方式，6 輛型號(hào)為VOLVO FM7/12 的自卸汽車、3 輛型號(hào)為TAMROCK-T10 的三臂液壓臺(tái)車、3 輛型號(hào)為ZL50C 的裝載機(jī)、1 輛型號(hào)為SK115SR-1E 的挖掘機(jī)。

（2）錨噴支護(hù)作業(yè)線施工機(jī)械

對(duì)于錨噴支護(hù)作業(yè)而言， 只有采用性能良好的混凝土、優(yōu)質(zhì)錨桿、先進(jìn)的配射設(shè)備、先進(jìn)的噴射工藝才可以有效地確保支護(hù)的質(zhì)量。本項(xiàng)目采用3 輛瑞士MEYCO Potenza 混凝土噴射機(jī)，生產(chǎn)率為30m3/h，最大噴射寬度為20m，最大噴射骨料粒徑為22mm， 可噴射面積約240m2， 最大噴射高度為14m。 與此同時(shí)，選用4 輛型號(hào)為ZJB-30 的高壓灌漿泵，4 輛型號(hào)為PLD1200-56m3/h 的自動(dòng)配料機(jī)，2 輛型號(hào)為JSY500-25m3/h 的強(qiáng)制式拌合機(jī)，8 輛國(guó)產(chǎn)混凝土攪拌輸送車，這些選用設(shè)備完全可以有效滿足3 輛瑞士MEYCO Potenza 混凝土噴射機(jī)連續(xù)噴射作業(yè)的要求。

（3）襯砌路面作業(yè)線施工機(jī)械

圖2 機(jī)械選型與配套

因?yàn)樵撍淼绹鷰r較好， 路面混凝土施工沒(méi)有特殊要求，只需要安裝正常要求處理即可，我們基于維修量小、操作可靠、加工簡(jiǎn)單的原則，選用了2 輛型號(hào)為HBT60C-14/1m3的混凝土輸送泵，1 輛型號(hào)為YZ12 的壓路機(jī)，2 輛型號(hào)為AH5261GJB/8m3的混凝土攪拌輸送車，3 輛自制的液壓襯砌臺(tái)車，如圖2 所示。

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