铁路隧道施工机械设备的选型及配套方法研究

铁路隧道施工机械设备的选型及配套方法研究

作者：侯烨

来源：《房地产导刊》2015年第05期

【摘要】本文选取某铁路工程案例对铁路隧道施工机械设备的选型与配套方法展开研究，并提出一点建议。

【关键词】铁路隧道；施工设备；选型

目前，铁路隧道施工方法主要有两种：钻爆法与TBM法，标志着铁路隧道施工从部分机械化完成了综合化机械选型与配套的转型。以上两种施工方式尤其适合用于我国西康线秦岭、兰渝线西秦岭等隧道。选取某单洞双线隧道为例，对铁路隧道施工机械设备的选型与配套展开讨论[1]。 一、工程案例

案例工程为一条长约1万7千米、最大埋深约230米的单洞双线隧道。施工隧道分为进口施工区、1号斜井施工区、2号斜井施工区以及出口施工区，预计63个月可竣工。各施工区严格按照流水操作方式组织施工，隧道的岩土构造有不良地质岩溶发育强烈的灰岩和五个断层。预计施工风险为可能会遇突水或突泥灾害，工期可能加长以及施工隧道段多雨等自然因素给施工造成的阻碍[2]。

二、机械设备的选型与配套要求

机械设备的选型一般是在工期得到保证的情况下，降低设备的投入量与生产成本为目的。根据每道工序的施工要求，进行能力匹配，有效促进均衡生产，并提高工作效率。

应根据施工隧道的实际环境，如空间范围、施工方式与工艺等进行机械设备的选型；机械配套能力符合全线工程中施工隧道段的地位与工期要求；配套好的机械设备应与每个施工区工艺相适应，应具备良好的综合性能，能够实现全线工程工作能力以及各施工区作业地相互匹配和均衡生产。

根据以上原则对本文案例工程的开挖、装运、支护以及衬砌等工序所需机械设备的选型与配套进行分析。机械设备一方面要具备较好的性能与较高的施工效率，另一方面要满足各项作业的要求，并合理配合其他作业的机械设备。例如用来开挖、装渣与运输的机械，其中要求机械设备具有较好的运输功能，其次为装渣能力，开挖能力只要不低于施工组织的能力就行。机械设备应严格按照与之匹配的施工方案进行。如在围岩时应用全断面法，则要求机械设备具备

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在地质条件较差的环境中进行施工的能力，每台机械设备需要安设专业的操作人员，以保施工质量与操作安全。施工过程中，应严格控制富余系数，可提高机械设备的利用率，减少不必要的浪费。根据隧道断面决定机械设备的外形与尺寸，根据施工环境进行调节，机械设备应具备辅助供水、电和排水通风的功能。全线作业尽量选用同一厂家生产设备，便于维修与配件供应 [3]。

三、机械设备选型与配套建议

结合案例工程的特点以及施工要求进行机械设备选型并决定其数量以及相应的配套方法[4]。

（一）机械设备的选型

根据施工要求与条件，对案例工程中开挖、装运、支护与衬砌确定需用的机械设备有： 1.开挖设备：型号为B353E液压凿岩台车一台；Y118风动凿岩机320台；规格为1.2时、型号weiJI82型号挖掘机5台；对个为0.8mPOZo挖掘机3台。

2.规格为340m、型号为JGMWz340隧道挖装机两台；规格为3.4mWA470-3装载机十台；15t自卸车48台。

3.支护设备：型号为CSS3混凝土喷射机六台；smTK50混凝土喷射机20台；ZT-60/210注浆泵与YZB130/14注浆泵各四台。

4.台衬砌机械设备：60mHBT60A-1406混凝土输送泵八台；90mHZS90混凝土拌合站五套；规格为8m3、型号为HNJ5253GJBA混凝土输送车16台；12m全断面液压模板台车八台。

（二）机械设备的配套

基于以上机械设备的选型，对案例工程汇中的凿岩、装运、支护以及衬砌的施工机械进行配套：

1.凿岩机械设备配套：对隧道进行围岩工序共分为四个等级：n、1、W、V。其中对n、1级施工采取全断面法。采用多功能台架辅助风钻钻孔，并同时采用乳化炸药与非典毫秒雷管进行光面爆破，一次形成全断面。W采取台阶法（上台阶施工与下台阶施工），利用多功能平面风钻进行钻孔打眼，同时使用非典毫秒雷管与乳化炸药进行光面爆破，再采用挖掘机与装载机分别进行上断面扒渣和下断面测卸式装渣。V级采用台阶法，但在此之前还需加设临时横撑，机械设备配套同W级。

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3.装运机械设备配套：在施工现场，每日都会有大量渣土，为使循环进尺为最佳状态，需要做好开挖、出渣、运渣等设备的配套工作。进口施工区可采用规格为340m姚、型号为JGMWZ340挖装机，运用履带模式。实际施工中应具备两台，一台现场使用，另一台留着备用。进口正洞的其他工作面施工需挖掘机与卸装载机各一台。由于案例工程施工隧道段断面狭窄，因此建议采用国产15t自卸车。每隔420m设置一个会车道，不仅可以在隧道段顺畅出渣，还能有效降低出渣车的相互影响。

3.支护设备配套：将钢管顶进管棚钻机钻好的孔中，用半径为20mm的钢管逐根套接，以达到管棚长度要求。在管棚顺直度得以提高的情况下，沿钢管纵向钻孔，孔间间距控制为30cm，孔形为梅花形。然后用风钻成孔后，采用高压风除净孔底粉尘；插入半径为20mm的小导管，并采用注浆泵将往导管中注入水泥与水玻璃双液加固管棚导管。锚杆可用自进式或者砂浆锚杆，局部设型钢钢架。最后联合采用多台型号为TK50的混凝土喷射机注浆。 4.衬砌机械设备配套：衬砌工序主要在围岩与初期支护变形稳定两工序之后进行。由于案例工程的围岩自稳性较差，因此开挖范围应控制在3-90m以内，同时架设栈桥并浇筑混凝土。该项施工需用到混凝土罐车、插入式振捣器、液压钢模衬砌台车，搅拌好的混凝土通过混凝土罐车送至开挖面，流槽入仓，使用振捣器振捣。然后结合断面尺寸与功能要求，对液压钢模衬砌台车现场组装，保证台车的强度与刚度均符合要求，此工作便于立模板。施工区洞外需要90m撇HZS90混凝土拌合站至少一套，规格为8耐、型号为HNJ5253GJBA混凝土输送车至少五台，规格为60m撇、型号为HBT60A的混凝土输送泵至少三台，这样才能保证混凝土自动计量拌合、输送、入模以及捣固工作全方位进行。 （三）施工效果评价

案例铁路隧道施工工程，按照以上机械设备的选型与配套原则做好的相关事宜，妥善完成型号为B353E的液压凿岩台车、型号为JGMWz340的隧道挖装机、型号为CSs3的混凝土喷射机械手以及型号为HBT60A-14061的混凝土输送泵的各种施工机械设备的选型与配套，有效提高了隧道施工安全。约在三个月内完成了进口平导开挖211m、铺底69m：其中正洞开挖132m、仰拱32m；1号斜井开挖约150m、2号斜井开挖152m、完成铺底46m。出口平导开挖48m：正洞完成开挖75m。该工程在预计工期基础上，提前竣工。 结束语

综上所述，铁路隧道施工正逐渐向综合机械设备施工转型。本文主要采取某铁路隧道施工作为案例工程，根据该案例工程的施工特点以及机械设备的选型与配套原则，进行开挖、装运、支护及衬砌四项施工机械设备的选型与配套提出一些建议。介绍了各施工过程中所需机械设备的型号、规格与数量，以及介绍了凿岩、装运、支护与衬砌四项施工设备在衬砌机械设备基础上的合理配套。 【参考文献】

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[1]王，姚云晓，蒋树平. 我国铁路隧道施工方法及适应性研究[J]. 现代隧道技术，2010，03：1-5+12.

[2]张秀清. 高速铁路隧道施工设备配套与管理[J]. 科技资讯，2011，21：117. [3]王宏礼，孙建岐. 铁路特长隧道施工机械配套技术[J]. 铁道建筑，2011，10：32-34. [4]李德宏，和永清，此登，张启洲，李志山. 高海拔寒区隧道施工机械选型配套研究[J]. 公路交通科技（应用技术版），2014，01：196-198.