公路隧道機(jī)械化施工設(shè)備配置淺析
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摘要：近年來，我國的隧道工程施工水平得到提升，并且相關(guān)施工設(shè)備也在不斷更新，為工程建設(shè)發(fā)展提供了很大的推力。合理配置機(jī)械設(shè)備可以為施工工作的順利開展提供保障，并且也能減少施工風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)隧道質(zhì)量，避免國家財(cái)產(chǎn)和施工人員安全受到威脅。因此，隧道工程在設(shè)備建設(shè)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行配置，并且注意檢查設(shè)備性能，考慮不同種類的設(shè)備是否可以協(xié)調(diào)辦公，以此為施工工作的質(zhì)量和效率打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：公路隧道；機(jī)械化施工；設(shè)備配置
本文項(xiàng)目工程為阿扎河1號(hào)隧道，右幅長(zhǎng)度9885m，最大埋深803.08m；左幅長(zhǎng)度9870m，最大埋深816.58m。存在四個(gè)斷層帶（930m）、中巖爆（1190m）、大變形（1180m）地質(zhì)較為復(fù)雜，圍巖在Ⅳ、Ⅴ級(jí)的范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際情況分析，工程適宜使用鉆爆法進(jìn)行施工，在此基礎(chǔ)上，本文主要分析了此施工流程所涉及的機(jī)械化設(shè)備配置以及具體應(yīng)用。
1.1技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性
建筑企業(yè)對(duì)自身經(jīng)濟(jì)效益具有很大的重視，因此，在配置施工設(shè)備時(shí)需要考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)實(shí)際施工需要來選擇，同時(shí)，配置設(shè)備環(huán)節(jié)應(yīng)將操作安全性以及設(shè)備耐用程度考慮在內(nèi)，并在施工期間做好設(shè)備管理和保養(yǎng)工作，根據(jù)具體工程造價(jià)和施工承包單位的公眾評(píng)價(jià)等因素，選擇最適用于工程的施工設(shè)備。
1.2結(jié)合施工進(jìn)度與要求
隧道工程在對(duì)挑選配套施工設(shè)備時(shí)，應(yīng)先考慮工程施工實(shí)際活動(dòng)進(jìn)度因素，公路隧道工程通常被要求在短工期內(nèi)完成，特別設(shè)計(jì)到施工開挖階段時(shí)，要對(duì)隧道施工的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行檢查，并將其所調(diào)查的地質(zhì)狀況信息進(jìn)行提前上報(bào)，確保施工設(shè)備的配備更加科學(xué)合理，推動(dòng)開挖環(huán)節(jié)的順利展開。同時(shí)，隧道工程的支護(hù)階段，需要裝配針對(duì)性的通風(fēng)排水設(shè)備，防止進(jìn)度受到這方面的影響。應(yīng)掌握工程各施工環(huán)節(jié)所需要的裝備配置，確保彼此之間可以和諧使用。
1.3提升設(shè)備通用性
所配備的施工設(shè)備應(yīng)能夠配合相關(guān)施工工藝進(jìn)行使用，這說明設(shè)備配置應(yīng)具有一定的通用性，只有這樣，才能更好地控制工程成本。選擇設(shè)備時(shí)，不同裝備之間也應(yīng)存在整體性，相關(guān)管理人員應(yīng)選擇同型號(hào)規(guī)格的配套設(shè)備，通過掌握施工工序的實(shí)際狀態(tài)，來制定設(shè)備保養(yǎng)維修的計(jì)劃。最后，在規(guī)劃配置設(shè)備時(shí)，為了加強(qiáng)對(duì)施工設(shè)備臨時(shí)故障的有效預(yù)防，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)一些中小型設(shè)備的選購數(shù)量。
2公路隧道機(jī)械化施工設(shè)備配置特點(diǎn)
傳統(tǒng)施工方式會(huì)耗費(fèi)大量人力、物力資源，并且完成工期長(zhǎng)，工作效率低。而機(jī)械化施工有助于降低施工人員工作壓力，提高工作效率，整體效果相比，人工施工模式更具精細(xì)化特點(diǎn)，在公路隧道機(jī)械化施工中，其內(nèi)機(jī)械施工、施工工藝以及配套設(shè)備等都具有鮮明特點(diǎn)，主要內(nèi)容如下：（1）能夠完成施工難度較大的作業(yè)任務(wù)，并且可以保證施工質(zhì)量。（2）有助于勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，更快地完成工程進(jìn)度。（3）提高了工程施工的安全性，并能夠優(yōu)化施工環(huán)境。隧道工程機(jī)械化施工的設(shè)備配套特點(diǎn)具體體現(xiàn)為：（1）隧道鉆爆施工中，洞內(nèi)定位、鉆孔和施工流程內(nèi)容可以通過鑿巖臺(tái)車自動(dòng)完成，并且對(duì)圍巖狀態(tài)可以自行適應(yīng)。（2）施工中的配套設(shè)備組成了幾種機(jī)械化施工流程線，例如，開挖流程作業(yè)、出渣流程作業(yè)、初期支護(hù)噴射混凝土流程作業(yè)、二襯襯砌灌注混凝土流程作業(yè)等，這些作業(yè)線能夠在對(duì)應(yīng)的施工流程中展現(xiàn)各自的功能。（3）在隧道工程所組建的機(jī)械化作業(yè)系統(tǒng)中，其設(shè)備配置之間需要能夠協(xié)同作業(yè)，通過在項(xiàng)目中所使用的施工技術(shù)來確定設(shè)備施工的具體作業(yè)方式；并且單一設(shè)備在機(jī)械化作業(yè)系統(tǒng)中會(huì)受到其他設(shè)備的影響，如果某一設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障，其他設(shè)備的使用也將受到限制；確定整體設(shè)備組在作業(yè)系統(tǒng)中是否運(yùn)行正常，要看各分項(xiàng)設(shè)備在作業(yè)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，如果某一設(shè)備作業(yè)時(shí)出現(xiàn)故障，則整體設(shè)備組都會(huì)受到限制。（4）只有在施工技術(shù)、施工方案都確定的情況下，才能組建配套設(shè)備作業(yè)系統(tǒng)，并正確分布各分項(xiàng)設(shè)備的位置、施工內(nèi)容以及彼此存在的組織關(guān)系和工藝聯(lián)系。
3隧道施工中機(jī)械化施工設(shè)備配置
隧道工程的施工環(huán)節(jié)需要涉及許多工序，并且在每個(gè)階段中都有著鮮明的區(qū)別，因此，設(shè)備配置要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行考慮。在配置過程中，工作人員必須考慮工程實(shí)際，在不同階段選擇對(duì)應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，并在具體施工要求滿足的基礎(chǔ)上最大化效益地選擇設(shè)備，降低使用成本。根據(jù)現(xiàn)階段本項(xiàng)目的施工情況，兩車道隧道Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖主要采用上下臺(tái)階施工方法，并增設(shè)超前支護(hù)或掌子面玻璃纖維錨桿等輔助施工措施，保障上下臺(tái)階法施工過程中圍巖的穩(wěn)定，避免施工過程中產(chǎn)生施工轉(zhuǎn)化。該方法適用于地下水較少、圍巖條件較好的Ⅴ級(jí)圍巖段，如本隧道中的5b、5j型襯砌結(jié)構(gòu)段。其主要施工順序是：上臺(tái)階開挖及支護(hù)、下臺(tái)階左右側(cè)分別開挖及支護(hù)、仰拱二次襯砌、拱墻二次襯砌。如采用機(jī)械化施工方案，常用的機(jī)具設(shè)備有濕噴砼機(jī)械手、三臂鑿巖臺(tái)車、鋼拱架拼裝機(jī)、自行式仰拱棧橋、仰拱模板、防水板鋪設(shè)臺(tái)車、二襯混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)臺(tái)架等，從加快施工進(jìn)度的角度出發(fā)，本工程主要是掌子面的施工工序?qū)κ┕みM(jìn)度影響比較大，可能提高施工效率的機(jī)械化設(shè)備有濕噴砼機(jī)械手、三臂鑿巖臺(tái)車、鋼拱架拼裝機(jī)，機(jī)械化施工方法可以提高一定的施工進(jìn)度，每月可加快施工進(jìn)度6m左右。另外，采用機(jī)械化施工后，人工數(shù)量得到減少，施工時(shí)，作業(yè)人員離掌子面距離較遠(yuǎn)，可以提高施工過程中的安全性。兩車道隧道Ⅲ級(jí)圍巖多采用全斷面法施工。本文主要描述Ⅴ級(jí)圍巖機(jī)械施工配置內(nèi)容。上下臺(tái)階法橫斷面施工示意圖如圖1。
3.1開挖作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備
隧道工程機(jī)械化施工的開挖環(huán)節(jié)，隧道進(jìn)口處需要裝配液壓三臂鑿巖臺(tái)車1臺(tái)，并且再通過實(shí)際施工需求，來選擇鑿巖鉆機(jī)和移動(dòng)變壓器的配置。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)三臂鑿巖臺(tái)車每個(gè)鉆臂2min內(nèi)即可自動(dòng)完成5m深鉆孔作業(yè)，實(shí)際施工時(shí)，每個(gè)鉆臂的鉆孔進(jìn)度可達(dá)1.3～2.0m/min。從施工時(shí)間因素進(jìn)行分析，根據(jù)施工需要對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行調(diào)整可以有效加快設(shè)備鉆進(jìn)的速度。本工程以9人同時(shí)施工為例，鉆孔速度按0.36～0.45m/min考慮，裝藥時(shí)間按每人每2min安裝1m計(jì)算。該道工序合計(jì)時(shí)間1.56～1.77h。從最開始的測(cè)量工序到之后的爆破環(huán)節(jié)，最好的情況下能夠?qū)⑹┕r(shí)間縮短到3h，相比風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔作業(yè)模式，能夠大幅度提高作業(yè)效率。如果遇到隧道巖圍較為堅(jiān)硬且相對(duì)完成的情況，在施工環(huán)節(jié)使用鑿巖臺(tái)車能夠起到很大的作用，比如，人工作業(yè)量減少、鉆口速度提升、施工安全性得到保障，且更利于成本控制工作的進(jìn)行，是未來隧道施工的重要技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)。同時(shí)，鑿巖臺(tái)車電腦控制爆破參數(shù)，定位精度搞，隧道的開挖成型得到保證?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔壓力、鉆孔速度等參數(shù)，通過軟件分析復(fù)原地質(zhì)狀況，并形成地質(zhì)報(bào)告，構(gòu)筑精準(zhǔn)高效的信息情報(bào)系統(tǒng)。就開挖環(huán)節(jié)所應(yīng)用的三臂鑿巖臺(tái)車來展開，鉆桿定位環(huán)節(jié)結(jié)束后，可以采用固定傾角或水平傾角的模式進(jìn)行推進(jìn)工作，這種方式可讓超挖量得到減少，并且鉆孔的質(zhì)量上升。
3.2裝運(yùn)作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備
在隧道工程的施工階段，出碴作業(yè)是其中的重要內(nèi)容，對(duì)整體開挖進(jìn)度有著直接影響。出渣施工環(huán)節(jié)通常使用的設(shè)備為裝載機(jī)，并根據(jù)施工實(shí)際來確定鏟斗容量。為了加快出碴速度，爆破作業(yè)開始前，應(yīng)安排車輛在規(guī)定位置進(jìn)行等待，并在完成爆破通風(fēng)環(huán)節(jié)的工作后，進(jìn)行坑道開挖的出碴工作，在此過程中通常會(huì)使用裝運(yùn)設(shè)備，以此提高出碴速度，使隧道工程施工順利開展，并且相比傳統(tǒng)出碴，機(jī)械化設(shè)備能夠提高工作效率，加快裝運(yùn)時(shí)間，從而節(jié)省裝運(yùn)成本。目前，Ⅳ級(jí)圍巖按臺(tái)階法施工每循環(huán)進(jìn)尺3.2m，出碴時(shí)間3h，Ⅴ級(jí)圍巖按臺(tái)階法施工每循環(huán)進(jìn)程1.6m，出碴量為Ⅳ級(jí)圍巖的一半，按2h計(jì)算。需要注意的是，隧道開挖的仰拱施工階段，為了提高施工質(zhì)量，需要結(jié)合自行式液壓仰拱棧橋和模板等設(shè)備來協(xié)作施工，且在施工過程中注重裝備使用的協(xié)調(diào)性，并確定爆破輪廓線具體大小，提高仰拱施工速度。另外，通過這種施工方式能夠加強(qiáng)對(duì)混凝土成本的控制，不過，會(huì)有個(gè)別情況導(dǎo)致出碴速度降低，因此，要充分掌握施工具體情況后選擇正確的應(yīng)用方式。
3.3噴錨支護(hù)作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備
在噴錨支護(hù)施工過程中，傳統(tǒng)施工模式下經(jīng)常使用小型混噴劑來完成作業(yè)，而這種方式常常存在高回彈率、以及高勞動(dòng)強(qiáng)度以及外加劑摻量難以控制的問題，作業(yè)環(huán)境也普遍偏差，為了將上述問題有效優(yōu)化，可以在保持這種作業(yè)模式的基礎(chǔ)上添加同型號(hào)的混凝土濕噴機(jī)械手2臺(tái)，并將低壓系統(tǒng)穩(wěn)壓器進(jìn)行改造。施工時(shí)，錨桿安設(shè)與注漿按每人每2min安裝1m計(jì)算，9人同時(shí)施工，另外，考慮1h的掛網(wǎng)與連接鋼筋施工時(shí)間。超前支護(hù)，按8人同時(shí)施工，鉆孔速度按0.36～0.45m/min考慮，每根超前小導(dǎo)管的安裝及注漿按15min計(jì)算。具體操作環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)關(guān)注混凝土技術(shù)參數(shù)和拌和比，根據(jù)濕噴機(jī)械手的特點(diǎn)分析，其噴射混凝土的效率可達(dá)到30m3/h，實(shí)際施工過程中，綜合效率可達(dá)到10m3/h，回彈量一般30%左右。初噴4cm，考慮100%的回彈量，噴射混凝土按2人同時(shí)施工，每人噴射速度按5m3/h計(jì)算。這種施工方式所完成的施工效果能夠增加施工總階段的機(jī)械化程度，大量節(jié)約工程成本管理。濕噴機(jī)械手噴射混凝土質(zhì)量影響因素主要有原材料質(zhì)量、混凝土配合比、設(shè)備性能、操作手水平、速凝劑摻量等。施工中，需對(duì)噴射混凝土原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制、對(duì)噴射混凝土配合比的配制及施工配合比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土施工過程和施工方法進(jìn)行控制。另外，機(jī)械化施工時(shí)，如果設(shè)備故障會(huì)產(chǎn)生很長(zhǎng)的維修周期，需要提前配備備用的機(jī)具設(shè)備和配件。5b型襯砌結(jié)構(gòu)段基礎(chǔ)施工進(jìn)度對(duì)照表如表1。
3.4防水層作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備
針對(duì)隧道防水層的作業(yè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的施工方式多是通過人工進(jìn)行水板掛的設(shè)防工作，這種模式會(huì)耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，施工效率很難提升，而且也不會(huì)使用什么施工設(shè)備，機(jī)械化施工在其中沒有得到有效發(fā)揮。隨著時(shí)代的發(fā)展，這種問題得到了解決。為了有效減輕施工人員的工作壓力，提高作業(yè)效率，可以在施工過程中使用防水板鋪掛臺(tái)車。根據(jù)實(shí)際調(diào)查，施工人員通過使用這種輔助裝備，作業(yè)強(qiáng)度得到控制。另外，在熱熔焊墊片和防水板的施工階段，越來越多的施工人員開始使用超聲波焊機(jī)，這種設(shè)備能夠避免在焊接時(shí)將防水板等焊穿、焊焦。
4結(jié)語
總的來說，在公路隧道工程中，機(jī)械化施工模式有助于提高總體施工效率，保障施工安全。并且機(jī)械化施工在工程成本控制方面，比人工施工更能節(jié)省成本，但是，需要注意設(shè)備配置方面的建設(shè)，相關(guān)管理人員需要考慮施工實(shí)際需求，并通過分析市場(chǎng)形勢(shì)以及設(shè)備性能，選擇最富有經(jīng)濟(jì)性以及綜合性價(jià)比的設(shè)備，同時(shí)，還要注意各設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作性，避免具體應(yīng)用時(shí)因單一設(shè)備的故障而影響整體施工進(jìn)度。
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作者:陳爽 單位:云南建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施投資股份有限公司
