公路隧道机械化施工设备配置浅析

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摘要：近年来，我国的隧道工程施工水平得到提升，并且相关施工设备也在不断更新，为工程建设发展提供了很大的推力。合理配置机械设备可以为施工工作的顺利开展提供保障，并且也能减少施工风险，加强隧道质量，避免国家财产和施工人员安全受到威胁。因此，隧道工程在设备建设环节，需要根据工程实际需要进行配置，并且注意检查设备性能，考虑不同种类的设备是否可以协调办公，以此为施工工作的质量和效率打下基础。

关键词：公路隧道；机械化施工；设备配置

本文项目工程为阿扎河1号隧道，右幅长度9885m，最大埋深803.08m；左幅长度9870m，最大埋深816.58m。存在四个断层带（930m）、中岩爆（1190m）、大变形（1180m）地质较为复杂，围岩在Ⅳ、Ⅴ级的范围内，根据实际情况分析，工程适宜使用钻爆法进行施工，在此基础上，本文主要分析了此施工流程所涉及的机械化设备配置以及具体应用。

1施工设备配置的基本原则

1.1技术先进性和经济合理性

建筑企业对自身经济效益具有很大的重视，因此，在配置施工设备时需要考虑设备的经济性，根据实际施工需要来选择，同时，配置设备环节应将操作安全性以及设备耐用程度考虑在内，并在施工期间做好设备管理和保养工作，根据具体工程造价和施工承包单位的公众评价等因素，选择最适用于工程的施工设备。

1.2结合施工进度与要求

隧道工程在对挑选配套施工设备时，应先考虑工程施工实际活动进度因素，公路隧道工程通常被要求在短工期内完成，特别设计到施工开挖阶段时，要对隧道施工的地质环境进行检查，并将其所调查的地质状况信息进行提前上报，确保施工设备的配备更加科学合理，推动开挖环节的顺利展开。同时，隧道工程的支护阶段，需要装配针对性的通风排水设备，防止进度受到这方面的影响。应掌握工程各施工环节所需要的装备配置，确保彼此之间可以和谐使用。

1.3提升设备通用性

所配备的施工设备应能够配合相关施工工艺进行使用，这说明设备配置应具有一定的通用性，只有这样，才能更好地控制工程成本。选择设备时，不同装备之间也应存在整体性，相关管理人员应选择同型号规格的配套设备，通过掌握施工工序的实际状态，来制定设备保养维修的计划。最后，在规划配置设备时，为了加强对施工设备临时故障的有效预防，应加强对一些中小型设备的选购数量。

2公路隧道机械化施工设备配置特点

传统施工方式会耗费大量人力、物力资源，并且完成工期长，工作效率低。而机械化施工有助于降低施工人员工作压力，提高工作效率，整体效果相比，人工施工模式更具精细化特点，在公路隧道机械化施工中，其内机械施工、施工工艺以及配套设备等都具有鲜明特点，主要内容如下：（1）能够完成施工难度较大的作业任务，并且可以保证施工质量。（2）有助于劳动生产率的提高，更快地完成工程进度。（3）提高了工程施工的安全性，并能够优化施工环境。隧道工程机械化施工的设备配套特点具体体现为：（1）隧道钻爆施工中，洞内定位、钻孔和施工流程内容可以通过凿岩台车自动完成，并且对围岩状态可以自行适应。（2）施工中的配套设备组成了几种机械化施工流程线，例如，开挖流程作业、出渣流程作业、初期支护喷射混凝土流程作业、二衬衬砌灌注混凝土流程作业等，这些作业线能够在对应的施工流程中展现各自的功能。（3）在隧道工程所组建的机械化作业系统中，其设备配置之间需要能够协同作业，通过在项目中所使用的施工技术来确定设备施工的具体作业方式；并且单一设备在机械化作业系统中会受到其他设备的影响，如果某一设备出现运行故障，其他设备的使用也将受到限制；确定整体设备组在作业系统中是否运行正常，要看各分项设备在作业时的运行状态，如果某一设备作业时出现故障，则整体设备组都会受到限制。（4）只有在施工技术、施工方案都确定的情况下，才能组建配套设备作业系统，并正确分布各分项设备的位置、施工内容以及彼此存在的组织关系和工艺联系。

3隧道施工中机械化施工设备配置

隧道工程的施工环节需要涉及许多工序，并且在每个阶段中都有着鲜明的区别，因此，设备配置要根据实际情况进行考虑。在配置过程中，工作人员必须考虑工程实际，在不同阶段选择对应的机械设备，并在具体施工要求满足的基础上最大化效益地选择设备，降低使用成本。根据现阶段本项目的施工情况，两车道隧道Ⅳ级、Ⅴ级围岩主要采用上下台阶施工方法，并增设超前支护或掌子面玻璃纤维锚杆等辅助施工措施，保障上下台阶法施工过程中围岩的稳定，避免施工过程中产生施工转化。该方法适用于地下水较少、围岩条件较好的Ⅴ级围岩段，如本隧道中的5b、5j型衬砌结构段。其主要施工顺序是：上台阶开挖及支护、下台阶左右侧分别开挖及支护、仰拱二次衬砌、拱墙二次衬砌。如采用机械化施工方案，常用的机具设备有湿喷砼机械手、三臂凿岩台车、钢拱架拼装机、自行式仰拱栈桥、仰拱模板、防水板铺设台车、二衬混凝土养护作业台架等，从加快施工进度的角度出发，本工程主要是掌子面的施工工序对施工进度影响比较大，可能提高施工效率的机械化设备有湿喷砼机械手、三臂凿岩台车、钢拱架拼装机，机械化施工方法可以提高一定的施工进度，每月可加快施工进度6m左右。另外，采用机械化施工后，人工数量得到减少，施工时，作业人员离掌子面距离较远，可以提高施工过程中的安全性。两车道隧道Ⅲ级围岩多采用全断面法施工。本文主要描述Ⅴ级围岩机械施工配置内容。上下台阶法横断面施工示意图如图1。

3.1开挖作业常用机械设备

隧道工程机械化施工的开挖环节，隧道进口处需要装配液压三臂凿岩台车1台，并且再通过实际施工需求，来选择凿岩钻机和移动变压器的配置。根据工程经验三臂凿岩台车每个钻臂2min内即可自动完成5m深钻孔作业，实际施工时，每个钻臂的钻孔进度可达1.3～2.0m/min。从施工时间因素进行分析，根据施工需要对设备配置进行调整可以有效加快设备钻进的速度。本工程以9人同时施工为例，钻孔速度按0.36～0.45m/min考虑，装药时间按每人每2min安装1m计算。该道工序合计时间1.56～1.77h。从最开始的测量工序到之后的爆破环节，最好的情况下能够将施工时间缩短到3h，相比风动凿岩机钻孔作业模式，能够大幅度提高作业效率。如果遇到隧道岩围较为坚硬且相对完成的情况，在施工环节使用凿岩台车能够起到很大的作用，比如，人工作业量减少、钻口速度提升、施工安全性得到保障，且更利于成本控制工作的进行，是未来隧道施工的重要技术应用趋势。同时，凿岩台车电脑控制爆破参数，定位精度搞，隧道的开挖成型得到保证。可实时监测钻孔压力、钻孔速度等参数，通过软件分析复原地质状况，并形成地质报告，构筑精准高效的信息情报系统。就开挖环节所应用的三臂凿岩台车来展开，钻杆定位环节结束后，可以采用固定倾角或水平倾角的模式进行推进工作，这种方式可让超挖量得到减少，并且钻孔的质量上升。

3.2装运作业常用机械设备

在隧道工程的施工阶段，出碴作业是其中的重要内容，对整体开挖进度有着直接影响。出渣施工环节通常使用的设备为装载机，并根据施工实际来确定铲斗容量。为了加快出碴速度，爆破作业开始前，应安排车辆在规定位置进行等待，并在完成爆破通风环节的工作后，进行坑道开挖的出碴工作，在此过程中通常会使用装运设备，以此提高出碴速度，使隧道工程施工顺利开展，并且相比传统出碴，机械化设备能够提高工作效率，加快装运时间，从而节省装运成本。目前，Ⅳ级围岩按台阶法施工每循环进尺3.2m，出碴时间3h，Ⅴ级围岩按台阶法施工每循环进程1.6m，出碴量为Ⅳ级围岩的一半，按2h计算。需要注意的是，隧道开挖的仰拱施工阶段，为了提高施工质量，需要结合自行式液压仰拱栈桥和模板等设备来协作施工，且在施工过程中注重装备使用的协调性，并确定爆破轮廓线具体大小，提高仰拱施工速度。另外，通过这种施工方式能够加强对混凝土成本的控制，不过，会有个别情况导致出碴速度降低，因此，要充分掌握施工具体情况后选择正确的应用方式。

3.3喷锚支护作业常用机械设备

在喷锚支护施工过程中，传统施工模式下经常使用小型混喷剂来完成作业，而这种方式常常存在高回弹率、以及高劳动强度以及外加剂掺量难以控制的问题，作业环境也普遍偏差，为了将上述问题有效优化，可以在保持这种作业模式的基础上添加同型号的混凝土湿喷机械手2台，并将低压系统稳压器进行改造。施工时，锚杆安设与注浆按每人每2min安装1m计算，9人同时施工，另外，考虑1h的挂网与连接钢筋施工时间。超前支护，按8人同时施工，钻孔速度按0.36～0.45m/min考虑，每根超前小导管的安装及注浆按15min计算。具体操作环节，需要重点关注混凝土技术参数和拌和比，根据湿喷机械手的特点分析，其喷射混凝土的效率可达到30m3/h，实际施工过程中，综合效率可达到10m3/h，回弹量一般30%左右。初喷4cm，考虑100%的回弹量，喷射混凝土按2人同时施工，每人喷射速度按5m3/h计算。这种施工方式所完成的施工效果能够增加施工总阶段的机械化程度，大量节约工程成本管理。湿喷机械手喷射混凝土质量影响因素主要有原材料质量、混凝土配合比、设备性能、操作手水平、速凝剂掺量等。施工中，需对喷射混凝土原材料的质量进行控制、对喷射混凝土配合比的配制及施工配合比进行现场调试、对现场喷射混凝土施工过程和施工方法进行控制。另外，机械化施工时，如果设备故障会产生很长的维修周期，需要提前配备备用的机具设备和配件。5b型衬砌结构段基础施工进度对照表如表1。

3.4防水层作业常用机械设备

针对隧道防水层的作业环节，传统的施工方式多是通过人工进行水板挂的设防工作，这种模式会耗费大量人力和时间，施工效率很难提升，而且也不会使用什么施工设备，机械化施工在其中没有得到有效发挥。随着时代的发展，这种问题得到了解决。为了有效减轻施工人员的工作压力，提高作业效率，可以在施工过程中使用防水板铺挂台车。根据实际调查，施工人员通过使用这种辅助装备，作业强度得到控制。另外，在热熔焊垫片和防水板的施工阶段，越来越多的施工人员开始使用超声波焊机，这种设备能够避免在焊接时将防水板等焊穿、焊焦。

4结语

总的来说，在公路隧道工程中，机械化施工模式有助于提高总体施工效率，保障施工安全。并且机械化施工在工程成本控制方面，比人工施工更能节省成本，但是，需要注意设备配置方面的建设，相关管理人员需要考虑施工实际需求，并通过分析市场形势以及设备性能，选择最富有经济性以及综合性价比的设备，同时，还要注意各设备之间的协调运作性，避免具体应用时因单一设备的故障而影响整体施工进度。

参考文献：

[1]王金龙,孙涛.公路隧道机械化施工设备配置与管理合理性研究[J].建筑机械,2021(09):30-33.

[2]张铮.公路隧道机械化施工设备配置[J].设备管理与维修,2020(22):145-147.

[3]冯晓峰.公路隧道机械化施工设备配置与管理合理性研究[D].重庆交通大学,2017.

[4]陶峰.公路隧道机械化施工配套设备应用研究[J].中国新技术新产品,2011(23):89.

作者:陈爽 单位:云南建设基础设施投资股份有限公司