公路隧道设备的选型及管理研究

公路隧道设备的选型及管理研究

杨伟

杨伟

中铁十一局集团第五工程有限公司重庆400037

摘要：本文分析了公路隧道设备的选型及管理的重要性，并探讨了其选型及配套措施。

关键词：公路隧道；设备；选型

一、公路隧道设备的选型及管理的重要性

在隧道施中,常用的机械设备有钻爆设备(如风动凿岩机,电动空压机,内燃空压机,螺杆空压机等)、装运设备(如隧道挖装机,装载机,电瓶车,矿斗车,翻车机,自卸汽车,立爪装岩机等)、喷锚衬砌设备、通风设备以及其他设备(电力变压器,照明设备,制氧设备,制暖设备等)。公路隧道设备的种类繁多，修建既定隧道的每一项工序究竟采用哪一种设备，不仅同地质条件、工期、预算、技术水平有关，还直接影响隧道施工的工期、造价、施工质量和施工安全。因此公路隧道设备的选型关系到工程的成败。选择公路隧道设备的关键是在详尽掌握各种设备特征的基础上，与既建工程进行类比，确定各种条件的关系，其中工程所在地的工程地质、水文地质条件是确定设备种类的先决条件。此外，隧道的外径、覆土的厚度、线形、掘进长度、限定工期、竖井、路线附近的重要建筑物和障碍物等地域条件也是必需考虑的，同时还应该计人成本核算和施工安全。因地制宜地对上述各个因素综合分析，优化选择，以得到公路隧道设备的最佳选型方案，充分满足工程的需要。

二、公路隧道设备的选型

（一）凿岩设备

钻孔使用凿岩机。凿岩机有风动、内燃、电动、液压凿岩机四种。我国应用最多的是风动凿岩机，有01—30、YT—24、YT—25、7655、YTP—26等型。01—30、YT—24、YT—25、7655等型技术性能较差，已趋淘汰。日前用得较多的是YTP-26型，钻孔速度为0.4m／min，效率比7655型风动凿岩机高25％，耗气量低30％一35％。由于风动凿岩机需要庞大复杂的压缩空气供应系统，作业效率低，噪声强度高等，所以技术先进国家已广泛应用液压凿岩机。

某公路隧道进口配置了两台TAMROCK三臂液压凿岩台车进行全断面开挖施工。在地质条件允许的范围内钻孔进尺最大可达5.35m，相比人工开挖循环最大进尺3.0～3.5m，液压凿岩台车每循环进尺可达4.5～5.0m，且循环时间比人工开挖减少1.5小时以上，大大提高了施工速度，为确保工程按期完成提供了先进的设备保障。液压凿岩台车的使用，不仅提高了施工进度，更增加了员工作业安全系数，改善了工作环境。台车操作人员在固定的操作平台上操作机械，距隧道掌子面约13m的安全距离，视线开阔，易于观察围岩的变化情况，加之操作平台上设有安全顶棚，从硬件和机械的设计上增大了操作员工安全系数。相比于人工开挖噪音大，作业环境差的缺点，液压凿岩台车采用人性化设计，采用电力作动力，清洁环保，极大地减少了隧道空气污染和粉尘含量，并大大降低了噪音。

（二）运输机械

隧道运输分为有轨、无轨两种。有轨运输用斗车、梭式矿车、侧卸式矿车等，牵引动力用电瓶车或内燃机车(架线式电机车多用于矿山)。无轨运输主要使用大型自卸卡车或双向自卸卡车以及轮胎式运碴车。

（三）装碴机械

装碴机械的选择应使之能在开挖断面内高效作业，并和运输机械相匹配，灵活方便，污染小，维修费用低。

自卸汽车是公路隧道常选用的装渣设备，隧道出碴采用装载机装碴,自卸汽车配合运碴。自卸汽车作为配套机械，其数量应在主导机械数量确定后，按充分发挥主导机械效率的原则确定。自卸车的装载容量一般为挖土机容量的3~5倍。

（四）支护设备

在施工安全方面一采用砼喷射机械手进行湿喷作业时，作业人员通过该砼喷射机械手配备的遥控机械手实现了对砼喷射机械手的遥控控制，从而可以使机械手伸缩到掌子面进行施工，而作业人员和机器可停留在已完成初期支护的位置进行湿喷作业，以此避免了在传统施工工艺中，人员与湿喷机械均要在暴露在尚未进行支护的围岩下进行作业，对机械设备和施工人员存在着很大的安全隐患；采用砼喷射机械手，几乎没有粉尘，作业人员作业环境很好，佩戴防尘口罩即将防止对人员产生职业伤害。传统施工工艺作业面周围粉尘特别大，即便作业佩戴防护口罩，仍无法避免职业病伤害，矽肺病的阴影仍笼罩在每一个作业人员，作业人员职业健康无法保障。在施工成本方面，一台砼喷射机械手喷射支护施工只需要3人操作在一小时就能完成20m3以上砼，能源消耗每小时只需140度电，传统的人工(喷射)支护，一台传统机械设备施工需要6个人，每小时喷射砼仅为3m3，3台传统机械(喷射)设备需要2台120KW20m3的电动空压机，砼喷射回弹量一般在35％以上，在喷射同等量的砼的情况下，传统施工工艺的能源消耗和配件材料消耗是机械化配套施工能源消耗的5倍以上。

（五）通风设备

目前，绝大部分隧道施工在施工通风中采取的通风方式无外乎这么四种：排风式（或抽风式）、送风式（或压入式）、送排混合通风方式、利用辅助坑道通风等4种方式。从工程便于管理，经济上可行角度出发，一般在中长隧道中采用压入式或者排风式，稍长一些的隧道采取串联压入式通风逐段将污染粉尘及汽车尾气排出，特长隧道在通风中相对就更加复杂，譬如已建成通车的陕西秦岭特长隧道的通风就通过与巷道式混合通风必选而最终采用了长管路通风方案。某长大隧道设有平行导坑，平导超前快速掘进，以便形成多作业面平行开挖施工。正洞和平导每隔一定距离由横通道联通，进口通风方式选用巷道式和压入式相结合，采用射流通风技术，射流风机安放在平导内，平导进新风，正洞排污风，各独头作业面的通风均采用压入式，风机安放在新鲜风流中。

从经济利益既满足施工需求出发，此隧道通风设备的选配就是在分析风机性能与通风管的能力上进行了比选匹配。在风机的选择上，通过计算选择了对旋式轴流通风机。在风管的选择上，选取了运输存放容易和方便、接长简单、风阻系数低，漏风率低，直径为1.5m～2.0m的维尼龙胶布风管。

三、公路隧道设备的配套管理

在配套方案的研究中,首先要建立基本配置模式,但应留有余地,采用者可根据具体条件,提高或降低其中某些配置的水准。也就是说,机械化的程度，应因地制宜，但都应在基本配置模式的基础上进行，视工程的具体条件和施工单位的机械设备情况,可将机械化分为不同的水平，并按不同水平配置相应的机械。

机械配置水平主要是以开挖机械来划分的。二次衬砌的修筑,不管施工方法如何，多数是采用各种类型的模板台车进行。而运输机械则应与开挖机械协调配置。从目前的实际情况看,大型施工机械,如多臂液压钻孔台车还是比较少的，而隧道的修建数量却大幅度地增长，在这种情况下，采用多功能台架或自行研制的门架式钻孔台车是很自然的。同时，发展适应各种条件下的全断面法和半断面法开挖的各种机械是很重要的。

应首先建立配套的目标函数。配套的终极目的是形成一定的、均衡的生产能力。也就是说,在满足工期的条件下,设备最简单、效率最高的配套方案是最佳选择，是我们追求的目标。为保证实现均衡速度的目标,配套的生产能力应具有一定的富裕。即：配套的生产能力>(1.2～1.5)均衡的生产能力。

应将洞内通风防尘和防排水机械纳入机械化配套中去,隧道施工中粉尘和有害气体的来源主要是:爆破产生的有害气体、喷射混凝土作业产生的粉尘，完全可以采用压气水幕降尘器来降低爆破时产生的粉尘和有害气体;采用隧道干式除尘机并把它一同安装在湿喷设备列车上,可用来清除喷混凝土时产生的粉尘。

参考文献

[1]詹良志.高速公路隧道施工设备配套和管理分析[J].中国科技博览,2012年12期.

[2]许先亮,樊燕燕.关角隧道施工机械选型与配套[J].筑路机械与施工机械化,2014年1期.