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1、施工机械配套技术及工程案例1施工机械配套，提高施工工厂化的程度 从我们当前的施工实际出发，采用最多的施工方法是台阶法，其次是全断面法。在大断面的情况下，单侧导坑法（中隔壁法）和双侧导坑法（眼睛法）采用较多。由于施工机械的开发，施工方法有更多地采用全断面法的趋势，即全断面法和超短台阶法相互结合的全断面施工。因此，隧道施工机械化配套技术，必须考虑施工技术的发展，以适应隧道施工技术发展的需求。例如，大遥山隧道施工的机械化模式，基本上是双线铁路隧道机械化的基本模式，而米花岭隧道则是单线铁路隧道机械化施工的典型模式。“台架模式”是一种以多功能台架集约开挖与支护作业，并紧跟铺底和衬砌的施工方法，也是一种以
2、全断面法为主，局部不良地段转换为超短台阶法的施工机械配套技术，在单线、双线隧道中均可采用。 1.1隧道施工机械化配套的基本原则隧道施工机械基本上是由掘进、支护(初期和二次支护)、出碴运输及洞内作业环境的保障设备四大部分构成。这四部分机械和设备的有机配合，就会形成强大的生产能力。但在配套中应将重点放在掘进和支护的机械选择上。因为这是形成生产能力的关键。 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
3、，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
4、产能力应具有一定的富裕。即：配套的生产能力(1.21.5)均衡的生产能力。运输设备是保证充分发挥开挖机械和支护机械能力的关键设备，是完成目标函数的基本条件。因此，在配套中必需使运输能力大于开挖能力，为不断提高掘进速度创造条件。 从目前的技术进步看，出碴作业的基本要求是迅速、大容量地将石碴撤离掌子面，使掌子面能及早恢复作业。因此，二次倒运的运输方式和大容量斗车的采用，在国外已成为隧道运输的主流。这一点，在我们研究机械配套方案时应给预足够的关注。 在机械配套中必需改变“轻运输机械、重视开挖机械”的观点。 在单线铁路隧道中采用无轨运输和有轨运输都是可行的。从运输方式看，机械化配套方案要包括两种方案以
5、供选择。因此，研究在何种条件下，选择何种配套方案的问题是十分重要的。 在运输方式上目前采用的有以下几种方式： 1）有轨运输方式； 2）无轨运输方式； 3）集装箱运输方式； 4）皮带运输机方式； 5）管道运输方式。目前运输方式主要在有轨运输和无轨运输两种方式中选择。在大断面隧道中偏重选择无轨运输方式，在中、小断面或独头掘进长度较大的隧道中，则多选择有轨运输方式。在不良地质条件下，不论采用何种施工方法，配套机械必需包括能够使铺底或仰拱超前的施工机械。在支护机械中，发展湿喷技术。在地质条件急剧变化的情况下，为保证施工安全，特别是要保证掌子面的稳定，必要时，应采用“先支后挖”技术，即采取超前支护的方法
6、进行施工。 1.2为充分发挥综合机械化施工的预计能力，加强维修管理，使机械经常处于“备战”状态，是十分重要的。必须改变“重使用、轻维护”的观念，应该在施工循环中给出一定的维修养护时间并储备比较富裕的配件。 除了机械要经常处于良好状态外，更为重要的是要保证洞内外轨道或道路的良好状态，这也是施工管理水平的一个标志。过去由于“抢工期”、“抢进度”，我们经常忽视了对道路或轨道的维修养护，带来了不应有的损失， 这个问题在大型机械化施工的条件下尤为严重。 在有轨运输的条件下，轨道类型的选择与车辆的体积及隧道长度（总出碴量）有关，在使用小型车辆时，使用24kg/m轨是合适的，但随着车辆的大型化，轨道类型也应
7、随着变化，以满足隧道施工运输快速重载的需要。例如米花岭隧道和正在施工的秦岭隧道，基本上都是采用38kg/m轨。而在采用大容量矿车时，如目前在一些隧道中采用的14m3的梭矿、16m3及20m3的矿车等，都必须采用重型轨道，研究指出，在这种情况下，采用43kg/m类型的轨道可能是合适的。 随着重型轨道的出现，与轨道结构有关的问题也必须同步解决。如与轨道配套的道岔结构、调车、线形等。 在无轨运输中，重要的是大型车辆的行驶路面，必须保证在行驶车辆的重量、速度条件下的安全行驶，并减少车辆行驶中的轮胎磨损。因此，路面结构必须牢固、平整、耐磨损、耐冲击。在隧道施工中，采用超前铺底或先修筑仰拱的方法，可以较好
8、地解决隧道路面问题。 道路或轨道状态的好坏，直接影响机械效率的发挥和综合生产能力的发挥，是不容忽视的。 1.3对我们目前经常采用的各种施工机械进行生产能力的统计分析，发挥单一机械的生产能力是形成综合生产能力的基础。而配套机械的协调配合则是形成综合生产能力的关键。为了形成均衡的、综合的生产能力，必需首先摸清但一机械在各种使用条件下的生产能力。当前，这只能用统计的方法，把各种施工实例进行数理统计，寻求合理的数据。而对配套机械综合生产能力的统计，也只能在统计已成功的隧道施工数据的基础上进行。因此，确定几个工点进行统计分析是必要的，也就是说，在进行机械效率和配套机械效率的分析中，一定要引进数理方法，不
9、能单凭主观的臆断。2坑道开挖机械化作业 为加快坑道工程建设速度，进步提高坑道开挖机械化作业水平现就目前国内外坑道开挖机械化作业情况做一简要介绍。当前坑道开挖主要有两种方法：一是钻孔爆破法(简称钻爆法)，二是隧道岩石掘进机法。两种方法各有千秋，但现在以钻爆法为主。钻爆法主要由钻孔、爆破、出碴三项工序组成。其中，钻孔和出碴作业劳动强度大，工时消耗多，钻孔所需时间一般约占开挖循环时间的4050，出碴约占3540。因此，合理选择钻孔与出碴机械设备，对于缩短作业时间，提高作业效率，降低劳动强度，是十分重要的。2.1钻孔机械 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
10、岩机，有0130、YT24、YT25、7655、YTP26等型。0130、YT24、 YT25、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0.4mmin，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。我国铁道部隧道局承担施工的大瑶山隧道(全长14295km，复线隧道)从瑞典引进四臂、二臂液压凿岩台车，取得成功；用四臂液压凿岩台车可用5.2m长钻杆，钻孔深度5m，钻孔速度1.5-1.7m min，在、类围岩中开挖面积约90m，炮眼160一180
11、个，钻孔时间约为4h，该台车还可用于钻锚杆孔。我国有关工厂已研制出液压凿岩机，试用效果较好。 图1 三臂液压凿岩台车 液压凿岩机较风动凿岩机的优点是：能量利用率高，动力消耗少，液压凿岩机能量利用率达3040，风动凿岩机仅15。动力消耗仅为风动凿岩机的1/21/4；凿岩速度快，比风动凿者机速度提高50一150；能量传递合理，钻具寿命长；作业环境大大改善，噪声强度降低1015dB，工作面上没有水油雾喷出；液压 凿岩机全部运动部件均在油液中，润滑条件好，故主要零件使用寿命较长。液压凿岩机的主要问题是：价格较高，台液压凿岩机的价格约为同型风动凿岩机的二倍；结构较复杂，维修保养要求较高。在液压技术发展的
12、今天，这些问题是可以解决的因而液压凿岩机是一种具有发展前途的新型钻孔机械。 瑞典Atlas公司生产的液压凿孔台车技术性能好、质量好，广为世界各国使用。所生产的液压钻孔台车行走方式有轨道式、轮胎式、履带式，所装液压钻臂有单臂、双臂和三臂，为我国大瑶山隧道专门生产的是四臂。2.2装碴作业机械装碴是用装岩机。目前国内外常用装岩机有如下几种：耙斗装岩机。这是一种轮轨式机械，每小时装碴50m3，适用于水平坑道及30度以下坡度的斜井。作业效率较高，作业面宽，扒碴死角较小，能与梭式矿车配套使用。缺点是机动性差，需设牵引钢丝绳等。蟹立爪装岩机。这是一种履带式自行装碴机械，机动性好，作业效率高，无死角，能与梭式
13、矿车配套使用。缺点是机身较重(约10t，转弯半径要求大于8m，价格昂贵，我国在部队中试用。立爪式装岩机。有轮轨式和履带式两种，系瑞典HAGGLUNDS公司生产，是一种新型装岩机，它是用立爪将石碴推至斜装的链板输送机向后部卸料能与梭式矿车、轮胎式运碴机及汽车配套使用。这种装岩机作业能力强；装碴作业范围大；采用轮轨式装岩机每前进2.5m才铺一次轨，较铲斗式装岩机铺轨次数少，且该机装碴时无强烈冲击与振动，不易掉道；机身前方装有自动喷水装置，故装碴时粉尘较少。该机装岩能力：8HR2A型120m3/h，8HR3型180m3/h，9HR型120m3/h ，7HR型150m3h，10HR型180m3/h。装
14、载机。国内外大型隧道多采用三向倾斜式2.62.8m3带净化装置的装载机与大型汽车配合使用。大瑶山隧道施工选用美国卡特彼勒公司生产的 CAT966型与CAT953型装载机，每循环装碴600m3，仅用45h，作业效率很高，采用轮胎式装载机轮胎磨损较重，故要求加强对道路的维修保养。CAT966型装载功率为240马力(1马力735499W)。装、运碴机。瑞典生产一种TBL630型轮胎式装、运碴机。该机有两个铲斗，容积3m3。一台机械完成了装、运、卸碴三项工序，很适用于狭窄工作面和短距离运碴。 2.3运输机械坑道运输分为有轨、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(
15、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。 常用的国产梭式矿车有4m3、6m3和8m3三种，8m3梭式矿车如采用电动驱动功率为13kW。当采用风马达驱动时，功率10.5马力2台。 大瑶山隧道正洞施工采用意大利生产的DP250C型后倾自卸载重20t汽车。发动机功率238马力，配有水洗式废气净化器。 内燃牵引机车，国产有20马力、40马力两种，20马力内燃机车的牵引力为0.665t，牵引速度为1547kmh，轨距为600mm； 40马力内燃机车的牵引力为1.8t，牵引速度为3719kmh，轨距为600mm。 2.4开挖机械化作业线上部半断面开挖作业线钻孔用凿岩台车，电动装载机装碴，自卸汽车运碴，作业线如图所示图2 隧道上半断面开挖作业线大瑶山隧道正洞无轨运输全断面开挖作业线 钻孔用四臂凿岩台车，利用反铲挖掘机找顶，初次喷射混凝土，用装载机装碴 20t自卸汽车运碴，安设锚杆及二次喷射混凝土，其作业程序见图。图3 隧道全断面开挖作业线3特长隧道快速掘进主要施工机械的配套与改造案例西康线秦岭隧道位于西安市以南约45的秦岭山中，由两座平行的单线隧道组成，间距30，线隧道全长18459 ，
