公路隧道機械化施工設備配置淺析
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摘要：近年來，我國的隧道工程施工水平得到提升，并且相關施工設備也在不斷更新，為工程建設發展提供了很大的推力。合理配置機械設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險，加強隧道質量，避免國家財產和施工人員安全受到威脅。因此，隧道工程在設備建設環節，需要根據工程實際需要進行配置，并且注意檢查設備性能，考慮不同種類的設備是否可以協調辦公，以此為施工工作的質量和效率打下基礎。
本文項目工程為阿扎河1號隧道，右幅長度9885m，最大埋深803.08m；左幅長度9870m，最大埋深816.58m。存在四個斷層帶（930m）、中巖爆（1190m）、大變形（1180m）地質較為復雜，圍巖在Ⅳ、Ⅴ級的范圍內，根據實際情況分析，工程適宜使用鉆爆法進行施工，在此基礎上，本文主要分析了此施工流程所涉及的機械化設備配置以及具體應用。
1.1技術先進性和經濟合理性
建筑企業對自身經濟效益具有很大的重視，因此，在配置施工設備時需要考慮設備的經濟性，根據實際施工需要來選擇，同時，配置設備環節應將操作安全性以及設備耐用程度考慮在內，并在施工期間做好設備管理和保養工作，根據具體工程造價和施工承包單位的公眾評價等因素，選擇最適用于工程的施工設備。
1.2結合施工進度與要求
隧道工程在對挑選配套施工設備時，應先考慮工程施工實際活動進度因素，公路隧道工程通常被要求在短工期內完成，特別設計到施工開挖階段時，要對隧道施工的地質環境進行檢查，并將其所調查的地質狀況信息進行提前上報，確保施工設備的配備更加科學合理，推動開挖環節的順利展開。同時，隧道工程的支護階段，需要裝配針對性的通風排水設備，防止進度受到這方面的影響。應掌握工程各施工環節所需要的裝備配置，確保彼此之間可以和諧使用。
1.3提升設備通用性
所配備的施工設備應能夠配合相關施工工藝進行使用，這說明設備配置應具有一定的通用性，只有這樣，才能更好地控制工程成本。選擇設備時，不同裝備之間也應存在整體性，相關管理人員應選擇同型號規格的配套設備，通過掌握施工工序的實際狀態，來制定設備保養維修的計劃。最后，在規劃配置設備時，為了加強對施工設備臨時故障的有效預防，應加強對一些中小型設備的選購數量。
2公路隧道機械化施工設備配置特點
傳統施工方式會耗費大量人力、物力資源，并且完成工期長，工作效率低。而機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化特點，在公路隧道機械化施工中，其內機械施工、施工工藝以及配套設備等都具有鮮明特點，主要內容如下：（1）能夠完成施工難度較大的作業任務，并且可以保證施工質量。（2）有助于勞動生產率的提高，更快地完成工程進度。（3）提高了工程施工的安全性，并能夠優化施工環境。隧道工程機械化施工的設備配套特點具體體現為：（1）隧道鉆爆施工中，洞內定位、鉆孔和施工流程內容可以通過鑿巖臺車自動完成，并且對圍巖狀態可以自行適應。（2）施工中的配套設備組成了幾種機械化施工流程線，例如，開挖流程作業、出渣流程作業、初期支護噴射混凝土流程作業、二襯襯砌灌注混凝土流程作業等，這些作業線能夠在對應的施工流程中展現各自的功能。（3）在隧道工程所組建的機械化作業系統中，其設備配置之間需要能夠協同作業，通過在項目中所使用的施工技術來確定設備施工的具體作業方式；并且單一設備在機械化作業系統中會受到其他設備的影響，如果某一設備出現運行故障，其他設備的使用也將受到限制；確定整體設備組在作業系統中是否運行正常，要看各分項設備在作業時的運行狀態，如果某一設備作業時出現故障，則整體設備組都會受到限制。（4）只有在施工技術、施工方案都確定的情況下，才能組建配套設備作業系統，并正確分布各分項設備的位置、施工內容以及彼此存在的組織關系和工藝聯系。
3隧道施工中機械化施工設備配置
隧道工程的施工環節需要涉及許多工序，并且在每個階段中都有著鮮明的區別，因此，設備配置要根據實際情況進行考慮。在配置過程中，工作人員必須考慮工程實際，在不同階段選擇對應的機械設備，并在具體施工要求滿足的基礎上最大化效益地選擇設備，降低使用成本。根據現階段本項目的施工情況，兩車道隧道Ⅳ級、Ⅴ級圍巖主要采用上下臺階施工方法，并增設超前支護或掌子面玻璃纖維錨桿等輔助施工措施，保障上下臺階法施工過程中圍巖的穩定，避免施工過程中產生施工轉化。該方法適用于地下水較少、圍巖條件較好的Ⅴ級圍巖段，如本隧道中的5b、5j型襯砌結構段。其主要施工順序是：上臺階開挖及支護、下臺階左右側分別開挖及支護、仰拱二次襯砌、拱墻二次襯砌。如采用機械化施工方案，常用的機具設備有濕噴砼機械手、三臂鑿巖臺車、鋼拱架拼裝機、自行式仰拱棧橋、仰拱模板、防水板鋪設臺車、二襯混凝土養護作業臺架等，從加快施工進度的角度出發，本工程主要是掌子面的施工工序對施工進度影響比較大，可能提高施工效率的機械化設備有濕噴砼機械手、三臂鑿巖臺車、鋼拱架拼裝機，機械化施工方法可以提高一定的施工進度，每月可加快施工進度6m左右。另外，采用機械化施工后，人工數量得到減少，施工時，作業人員離掌子面距離較遠，可以提高施工過程中的安全性。兩車道隧道Ⅲ級圍巖多采用全斷面法施工。本文主要描述Ⅴ級圍巖機械施工配置內容。上下臺階法橫斷面施工示意圖如圖1。
3.1開挖作業常用機械設備
隧道工程機械化施工的開挖環節，隧道進口處需要裝配液壓三臂鑿巖臺車1臺，并且再通過實際施工需求，來選擇鑿巖鉆機和移動變壓器的配置。根據工程經驗三臂鑿巖臺車每個鉆臂2min內即可自動完成5m深鉆孔作業，實際施工時，每個鉆臂的鉆孔進度可達1.3～2.0m/min。從施工時間因素進行分析，根據施工需要對設備配置進行調整可以有效加快設備鉆進的速度。本工程以9人同時施工為例，鉆孔速度按0.36～0.45m/min考慮，裝藥時間按每人每2min安裝1m計算。該道工序合計時間1.56～1.77h。從最開始的測量工序到之后的爆破環節，最好的情況下能夠將施工時間縮短到3h，相比風動鑿巖機鉆孔作業模式，能夠大幅度提高作業效率。如果遇到隧道巖圍較為堅硬且相對完成的情況，在施工環節使用鑿巖臺車能夠起到很大的作用，比如，人工作業量減少、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行，是未來隧道施工的重要技術應用趨勢。同時，鑿巖臺車電腦控制爆破參數，定位精度搞，隧道的開挖成型得到保證。可實時監測鉆孔壓力、鉆孔速度等參數，通過軟件分析復原地質狀況，并形成地質報告，構筑精準高效的信息情報系統。就開挖環節所應用的三臂鑿巖臺車來展開，鉆桿定位環節結束后，可以采用固定傾角或水平傾角的模式進行推進工作，這種方式可讓超挖量得到減少，并且鉆孔的質量上升。
3.2裝運作業常用機械設備
在隧道工程的施工階段，出碴作業是其中的重要內容，對整體開挖進度有著直接影響。出渣施工環節通常使用的設備為裝載機，并根據施工實際來確定鏟斗容量。為了加快出碴速度，爆破作業開始前，應安排車輛在規定位置進行等待，并在完成爆破通風環節的工作后，進行坑道開挖的出碴工作，在此過程中通常會使用裝運設備，以此提高出碴速度，使隧道工程施工順利開展，并且相比傳統出碴，機械化設備能夠提高工作效率，加快裝運時間，從而節省裝運成本。目前，Ⅳ級圍巖按臺階法施工每循環進尺3.2m，出碴時間3h，Ⅴ級圍巖按臺階法施工每循環進程1.6m，出碴量為Ⅳ級圍巖的一半，按2h計算。需要注意的是，隧道開挖的仰拱施工階段，為了提高施工質量，需要結合自行式液壓仰拱棧橋和模板等設備來協作施工，且在施工過程中注重裝備使用的協調性，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對混凝土成本的控制，不過，會有個別情況導致出碴速度降低，因此，要充分掌握施工具體情況后選擇正確的應用方式。
3.3噴錨支護作業常用機械設備
在噴錨支護施工過程中，傳統施工模式下經常使用小型混噴劑來完成作業，而這種方式常常存在高回彈率、以及高勞動強度以及外加劑摻量難以控制的問題，作業環境也普遍偏差，為了將上述問題有效優化，可以在保持這種作業模式的基礎上添加同型號的混凝土濕噴機械手2臺，并將低壓系統穩壓器進行改造。施工時，錨桿安設與注漿按每人每2min安裝1m計算，9人同時施工，另外，考慮1h的掛網與連接鋼筋施工時間。超前支護，按8人同時施工，鉆孔速度按0.36～0.45m/min考慮，每根超前小導管的安裝及注漿按15min計算。具體操作環節，需要重點關注混凝土技術參數和拌和比，根據濕噴機械手的特點分析，其噴射混凝土的效率可達到30m3/h，實際施工過程中，綜合效率可達到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人同時施工，每人噴射速度按5m3/h計算。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械化程度，大量節約工程成本管理。濕噴機械手噴射混凝土質量影響因素主要有原材料質量、混凝土配合比、設備性能、操作手水平、速凝劑摻量等。施工中，需對噴射混凝土原材料的質量進行控制、對噴射混凝土配合比的配制及施工配合比進行現場調試、對現場噴射混凝土施工過程和施工方法進行控制。另外，機械化施工時，如果設備故障會產生很長的維修周期，需要提前配備備用的機具設備和配件。5b型襯砌結構段基礎施工進度對照表如表1。
3.4防水層作業常用機械設備
針對隧道防水層的作業環節，傳統的施工方式多是通過人工進行水板掛的設防工作，這種模式會耗費大量人力和時間，施工效率很難提升，而且也不會使用什么施工設備，機械化施工在其中沒有得到有效發揮。隨著時代的發展，這種問題得到了解決。為了有效減輕施工人員的工作壓力，提高作業效率，可以在施工過程中使用防水板鋪掛臺車。根據實際調查，施工人員通過使用這種輔助裝備，作業強度得到控制。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，這種設備能夠避免在焊接時將防水板等焊穿、焊焦。
4結語
總的來說，在公路隧道工程中，機械化施工模式有助于提高總體施工效率，保障施工安全。并且機械化施工在工程成本控制方面，比人工施工更能節省成本，但是，需要注意設備配置方面的建設，相關管理人員需要考慮施工實際需求，并通過分析市場形勢以及設備性能，選擇最富有經濟性以及綜合性價比的設備，同時，還要注意各設備之間的協調運作性，避免具體應用時因單一設備的故障而影響整體施工進度。
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作者:陳爽 單位:云南建設基礎設施投資股份有限公司
