公路隧道成套機(jī)械化設(shè)備應(yīng)用研究

摘要 為降低公路隧道作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，文章通過實(shí)踐應(yīng)用隧道成套機(jī)械化的智能化配套設(shè)備，不斷總結(jié)形成適用性及經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的組合方案及關(guān)鍵技術(shù)，旨在全面提升隧道整體安全管理水平和施工效率，保障安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)。研究表明，該技術(shù)適用于開挖斷面≥60 m2的公路隧道施工，可大幅降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞 隧道；成套機(jī)械化；設(shè)備應(yīng)用

中圖分類號(hào) U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0192-03

0 引言

目前，在采用部分工序機(jī)械化施工的隧道實(shí)踐中，已有采用全電腦鑿巖臺(tái)車、鋼拱架安裝臺(tái)車、液壓仰拱棧橋、智能化二襯臺(tái)車等多種設(shè)備。該文借鑒了大縱坡長(zhǎng)斜井施工特長(zhǎng)隧道的施工工序，提出了“成套機(jī)械化+智能化配套”的快速施工方式，通過對(duì)施工機(jī)械的實(shí)際應(yīng)用，記錄了各項(xiàng)施工數(shù)據(jù)，對(duì)成套機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行了分析，選取最優(yōu)的配備原則從而確定出最佳的機(jī)械化配套及相應(yīng)的用電配套設(shè)施[1-3]。

1 主要研究?jī)?nèi)容

（1）充分結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，在隧道開挖、支護(hù)、防排水、襯砌、養(yǎng)護(hù)及文明施工等各作業(yè)線中，均應(yīng)用隧道成套機(jī)械化配套進(jìn)行施工，大型機(jī)械智能化設(shè)備主要有：

①開挖作業(yè)線的三臂鑿巖臺(tái)車、多功能配合臺(tái)架。

②支護(hù)作業(yè)線的萬向錨桿機(jī)、智能拱架安裝機(jī)、濕噴機(jī)械手。

③仰拱、調(diào)平層作業(yè)線的高分子定形模板、整體活絡(luò)式小車。

④防排水作業(yè)線的自動(dòng)鋪掛臺(tái)車。

⑤襯砌作業(yè)線的信息化多功能襯砌臺(tái)車。

⑥養(yǎng)護(hù)作業(yè)線的抑塵、養(yǎng)生智能臺(tái)車。

⑦溝槽作業(yè)線的整體移動(dòng)式臺(tái)車。

⑧干式除塵凈化（降溫）設(shè)備。

⑨濕式通風(fēng)除塵（移動(dòng)）設(shè)備。

⑩文明施工作業(yè)線的多功能清掃機(jī)等。

（2）小型機(jī)械智能化設(shè)備。隧道鋼構(gòu)加工采用了集中加工配送模式，并配備了成套的機(jī)械智能化設(shè)備，主要有數(shù)控型鋼冷彎?rùn)C(jī)、數(shù)控網(wǎng)片機(jī)、液壓聯(lián)合沖剪機(jī)、二保焊機(jī)、鋼筋調(diào)直切斷機(jī)、鋼筋彎曲機(jī)、交流弧焊機(jī)、小導(dǎo)管尖頭機(jī)、沖孔機(jī)等。

（3）監(jiān)控量測(cè)應(yīng)用高級(jí)全站儀和FMOS標(biāo)準(zhǔn)版等配套設(shè)施，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)的同時(shí)可實(shí)時(shí)掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息，保證隧道施工安全、結(jié)構(gòu)安全耐久且經(jīng)濟(jì)合理。

2 通風(fēng)移動(dòng)濕式除塵設(shè)備

2.1 先進(jìn)性分析

2.1.1 效率提高

掌子面爆破后在停運(yùn)洞外壓入式通風(fēng)機(jī)的情況下，運(yùn)行濕式空氣凈化系統(tǒng)約20 min后，掌子面端初支臺(tái)車架即可清晰可見，在滿足出渣條件的前提下實(shí)現(xiàn)了工序的快速銜接，提高了掘進(jìn)效率。

2.1.2 環(huán)保節(jié)能

采用雙洞互補(bǔ)通風(fēng)技術(shù)后，隧道口處的壓入式掌子面爆破后停用壓入式通風(fēng)機(jī)約20 min，單日進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)、兩次掌子面的爆破作業(yè)，洞口通風(fēng)機(jī)累計(jì)停機(jī)時(shí)間約40 min，減少了電腦消耗，且雙循環(huán)下的凈化器配備了自動(dòng)清洗過濾器，以保證一定時(shí)間內(nèi)水資源的循環(huán)利用。

2.1.3 減少職業(yè)病

采用雙洞互補(bǔ)通風(fēng)技術(shù)可有效降低施工帶來的粉塵污染，保證了作業(yè)人員的職業(yè)健康，減少了隧道施工職業(yè)病的發(fā)生。

2.2 創(chuàng)新性分析

通過左右洞行車坡度、交通流組成的不同，從而引發(fā)雙洞需風(fēng)量的差異。利用下坡隧道內(nèi)富余且質(zhì)量較好的新鮮空氣，進(jìn)而稀釋上坡隧道內(nèi)質(zhì)量較差的污濁空氣，降低了污染濃度的同時(shí)減少了能耗。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

山西省黎霍高速公路丁家灣1號(hào)、2號(hào)隧道、田家?guī)X隧道的出口端左右線洞口位于中-緩坡上，為第四系坡洪積體，由碎石、塊石和黏土組成，其中碎石約占75%、塊石約占20%、黏土約占5%，破碎帶長(zhǎng)度約70 m。隧道邊仰坡及洞口段在開挖過程中容易發(fā)生坍塌，為該項(xiàng)目的難點(diǎn)工程。

3.1 項(xiàng)目情況分析

3.1.1 地形地貌與地質(zhì)條件

（1）地形地貌。該段落施工范圍內(nèi)屬于黃土高原的太岳山系支脈、侵蝕剝蝕小起伏中山區(qū)和山間河谷區(qū)，山體植被發(fā)育，雜草茂盛，荊棘灌木叢生。山間河谷區(qū)表現(xiàn)為河床、河漫灘及各級(jí)階地，河床大多由卵石及砂土互層組成，地下水位埋藏較淺，對(duì)橋梁工程基礎(chǔ)有一定影響。

（2）地質(zhì)條件。項(xiàng)目路線區(qū)域地質(zhì)情況主要以地表覆蓋淺層強(qiáng)分化泥巖和中分化砂巖為主，侵蝕剝蝕小起伏中山區(qū)，橋隧集中段落的地形復(fù)雜，丁家灣2號(hào)隧道出口段山體覆蓋層屬第四系坡洪積體，巖體節(jié)理破碎，在隧道施工時(shí)容易坍塌。

3.1.2 水文氣象

（1）氣象。項(xiàng)目區(qū)域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明且晝夜溫差大，冬季寒冷干燥，秋季涼爽宜人，夏季炎熱多雨，春季風(fēng)沙肆虐。沁源縣年平均氣溫8.7 ℃，年平均降雨量656.7 mm，無霜期90～150 d，凍土深0.5～0.75 m。

（2）水文。設(shè)計(jì)路線在K96+500與沁河交叉，沁河水水量充沛，年均徑流量14.4億立方米。路線在K102+200和K104+800分別與東河、狼尾河交叉，這兩條河流均屬山區(qū)泉溪性河流，水量隨季節(jié)斷續(xù)。其余沿線支溝中地表有一定的淺層裂隙水匯聚，水資源相對(duì)豐富。

3.1.3 交通、通信及水電情況

（1）交通。項(xiàng)目緊鄰國(guó)道241線、省道222線，可充分利用現(xiàn)有道路作為施工主便道，進(jìn)場(chǎng)道路主要依靠新建的橫向便道完成，同時(shí)需沿路線縱向修建施工便道。

（2）通信。項(xiàng)目在分部安裝高容量網(wǎng)絡(luò)專線，各職能部門設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的有線和無線網(wǎng)絡(luò)，保持與項(xiàng)目部、黎霍高速公路有限公司和監(jiān)理單位的業(yè)務(wù)聯(lián)系，與各施工隊(duì)主要通過手機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)；對(duì)個(gè)別網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的區(qū)域或施工點(diǎn)（丁家灣2號(hào)隧道出口、田家?guī)X隧道進(jìn)口），分部與聯(lián)通公司聯(lián)系，建立了1座網(wǎng)絡(luò)信號(hào)塔，為施工人員辦理聯(lián)通專用號(hào)碼，確保施工期間通信暢通。分部按標(biāo)準(zhǔn)化建立了網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，配備了相應(yīng)的硬件、軟件系統(tǒng)。對(duì)拌和站、預(yù)制梁廠、隧道建立了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)專人負(fù)責(zé)管理。

（3）水電情況。項(xiàng)目區(qū)域水源豐富，生活用水通過與當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門協(xié)商，接入沁源縣自來水系統(tǒng)。橋梁工程和現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)用水計(jì)劃通過河道水源解決，而隧道工程和拌和站用水則通過現(xiàn)場(chǎng)鉆井方式解決。施工用電采用永臨結(jié)合方式，通過與當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門聯(lián)系，在主要構(gòu)造物附近安裝變壓器，通過架設(shè)電力專線接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，經(jīng)測(cè)算該項(xiàng)目計(jì)劃安裝17臺(tái)變壓器。臨時(shí)用電解決方式如下：在施工前期電力未接通的情況下，對(duì)隧道、橋梁和涵洞等控制性工程作業(yè)點(diǎn)，計(jì)劃通過配置柴油發(fā)電機(jī)提供電力保障。

3.2 隧道成套機(jī)械化設(shè)備應(yīng)用情況

（1）購(gòu)置1臺(tái)全電腦三臂液壓隧道鑿巖臺(tái)車、1臺(tái)全液壓兩臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行隧道的開挖掘進(jìn)，2臺(tái)全自動(dòng)二襯臺(tái)車澆筑襯砌混凝土，2臺(tái)自行式液壓棧橋（含仰拱、中央排水溝模板）澆筑仰拱混凝土，通過對(duì)各個(gè)工序機(jī)械化設(shè)備的使用，加快隧道施工進(jìn)度。隧道施工機(jī)械配備見表1所示：

（2）根據(jù)該項(xiàng)目構(gòu)造物分布、現(xiàn)場(chǎng)臨建布置以及地方電力線路布設(shè)的實(shí)際情況，該項(xiàng)目計(jì)劃安裝變壓器17臺(tái)，用電總負(fù)荷達(dá)到9 870 kVA。該段路基范圍內(nèi)現(xiàn)有變電站負(fù)荷能夠滿足施工生產(chǎn)需要，但丁家灣2號(hào)隧道和田家?guī)X隧道的施工點(diǎn)集中，原有電力線路容量較小，需架立電力專線5.5 km；拌和站和項(xiàng)目部需架設(shè)專線0.7 km；丁家灣1號(hào)隧道進(jìn)口端需接線長(zhǎng)度為1.0 km，出口端接線4.0 km；東河大橋施工點(diǎn)附近電力線路容量較小，需架立電力專線0.2 km。其余構(gòu)造物均需要架立不同長(zhǎng)度的引線至作業(yè)點(diǎn)附近，保證施工生產(chǎn)用電?；谟琅R結(jié)合考慮，經(jīng)與業(yè)主初步溝通，項(xiàng)目前期施工電力線路建設(shè)費(fèi)用暫時(shí)由施工單位負(fù)責(zé)，其中丁家灣1號(hào)、2號(hào)隧道和田家?guī)X隧道的變壓器及相關(guān)設(shè)施及費(fèi)用，初步考慮在業(yè)主確定永久電力線路及負(fù)荷后，再通過協(xié)商由業(yè)主進(jìn)行回購(gòu)處理。臨時(shí)用電設(shè)施具體見表2～3所示：

4 結(jié)束語

綜上所述，公路隧道成套機(jī)械化設(shè)備突破了靜電除塵器、袋式除塵器、霧炮車等常規(guī)的隧道通風(fēng)除塵技術(shù)，提供了隧道施工調(diào)風(fēng)、控塵、風(fēng)流回用的新路徑，為公路隧道施工通風(fēng)及環(huán)保提供了參考借鑒。

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收稿日期：2024-02-05

作者簡(jiǎn)介：樊玉潔（1982—），女，本科，工程師，從事道路建設(shè)管理工作。

通信作者：申鐵軍（1980—），男，本科，正高級(jí)工程師，從事隧道工程研究工作。