水柏铁路松河隧道进口施工机械化.doc

水柏铁路松河隧道进口施工机械化中铁二局一公司物机部 黄湘勇摘 要：全长6905m的水柏铁路松河隧道是我国在建单线长大隧道之一，是水柏铁路控制工期的重点工程。在进口端的施工中，由于采用科学的施工方法，选择合理的机械配套，创造了独头掘进218m，独头月成洞216m的好成绩。本文阐述了松河隧道独头掘进的机械配套及相关管理，为长大隧道机械化配套施工积累了经验。关键词：铁路单线隧道 机械化配套1 工程概况水柏铁路起于贵州省六盘水市，止于六盘水市盘县特区的柏果镇，而松河隧道位于水柏铁路DK111+222DK118+125里程上，全长6905m。其中进口端（DK111+222DK114+652）长3452.5米，位于贵州省六盘水市盘县特区坪地乡雨格村内，距省道约8KM，有乡村便道到达隧道口附近，由中铁二局一处承建。隧道位于坪地背斜南冀，呈单斜。进口段为石灰岩。石灰岩段有岩洞、岩溶、溶隧，属典型的喀斯特地貌。工程附近地表水贫乏，地下水以岩溶水为主，少量为裂隙水，主要靠大气补给。隧道进口段为直线，纵坡DK111+220DK114+387段为3，DK114+387DK114+652段为-8.6，为单线电气化铁路隧道。为满足施工工期、通风、排水要求，在线路左侧设长为1400m平行导坑，有六个通道与正洞相连。由于隧道围岩稳定性好，适合全断面快速掘进，为机械化快速施工提供了条件，而且设计工期要求月成洞在百米以上。因此，必须配备强有力的隧道施工机械。2 机械设备配套情况根据该隧道施工工期紧，隧道长，单口进，进度指标要求高，双工序作业等特点，配置了以凿岩台车和挖装机为龙头的重型设备。其主要设备配置见表一和图1。松河隧道有轨运输机械化配套一览表 单 位: 台 (套 ) 表一工序机 械 名 称型 号 规 格数台备 注凿岩四臂作业台车古河JGH4-150(门架式)1日本风 钻16独头掘进以前装碴运输挖装机ITC312H41德国电瓶车12T42台湘潭电机厂,2台六枝煤机厂电瓶车8T6(一台备用)湘潭电机厂梭 矿14m36(常使用5台)4台江矿,2台勤宏梭 矿8m310江矿扒碴机LZ1204独头掘进以前,其后为备用,南昌通用机械厂锚喷衬彻拌合机JS5004江西建机砼运输车6m3(轨行式)4(一台备用)2台日本,2台勤宏湿喷机TK9611铁科院西南分院砼 泵HBT60B 60 m3/h1中联泵衬彻台车8m1勤宏通风通风机88-155KW22天津通风机厂通风机28KW6(通风系统改进以前)佳木斯电机厂图1 松河隧道有轨运输设备基本配置 JGH4-150钻孔台车 ITC312H4挖装机 梭式矿车(8m3或14m3) 电瓶车(8T或12T) 8m模板台车 HBT60B泵车 6m3轨行式砼运输车2.1 掘进由于隧道围岩稳定性好，进入独头以后，采用的是全断面钻爆法施工。凿岩设备采用的是从日本进口的JGH4150轨行门架式四臂液压凿岩台车,它除有四个臂进行钻孔作业外,还有2个升架平台用于装药和安装锚杆。从使用情况看，该重型开挖设备钻机的故障率低，钻孔速度快，性能较好。尤其是自动升降平台的使用，使装药与钻孔工序可以交错平行作业，节省了装药时间，作业见掘进循环统计表二。每月掘进循环平均时间统计表(表二)工 序时 间(单位：min)年/月99/4 99/599/699/799/899/999/10台车就位（含钉道）17 16(反)1615 16(反)151561515测量布孔45 22(反)3325 21(反)18151516钻眼181 76(反)175165 124(反)156165155170装药补破170 64(反)165152 106(反)145151149160通风洒水31 30(反)3030 30(反)30303030找顶15 18(反)2018 13(反)18191718出碴274 207(反)280290 224(反)2722712652689每循环平均时间243 433(反)38.9441.73 41.95(反)41.5940.6941.0239.59出碴所占循环时间比例（%）36.88 47.81(反)38.9441.73 41.95(反)41.5940.6941.0239.59说明:全断面掘进中,出碴工序在每个循环中所占时间平均比例为40.063%。钉道是指接台车短道用时，与台车就位平行作业。接长道是在台车就位以后，不占循环工序总时间。而锚喷均在其他作业间隙时间进行，不占总作业循环时间。反指的是反台阶开挖工序。2.2 装碴运输装碴运输是隧道施工中的一个重要工序，在整个施工循环中所占时间比重较大，也是提高掘进速度的关键所在。因此在设备选型配套时，必须使运输能力大于开挖能力。以便为快速掘进创造条件，从而达到迅速、大容量地将石碴撤离掌子面，使掌子面尽快恢复作业的目的。因此快速、重载是隧道施工中装碴运输的关键。2.2.1装碴目前，我国常用的装碴设备是南昌通用机械厂生产的LZ120D立爪式扒碴机，其标定生产率是120m3/h，但在实际生产中只能达到80100m3/h，满足不了松河隧道高进度指标要求，而且装载宽度只有4.1m宽，单台作业满足不了全断面装碴需要，若用采两台并排作业，相互干扰太大，影响装碴效率。为此，在松河隧道施工中，装碴设备引进了德国沙士基达公司的重型、全液压地下作业机械-ITC312H4隧道挖掘装载机。ITC312H4挖装机，既可采用轨行被动牵引，也可通过履带自行式行走，因此在装碴时可来回移动，清扫道路，连续装碴，而且该设备还配有冲击锤，撕裂器，不同宽度和容量挖斗均可装在该设备上，实现了一机多用。由于该设备挖掘臂由三种不同大臂组成，挖掘臂允许在旋臂之间有局部旋转运动，这样，在以水平位置托架的中心线为基准，小臂可沿中心线长度方向上下左右摆动450角，这样便于更好地在隧道拱形面上精确开挖。同时，小臂相对托架中心线以向右上倾斜，就能相对机器中心线或偏移一边后平行于中心线以向右倾斜开挖。同时，大臂左右摆动角为2550角,使得该设备挖掘宽度达到9.1m宽，适于单机全断面装碴，并可用于找顶、清底、挖水沟等作业要求。从装碴效率来看，大大高于LZ120D立爪扒碴机的作业效率，可达到200230m3/h,缩短了装碴时间。而且该设备采用内燃、电动双驱动作业方式，一旦设备出现故障或停电，可退出维修或启动内燃机动力作业。2.2.2运输1)设备在每一个工作循环中，采用5台14m3和2台8m3梭矿配合使用，由4台12T电瓶车，3台8T电瓶车负责牵引（其中一台电瓶车在洞外专职卸碴）。2)轨道随着单线铁路长大隧道快速施工中大型设备的应用，要想提高重车的运营速度，铺设重轨和提高铺轨质量是关键。在松河隧道中,由于轨距的限制（凿岩台车轨距为2967mm，其他运输设备轨距为762 mm），无法实现四轨三线。于是经过摸索和实践，选择了合理轨道铺设方案（见图2）。铺轨全部采用43Kg/m的重轨用于铺设运营轨道，同时组成28人的轨道班司职轨道铺设整治工作，从而提高了铺轨质量，减少了重车掉道次数。图2 洞内轨道布置示意图3)其它为合理有序组织运输车辆，设立了行车调度。洞内2名与洞外1名调度通过内部程控电话有机联系在一起。这样，合理的组织调配，良好的轨道，强有力的运输设备，使得每循环石碴平均在2226车就可装完。在 ITC312H4挖装机工作面每3分钟左右就可有梭矿抵进装碴，每循环出碴时间控制在4h左右，缩小了出碴在每一循环中所占时间比重（约占41%左右）。 2.3 锚喷衬彻2.3.1锚喷支护由于干喷的弊端较多，在松河隧道中采用湿式喷护作业方式。设备为铁科院西南分院研制的TK961湿喷机。同时，锚杆作业在钻孔台车钻孔时，在升降平台上安装，支护在装碴间隙中完成，有效节约了循环作业总时间。2.3.2衬彻1)设备配置 首先，在洞外由4台JS500强制式拌和机组成的拌合站将砼拌和好，由3台6m3轨行式砼运输车（其中一台在拌和站下面装砼）装运，2台8T电瓶车负责运送至作业面，由中联重科的HBT60B泵负责泵送，模板台车是DMT-8的8m全液压模板台车并配有2套模板交替使用。8m模板台车 泵车注：叉线既可设置在线路前进方向左侧，也可在线路右侧其长度由泵车性能决定,而且在衬彻停止作业时，可停放梭矿，作为停靠线使用权。图3 衬彻轨道布置示意图DMT-8模板台车在隧道施工使用过程中，出现过内挤暴模现象，若使用对河撑，又会影响出碴与衬彻同时作业。因此在摸索实践中自行研制斜撑，使得出碴与衬彻不再相互干扰而是平行作业。（见图3，图4）说明：要求角度小于450，采用螺旋千斤顶顶在钢模板上，横向支撑穿过钢轨，解决模板在灌注时内挤问题，从而解决了衬彻与出碴间的干扰。图4 斜撑支撑模板示意图2)合理组织在砼衬彻施工过程中，为达到铺底超前的目的，通过采用预制砼块预先架空轨道的方法(见图5)，使得铺底及水沟始终走在矮边墙及全断面衬彻前面，给全断面衬彻、轨道的铺设及三管四线的布置创造了条件，营造出一个良好的施工环境。 砼 块钢轨已辅好的砼枕 木图5 砼块预先架空轨道示意图 注：砼块为25cm高在组织工序时，通过打钻时立模，关堵头板，加斜撑，形成出碴与衬彻平行作业局面，使得松河隧道的全断面衬彻保持在150m/月以上（见衬彻循环每工序平均时间统计表5）。台车就位立模灌注凝固脱模合计0.5小时3小时12小时8小时0.5小时24小时2.4 通风图6 独头掘进施工通风示意图通风设备的配置及通风系统设计，不仅影响到排烟时间，占用出碴时间，而且影响到隧道的文明施工；不仅影响到工人身体健康，而且还降低了洞内的能见度，影响到各种机械和车辆的运营速度及安全。为此，通过认真设计通风系统(见图6)，加强了通风设备，使用2台55KW2(一台压入新鲜空气，一台用于抽污风)的通风机，采用维纤布通风软管架设风管。为加强通风管理工作，成立了专职通风组，使通风管做到高低一条线,见漏就补,全面提高了通风质量。在响炮30分钟左右，掌子面就能很清晰。为了改善了装碴司机的作业环境还应及时喷雾洒水，降低粉尘含量。 3 施工管理及情况3.1 管理为确保快速掘进施工目标的实现，重点在强管理，而且是人的管理，强调以人为本。在松河隧道施工中，前勤班组全部实行计件，鼓励大家多劳多得，快上多干;对二线及后勤班组以前勤计件额为基数，采取按一定百分比计发效益工资的办法，调动二线及后勤班组的生产积极性。为保证快速掘进，还要协调安排好各工序作业，必须见缝插针并实施多工序平行作业，堵塞各生产环节的漏洞，因此要心中有数做好超前安排，将各工序做到程序化，制度化。同时，领导及各部门均实行24小时值班制，对生产环节中遇到的问题及时解决，避免浪费各工序时间，促成“人等时间”，而不是“时间等人”。不同工序、不同班组，接班人员均要提前上班，即使遇到意外情况如停水、停电、设备故障等，所有人员尤其是洞内人员要在洞内安全地带等候，避免来回耽误时间。同时，成立药卷加工班，在打钻时将加工好的药卷送至掌子面等待装药。从而实现了各工序以分钟来计算，定量考核。对时间出现反常的要及时分析，找出原因避免下次再犯同样的错误。 通过努力，整个施工现场是一片精打细算每分钟 ，分分秒秒是进度，忙而不乱的局面。对安全质量、成本这个问题，常抓不懈。安技与其他部门密切配合，通过安全规章制度的制定和学习，以及事故处理“三不放过”的原则，教育每一个职工增强安全意识，把不安全因素消灭在萌芽状态中。在开挖上，推行光面爆破，减少超欠挖。首先，在钻孔时“定人、定臂、定区”超作，便于操作技术人员可以熟悉本臂机况、本区眼位，逐渐加快打眼速度，并将效果追到人头，在考核时，不但追求进尺，还要看炮眼利用率，周边眼半边眼的保存率，以此兑现奖惩。由于松河隧道投入设备较多，经理部建立了完善的管理机构，做到事事有人抓，层层有人管，经理部在经理的统一协调下，有一名副经理专职分管机械，并设有机电技术室负责设备的日常管理及维护。通过制定一系列的规章制度、指导性计划与现场需求相结合的考核办法，以会代训等多种方式，强化职工的业务技能。在设备维修物资供应上则一切为掌子面开绿灯，所有辅助生产均要服从，服务于掌子面工作需要，全力配合施工生产，从而有力保证了设备正常运转，为生产提供了有力的保障（机构设置见图7）。项目经理主管机械副经理机电技术室 钳工班电工班机修班台车班台车维修组组修班混凝土班空压班出碴班图7 经理部机械管理流程图3.2 施工情况自1998年8月25日台车及挖装机的进入隧道，标志着这套设备在松河隧道的正式启用。在前期，由于操作、地质等各方面原因，使用情况不是很理想，每循环耗时最长曾达36h6min，随着操作的熟练，各种辅助工作的跟上，这套调设备才真正受到了检验，性能也得到了较好的发挥。尤其是在99.7-99.8更是取得了独头掘进以后,开挖进尺,全断面衬彻,成洞均超200m的好成绩（见表三）。工 序时 间(单位：min)年/月99/4 99/599/699/799/899/999/10掘进进尺(m)67.7/161.2(反)78.6113/45.2(反)206.8218.818068掘进循环数（个）21/48 (反)2337/24(反)66675822平均每循环进尺 （m/循环）3.219/3.358(反)3.4173.054/1.88(反)3.1333.2663.1033.091每日平均循环数（含反压）（个/月）2.30.741.972.22.161.930.71每日平均进尺 （m/月）7.6272.5355.2736.6717.05862.194每循环平均钻眼深度（m）3.43.433.33.43.353.23.3全断面衬彻（m）185174179225215240160备 注99.