总结长大铁路隧道快速施工机械化配套的经验，在隧道施工技术和设备配置国产化上有所突破和创新，提高长大铁路隧道施工机械配套的技术和理论水平，为加快长大铁路隧道施工提供有力的设备保障。
Abstract： In this paper， taking double line and single tunnel project of Hanghuang high-speed railway as the research object， it analyzed and studied the supporting project for the fast construction machinery of long tunnels， explored and summarized the construction experiences， in order to obtain the breakthrough and innovation in the tunnel construction technology and localization of equipment configuration， to improve the construction machinery supporting technical and theoretical level of long tunnels， and to provide powerful equipment guarantee for accelerating the railway tunnel construction.
关键词：高速铁路；长大隧道；施工机械；配套技术
Key words： high speed railway；long tunnel；construction machinery；matching technology
中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）28-0099-03
0 引言
杭黄高速铁路双线单洞隧道，全长12013m，系全线最长隧道。该隧道进口里程DK201+823，出口里程DK213+836，最大埋深740m。隧道进口位于浙江省淳安县临岐镇徐家庄村，交通条件困难；出口端位于安徽省歙县三阳乡黄坞村，有崎岖的乡村土路到达，交通条件较差。洞身段位于剥蚀中低山区，山势陡峻，地势北高、南低，沟谷纵横、植被较发育、灌木杂草丛生，基岩多裸露。由于该隧道是全线屈指可数的几座长大高铁隧道之一，因此其施工技术、机械配置等都是具有代表性的技术研究。本文以该双线单洞高速铁路隧道工程为研究对象，对特长隧道快速施工机械化配套项目进行研究和探讨，探索和总结特长铁路隧道快速施工机械化配套的经验，在隧道施工技术和设备配置国产化上有所突破和创新，提高特长铁路隧道施工机械配套的技术和理论水平，为加快特长铁路隧道施工提供有力的设备保障。
1 施工机械配置要求
在机械设备选型工作当中，其同工期进度要求、施工成本以及隧道规模等因素具有关联，设备选型方面，其主要是指型号、厂家以及设备性能方面的选择，这也是实际开展设备选型配套的重要前提。如果没有先进设备，则不能够对工序设备的实际效能进行充分发挥。联系该隧道特点，工程方确定以钻爆法进行施工，并对以下原则进行了制定：第一，隧道机械配套方案需要对进度以及施工组织方面的需求进行满足，在以装、运、挖为主线的基础上按照地质超前预报、运输、支护以及通风等工序实现机械设备的配置，形成不同工序的流水作业线；第二，机械配套方面，要保证设备具有良好的经济性以及技术水平，即需要从可操作性、维修性、价格、售后以及生产效率等方面进行综合性的考虑，严格避免选择性能落后以及技术较为陈旧的产品；第三，在对设备进行选择时，要充分做好其通用性的考虑，保证其在本隧道工程应用的同时也能够在未来工程当中的应用，以此对设备的运行成本以及购置成本进行降低；第四，在设备选型配套时，可以对中小型设备进行一定的备用，以此在设备发生故障时能够及时替换。
2 机械配置方案
该长大隧道施工主要包括超前地质探测、钻孔、支护喷锚、掘进、出渣、通风等几个关键工序。针对闻家、金川斜井较长通风困难，且该铁路隧道施工的岭脊段，考虑配备德国产ITC312挖装机、拱架安装台车、喷射砼机械手各1台。
具体的机械配置详见表1。
下文将针对每一道工序的机械配置细则进行具体分析：
2.1 超前地质预报设备
在该岩山隧道当中，具有5个向斜、5个背斜、7条断层，岩体具有破碎特征，整体围岩在稳定性方面表现较差，且地表沟具有纵横发育的特征，除了地质素描、TSP之外，在地质疑惑段以及地质复杂段在对设备进行配置之前，则需要做好前方围岩的判断。对于该项工作来说，其在时间方面占用较长，为了能够对工程整体进度进行提升，该隧道则使用先进钻孔设备C6进行水平超前钻孔。对于该设备，其能够对前方围岩实现准确的判断，能够在以较长距离实现预报预测的基础上对预报的准确性进行保证，且具有较快的钻进速度等以及行走便利特征。
2.2 钻孔设备
在该隧道中，其分进口、徐家、闻家、金川、横洞以及出口这几个施工工作面，并在联系地质情况的基础上对上下台阶、CRD以及全断面施工方式进行应用，在不同工作面，配备YT28风钻以及一台多功能作业台车。在作业中，对T11S-315型电液式凿岩台车进行了购入，其在清洁电能为驱动的情况下对以往开挖作业当中对施工人员产生的健康隐患进行了排除，在对工作环境污染情况以及工作强度进行降低的基础上实现作业安全系数的提升。
2.3 支护喷锚设备
全隧设计采用锚杆、喷射混凝土以及钢筋网进行支护，Ⅳ、Ⅴ级围岩地段增设钢架。其中锚杆采用YT-28风动凿岩机钻孔，中空注浆锚杆采用KBY50/70型注浆泵进行注浆，砂浆锚杆采用砂浆泵注浆。
喷射混凝土采用湿喷工艺，每个作业面配备1台KC30型湿喷机械手，每个工区均独立设置湿喷所需混凝土的搅拌生产、运输设备。
2.4 掘进、出碴设备
在隧道掘进当中，装渣运输也是非常重要的施工内容，将对掘进速度产生影响。在该隧道中，共具有弃碴156.96万方。在正常运行情况下，其出渣量在60m3/h以上，对长大隧道辅助导坑施工设备配置进行了有效解决，且对洞内存在的空气污染进行了有效减少。
根据隧道地质勘测资料，隧道为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，其中主要以Ⅳ级围岩为主，不适合采用液压凿岩台车进行全断面开挖，而采用机动灵活多变的人工风动凿岩配备掘进作业台架比较合适。
根据隧道断面大小，掌子面最多可布置25～28台YT-28型风枪，再考虑徐家、闻家、金川斜井进入正洞后双向施工，其余均独头掘进进行电动空压机、风动凿岩机、掘进作业台架等设备的计算配置。
高压风采用洞外电动空压机组成的压风站集中供风方式，高压风管直径采用？准250mm无缝钢管，进洞后采用托架法安装在边墙上，沿全隧道通长布置，高度以不影响仰拱及铺底施工为宜。主管道每隔300～500m分装闸阀和三通，以备出现涌水时作为应急排水管使用，管道前段距开挖面30m距离主风管头接分风器，用高压软管接至各风动工具。
同时工作的各种风动工具耗风量∑q=N×q×K1×K2
N：使用台数；q：每台耗风量；k1：同时工作系数取0.85；k2：风动机磨损系数取1.10。
根据计算所得总耗风量，在各施工洞口设置高压风站，供应洞内高压用风。
根据隧道断面大小、斜井坡度、每循环的掘进进度（出碴量）、弃碴运输距离以及设备性能参数进行出碴装、运机械的计算配置。 在施工过程中，可根据现场实际情况进行增减调配。
2.5 隧道通风
本隧道采用长管路压入式通风，洞口设置轴流风机。为加速污浊空气向外的流通速度，每隔500m配备1台射流通风机将废气往洞外吹。轴流风机选用SDF（c）-NO12.5轴流通风机（风量1550～2912m3/min，全压1378～5355Pa），正洞、斜井风管皆采用？准1800mm拉链软风管。射流风机选用SDF-NO6.5。
根据施工总体进度安排及通风系统布置，金川斜井工区施工压入通风距离最长，为3862m，如果此工作面通风能满足需要，则其余均能满足。
通风管使用PVC拉链风筒，节长20m，平均百米漏风率0.67%，接头漏风率0.179%，考虑通风筒架设弯曲、个别破损等，取平均百米漏风率P100=1.2%，摩擦阻力系数α=1.4×10-3kg/m3。
Q机——通风机高效风量5824m3/min（计划2台轴流风机供应一个正洞工作面）；Q需——掌子面需风量1343.1m3/min；D——通风管直径1.8m。
通风管出口风量：
Q出口=Q机-Q机×P100×L/100=5824-5824×1.2%×3862/100=2222.2m3/min
由以上结果可知，Q出口=2222.2>Q需=1343.1m3/min，P损=4041.5Pa 3 隧道机械施工的经济性分析 3.1 机械设备选择 在该隧道施工活动开展中，以钻爆方式进行施工，即主要开挖方式有多臂凿岩台车开挖以及人工台车开挖这两种方式。在施工前期工作当中，在每个工作面对两台多功能作业台车以及多台YT28风钻进行了配备，对于该方式来说，其具有着维修便利、施工便捷以及操作简单的特征，但在应用中对人员数量具有较高的要求，且钻孔较浅，劳动强度相对较大，人员在素质方面具有着不同的表现。在后期施工当中，对多臂凿岩台车进行了购置，不仅在人员需求方面要求降低，且具有着较好的施工环境、较低的劳动强度以及较高的维修费用，能够更好地开展后续工作。 3.2 每循环出渣量 V=S×Ke×L 在上式中，Ke为松散系数，取1.4，L为开挖循环进尺，人工开挖为3.3左右，多臂凿岩台车为4.4左右，S为掘进面面积130.2m2。根据该公式，将相关数据代入到其中计算可以得知，多臂凿岩台车开挖量同人孔开挖方式相比要高出很多，即在对施工效率进行提升的情况下对经济效益产生了影响。 3.3 施工经济对比 以岩山隧道III级围岩为例，对设备以及人员间的差异进行经济成本对比，在炸药、照明以及高压供水方面则不予比较。按照机车维修人员250/天、人工费200/天进行计算，可以了解到在进行机械配套施工组织的前后，月进度分为为120m以及220m。在实际计算中，我们按照每天24小时施工、工人三班倒的方式计算，在对多臂凿岩台车方式进行应用时，每个月需支付的人工费用为603000元，即2741元/m。在对人工台车方式进行应用时，每个月需要支付的人工费用为774000元，即6450元/m。根据计算结果的衡量可以得知，在对多臂凿岩台车方式进行应用的情况下，其同人工台车方式相比开挖每施工米能够节约3709元。在该种情况下，对于一个具有III级围岩的长度为1km的隧道，仅仅在人工费开挖方面即能够获得370万费用的节约。而除了经济方面的差异之外，该方式同人工台车开挖方式相比也具有着速度上的优势，且其优势不仅体现在成本费用的降低以及施工速度的加快方面，其一机多用性的存在，也在超前导管以及注浆孔快速完成方面得到了应用，对于不良地段的处治提供了重要的保障。 4 施工进度整体性比较 通过先进机械设备以及先进工艺的应用，且在严格做好故障制度制定以及落实的情况下，该隧道施工速度相较以往获得了积极的提升。根据隧道施工机械设备以及常规设备施工效率相比，则可以发现在对大型配套施工机械应用时，其同常规方式的工效相比在1.5～2倍之间，能够有效加快施工进度（详见表2中的工时对比结果）。 由此可知，通过大型配套施工机械设备的配置，则能够在对不同循环施工时间进行缩短的基础上实现更高经济效益的创造，在该岩山隧道工作开展中，由于实施了机械配套施工方式，在对隧道施工进度水平不断提升的情况下有效实现了对设计施组水平的超越。 5 结论 通过现场实践，长大隧道机械化配套施工技术是成功的，并且经济使用，达到了预期目标，为今后的隧道快速施工提供了经验。随着我国大规模铁路建设的展开，隧道建设的数量将越来越多，建设标准越来越高，建设条件更加复杂，要在较短时间内完成各类大规模的隧道建设任务，必须依靠先进的生产力，也就是在机械化条件下来实施。不同条件下的隧道机械化配套施工，要有不同的机械配套方式，以适应不同条件隧道施工的需要，这是实现隧道快速施工、保证施工安全、确保工程质量的基础。隧道机械化配套施工使隧道施工进度明显加快，因此可减少或取消部分辅助坑道，大规模机械化作业将是今后隧道施工技术的发展方向。 参考文献： [1]张伟，陈建民，金明亮，马登成，徐儒村.基于双臂凿岩台车隧道机械化施工配套技术经济性研究[J].筑路机械与施工机械化，2015（06）：111-113. [2]汤宪高，陈文义.铁路隧道工程施工标准化管理手段探讨[J].铁路工程造价管理，2011（03）：55-57. [3]张秀清.高速铁路隧道施工设备配套与管理[J].科技资讯，2011（21）：99-101.
