隧道施工人員組織和機(jī)械設(shè)備配置

/隧道施工人員組織和機(jī)械設(shè)備配置（喬紅彥）中鐵十一局渝萬鐵路土建6標(biāo)項目二分部二○一四年七月重慶萬州隧道施工人員組織和機(jī)械設(shè)備配置一、工程概況渝萬二分部起止里程為D1K226+993.15～D1K239+982，線路全長12.977km，其中隧道7座，合計11.200km，隧道占比為86.3%，共須要開設(shè)11個掌子面進(jìn)行掘進(jìn)，點多面大，工期比較緊，為滿足施工技術(shù)要求，確保施工質(zhì)量和人身平安，須要依據(jù)工期進(jìn)度合理支配隧道的施工人員組織和機(jī)械設(shè)備的配置，做到配置先進(jìn)，平安牢靠，節(jié)能環(huán)保。依據(jù)設(shè)計圖紙，渝萬鐵路設(shè)計時速為250km，有效凈空面積92㎡，線間距4.6m，圍巖級別為Ⅲ～Ⅴ級。以Ⅳ級圍巖為例，開挖凈寬14.22m，凈高12.23m（未計沉降量），每斷面土石方為141m3，斷面較大，依據(jù)設(shè)計，接受上下臺階法開挖。通用的雙線鐵路隧道月進(jìn)度指標(biāo)為Ⅲ級120m，Ⅳ級70m，Ⅴ級40m，我們將依據(jù)這個指標(biāo)進(jìn)行計算分析和資源配置。高速鐵路隧道大部分屬于山嶺隧道，一般均是接受鉆爆法施工。鉆爆法對地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、開挖成本低，特殊適合于堅硬巖石隧道、裂開巖石隧道及大量短隧道的施工，所以是隧道掘進(jìn)的主要手段。和掘進(jìn)機(jī)施工法相比，鉆爆法具有以下優(yōu)點：①適用范圍廣；②設(shè)備資源投入少，施工準(zhǔn)備期短；③圍巖及地質(zhì)變更后能剛好調(diào)整；④施工組織管理相對單純。二、配置原則隧道施工機(jī)械配置應(yīng)依據(jù)隧道長度、斷面大小、幫助坑道設(shè)置、地質(zhì)條件、施工方法、工期要求等綜合因素進(jìn)行配置，需滿足以下原則（1）施工機(jī)械配置須和施工方法相配套，和施工工期相適應(yīng)；（2）施工機(jī)械配置的生產(chǎn)實力應(yīng)大于均衡施工實力，均衡施工實力大于施工進(jìn)度指標(biāo)要求（3）施工機(jī)械配置應(yīng)留意科學(xué)發(fā)揮機(jī)械的總體效率；（4）施工機(jī)械應(yīng)有備用設(shè)備；（5）優(yōu)選排污達(dá)標(biāo)、噪音小的機(jī)械。進(jìn)入隧道施工的機(jī)械，盡可能的優(yōu)先選用電力機(jī)械（6）隧道施工機(jī)械管理人員應(yīng)進(jìn)行特地培訓(xùn)，特種機(jī)械操作持證上崗。三、超前鉆探在進(jìn)行隧道開挖之前，須進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，像TSP、地質(zhì)雷達(dá)、紅外線等，再探明前方的地質(zhì)狀況后方可進(jìn)行開挖作業(yè)。施工單位須要進(jìn)行的是φ75mm超前水平鉆探，要求每次鉆探長度30m，搭接5m。渝萬線須要一臺專用的地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，我們選用的是RPD-180CBR多功能快速鉆機(jī)，他可以進(jìn)行管棚施工、注漿改良地質(zhì)、錨固巖體等施工,其鉆進(jìn)速度≥5m/h,鉆完30m須要6小時，加上轉(zhuǎn)場2個小時，一天可以鉆設(shè)2個隧道掌子面，能夠滿足全線全部隧道的施工需求。表3超前鉆探配置表序號機(jī)械（工種）規(guī)格型號單位數(shù)量備注1地質(zhì)鉆機(jī)RPD-180CBR臺1全線共用2平板車臺13操作工人個34司機(jī)個1平板車司機(jī)四、通風(fēng)供電配置在隧道開挖之前，我們須要依據(jù)洞口的地形地貌修建空壓機(jī)房、變壓器房，高山水池，還得在洞口安裝風(fēng)機(jī)，為洞內(nèi)作業(yè)供應(yīng)必需的風(fēng)水電，滿足人員、機(jī)械的呼吸和工作需求。我們以太平寨隧道出口為例進(jìn)行風(fēng)水電配置的簡要介紹。4.1空壓機(jī)站配置空壓機(jī)站的生產(chǎn)實力，假如依據(jù)隧道1.5km的計算值為17m3，那他須要5臺4L(1)-20/8型空壓機(jī)串聯(lián)，其排氣壓力為0.8Mpa，排氣量為20m3/min，一般狀況下是1臺空壓機(jī)配置4～6把YT-28型鑿巖機(jī)（即大家俗話說的風(fēng)槍，每分鐘耗風(fēng)量3.3～4.9m3，），最多可同時帶動30臺風(fēng)槍同時作業(yè)，考慮人員、機(jī)械的合理高效率利用，現(xiàn)場配置20把風(fēng)槍，4～5臺空壓機(jī)即可滿足需求。在隧道施工中，YT-28型鑿巖機(jī)運用特殊廣泛，其以效率高，吹洗炮孔功能強(qiáng),轉(zhuǎn)釬力矩大而優(yōu)于同類產(chǎn)品?？諌簷C(jī)生產(chǎn)的壓縮空氣壓力一般在0.7～0.8MPa，為保證工作風(fēng)壓不小于0.5MPa，則鋼管終端的風(fēng)壓不得小于0.6MPa，即鋼管風(fēng)壓損失不得超過0.1～0.2MPa，選擇鋼管直徑，我們一般接受的是20cm鋼管。4.2通風(fēng)設(shè)備配置在進(jìn)行風(fēng)機(jī)購置安裝前，我們須要先進(jìn)行計算，依據(jù)以下四種情形取最大值算風(fēng)量（1）按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算風(fēng)量，通常200m3/min能滿足需求；（2）按同時爆破的最多炸藥計算風(fēng)量，大部分隧道接受壓入式通風(fēng)，通常1300m3/min能滿足需求；（3）按內(nèi)燃機(jī)作業(yè)廢棄稀釋的須要計算風(fēng)量，通常1500m3/min能滿足需求；(4)按洞內(nèi)最小風(fēng)速計算，這個值一般比較小，1000m3/min即可讓施工人員正常工作；算上漏風(fēng)和摩阻系數(shù)，依據(jù)前面的計算結(jié)果，只要是風(fēng)機(jī)在正常狀況下能夠供應(yīng)2000m3/min的簇新空氣就可以滿足隧道施工全部機(jī)械人員的正常需求，我們常見的2*110KW的風(fēng)機(jī)參數(shù)如下，可以滿足一般隧道的施工需求表4-1軸流風(fēng)機(jī)的參數(shù)名稱型號技術(shù)參數(shù)速度（r/min）風(fēng)壓（Pa）風(fēng)量（m3/min）功率（KW）軸流風(fēng)機(jī)SDF(C)-NO12.5高速1378—53551550—2912110×2中速629—24451052—196834×2低速355—1375840—147516×2拉鏈?zhǔn)杰涳L(fēng)管PVCФ1000㎜平均百米漏風(fēng)率0.015，摩阻系數(shù)0.02，每節(jié)長度20m/節(jié)或10m/節(jié)（20m/節(jié)占75%以上）。4.3供電配置隧道施工供電，包括生產(chǎn)用電(含電動機(jī)機(jī)械用電和施工照明用電)及生活用電等。施工供電首先要確定總用電量，以便選用合適的發(fā)電機(jī)、變壓器、各類配電開關(guān)設(shè)備和線路導(dǎo)線，以做到平安、牢靠地供電、節(jié)約用電、削減投資等。依據(jù)實踐閱歷表明，確定施工現(xiàn)場總用電量時，并不能簡潔地將全部用電設(shè)備的容量相加，因為實際生產(chǎn)中，并非全部電動設(shè)備都同時工作，并且處于工作狀態(tài)的用電設(shè)備也不是都在額定工作狀態(tài)。對于中小隧道（隧道長度在2km以下），可用400/230V三相四線系統(tǒng)兩端送電，選用的導(dǎo)線斷面應(yīng)使末端電壓降不超過10%；對于長隧道，如洞內(nèi)用電設(shè)備不多，在選用經(jīng)濟(jì)合理的導(dǎo)線斷面后，末端電壓降未超過允許范圍時，仍可按上述規(guī)定辦，否則應(yīng)接受6-10KV高壓送電。在線路不遠(yuǎn)處有15KV的農(nóng)用電可以接入，我們接受800KVA變壓器一個進(jìn)行變壓處理后送入隧道，以滿足施工需求，鋁線接受240mm2。表4-2通風(fēng)風(fēng)供電配置表序號機(jī)械（工種）規(guī)格型號單位數(shù)量備注1空壓機(jī)4L(1)-20/8臺4～5每洞口2鑿巖機(jī)YT28臺20～303鋼管20cm米按需4軸流風(fēng)機(jī)SDF(C)-NO12.5臺15PVC風(fēng)管Ф1000㎜米按需6變壓器800KVA臺17鋁線240mm2m按需8電工、機(jī)修工人2五、開挖資源配置依據(jù)鉆爆設(shè)計，考慮最小抗拒線、周邊眼間距、裝藥的不耦合系數(shù)后，我們可以計算得出上臺階炮眼Ⅲ級圍巖157個，Ⅳ級圍巖161個，Ⅴ級圍巖177個，下臺階炮眼Ⅲ級圍巖89個，Ⅳ級圍巖95個，Ⅴ級圍巖99個。我們依據(jù)炮眼數(shù)量最多的Ⅴ級圍巖177個來進(jìn)行計算。簡易鉆眼臺架YT28鑿巖機(jī)圖中是隧道施工常見的簡易鉆和YT28氣腿式鑿巖機(jī)，我們從上臺階的簡易鉆眼臺架可以看出，它是分三層的，頂層可容納6臺鑿巖機(jī)，中間層4臺，下層6臺，同時最多可容納16臺鑿巖機(jī)進(jìn)行工作，每臺鑿巖機(jī)配置1個工人。鑿巖機(jī)各級圍巖鉆設(shè)炮眼所需時間見表4-3;表4-3鑿巖機(jī)效率計算圍巖（上臺階）月進(jìn)度炮眼數(shù)量炮眼深度耗時（min）Ⅲ級圍巖1201573.3260Ⅳ級圍巖701613240Ⅴ級圍巖401771.8160依據(jù)前面空壓機(jī)站的計算，我們每臺空壓機(jī)可同時帶6臺風(fēng)槍，在上臺階只用了16把風(fēng)槍，所以可以同時進(jìn)行下臺階和仰拱的炮眼鉆設(shè)。爆破完成后，須要進(jìn)行裝渣運輸。裝碴機(jī)械的選擇應(yīng)使之能在開挖斷面內(nèi)高效作業(yè)，并和運輸機(jī)械相匹配，靈敏便利，污染小，修理費用低。出碴量應(yīng)為開挖后的松散碴體積，裝碴數(shù)量可按下式計算（理論計算）：V=R×ρ×S×L式中：V—單循環(huán)爆破后石碴數(shù)量，m3；R—巖體膨脹系數(shù)，一般狀況下Ⅲ級圍巖1.3，Ⅳ級圍巖1.6，Ⅴ級圍巖1.7；ρ—為超挖系數(shù)，一般接受1.15～1.25，我們這里取中間值1.2；L—為設(shè)計循環(huán)進(jìn)尺，m；S—開挖斷面面積，㎡；表4-3出碴方量計算圍巖（上臺階）進(jìn)尺（m）膨脹系數(shù)R斷面面積出碴量（m3）Ⅲ級圍巖3.31.368.5352.6Ⅳ級圍巖31.670.5406.1Ⅴ級圍巖1.81.774.4273.2運輸設(shè)備的配套應(yīng)首先考慮隧道施工環(huán)境的要求，依據(jù)技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件選擇設(shè)備的型號，在滿足施工環(huán)境要求的前提下應(yīng)盡可能地選擇運輸方量較大的運輸設(shè)備；在數(shù)量確定上應(yīng)保證裝碴設(shè)備隨時保持裝碴作業(yè)，不能出現(xiàn)裝碴設(shè)備等車現(xiàn)象。依據(jù)本項目工程實際狀況，隧道洞內(nèi)出碴接受無軌運輸方式，2m3ZL40型輪胎式裝載機(jī)裝碴，自卸汽車運碴至棄碴場。隧道施工供電，包括生產(chǎn)用電(含電動機(jī)機(jī)械用電和施工照明用電)及生活用電等。

施工供電首先要確定總用電量，以便選用合適的發(fā)電機(jī)、變壓器、各類配電開關(guān)設(shè)備和線路導(dǎo)線，以做到平安、牢靠地供電、節(jié)約用電、削減投資等。

依據(jù)Ⅳ級圍巖406m3的出碴量，我們來計算須要多少的裝載機(jī)和自卸車協(xié)作。裝載機(jī)的斗容量為2m3，工作循環(huán)時間20s，考慮必需的休息和低負(fù)荷工作時間，每小時可裝載130m3。假如在2小時內(nèi)把碴裝上自卸車運出隧道，則須要2臺2m3ZL40型輪胎式裝載機(jī)。我們一般接受的是20m3的自卸車進(jìn)行出碴作業(yè)，考慮松散系數(shù)，實際每車可裝16m3。他的作業(yè)時間由裝車時間t1，負(fù)荷運輸時間t2，空返時間t3組成，分別計算如下2輛裝載機(jī)裝滿1車須要時間的時間t1=20*60/(2*130)=9min；從隧道到碴場依據(jù)2km計算,時速按20km/h計算，則t2=2/20=10min；空返時間t3，時速按30km/h計算，則t2=2/30=7min；考慮中間可能出現(xiàn)的等待和卸車時間5min，則t總=9+10+7+5=31min。則出碴406m3須要車輛數(shù)=406/20=26輛，考慮在3小時內(nèi)把碴出完，則須要26*31/(3*60)=4.8輛=5輛另須要配置一臺挖掘機(jī)進(jìn)行找頂排險和仰拱出碴，一般選擇225以上的挖掘機(jī)，并配置1個裂開頭，進(jìn)行欠挖的開鑿。表4-4開挖資源表序號機(jī)械（工種）規(guī)格型號單位數(shù)量備注1鑿巖機(jī)YT28臺20～302爆破員人13風(fēng)槍班個16～254挖掘機(jī)225以上臺1帶裂開頭5裝載機(jī)2m3ZL40臺26機(jī)械司機(jī)個3特種作業(yè)人員7自卸車20m3臺58汽車司機(jī)個5五、初支配置隧道初期支護(hù)，包括噴射混凝土、掛鋼筋網(wǎng)、立架、錨桿鉆設(shè)和注漿，涉及到的機(jī)械設(shè)備和人員比較多，在施工過程中須合理配置，高效率的施工，杜絕出現(xiàn)人等機(jī)、機(jī)等料、或者機(jī)械低負(fù)荷工作的狀況發(fā)生。噴射混凝土接受的是濕噴機(jī)，比較好的是成都中鐵巖鋒TK500型，每小時能夠噴射混凝土5m3，一般要求在3小時內(nèi)把混凝土噴射完，則須要30.1/5/3=2臺濕噴機(jī)，協(xié)作工人依據(jù)每臺3人計算則須要6人。若是下臺階兩側(cè)同時進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，則另需增加1臺濕噴機(jī)和3個工人才能滿足需求。表5-1混凝土噴射量計算圍巖（上臺階）進(jìn)尺（m）混凝土厚延米面積砼（m3）Ⅲ級圍巖3.30.1221.7715.5Ⅳ級圍巖30.2522.3430.1Ⅴ級圍巖1.80.2822.7420.6注：考慮超挖系數(shù)1.2和回彈量50%。φ25中空錨桿和φ22砂漿錨桿一般接受YT28鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆設(shè)，1:1的水泥漿和M20水泥砂漿均可接受HS-6注漿機(jī)，由于每循環(huán)須要的注漿量較少，2臺即可滿足需求。表5-2初支資源配置表序號機(jī)械（工種）規(guī)格型號單位數(shù)量備注1鑿巖機(jī)YT28臺20和開挖班共用2濕噴機(jī)巖鋒TK500臺33噴砼班個154立架班105注漿機(jī)HS-6臺26注漿班6六、防排水配置防排水施工主要的工作任務(wù)是進(jìn)行土工布和防水板的掛設(shè)，須要制作一個簡易防水板臺架來協(xié)作施工，上面配置1臺卷揚機(jī)用以提升材料，土工布的掛設(shè)接受的是射釘槍，防水板用熱熔墊圈和土工布連接，防水板和防水板搭接則接受爬焊機(jī)。等到防水板焊接好后要進(jìn)行氣密性試驗。表6-1防排水源配置表序號機(jī)械（工種）規(guī)格型號單位數(shù)量備注1簡易防水板臺架臺1帶卷揚機(jī)2熱合焊接機(jī)臺23熱風(fēng)焊接機(jī)臺24射釘槍把若干5打氣筒個16壓力表個17檢漏器個18工人個3七、二襯配置隧道二次襯砌是最終的一個施工環(huán)節(jié)，所須要的人員和機(jī)械設(shè)備也是最多的，他分為模板班、鋼筋班、混凝土班。隧道的鋼筋作業(yè)和一般房建、橋梁作業(yè)的程序差不多，也是須要調(diào)直機(jī)、切斷機(jī)、彎曲機(jī)、電焊機(jī)等，按需配置鋼筋工、電工、機(jī)修工，設(shè)備應(yīng)有備份，防止出現(xiàn)一臺機(jī)械損壞影響其他機(jī)械的正常運轉(zhuǎn)。隧道二襯鋼筋的綁扎是利用防水板簡易臺架做工作平臺，運輸接受的是平板車。鋼筋綁扎完成后，即可進(jìn)行二襯臺車的就位、調(diào)整，縱向側(cè)邊空處接受小木板封閉。灌注混凝土接受的是混凝土拖式地泵，一般接受80或者90泵。表7-1二襯源配置表序號機(jī)械（工種）規(guī)格型號單位數(shù)量備注1二襯臺車臺12混凝土泵90KW臺13混凝土工個84鋼筋工個85模板工個66鋼筋調(diào)直機(jī)臺27鋼筋彎曲機(jī)臺18鋼筋切斷機(jī)臺19電焊機(jī)臺3八、管理幫助人員如上所述，每個隧道隊伍在正常施工狀況下須要大約100～110個工人（包括司機(jī)），大型機(jī)械設(shè)備數(shù)十臺，管理難度特殊大，須要依據(jù)班組設(shè)置工班長，分級管理，另須配置電工、試驗工、測量工、機(jī)修工進(jìn)行全隧道的施工管理，還要有廚師、生活車輛等。表8-1管理幫助配置表序號機(jī)械（工種）規(guī)