隧道施工人员组织和机械设备配置

中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部-1-隧道施工人员组织和机械设备配置（乔红彦）中铁十一局渝万铁路土建6标项目二分部二○一四年七月重庆万州中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部2隧道施工人员组织和机械设备配置一、工程概况渝万二分部起止里程为D1K226+993.15～D1K239+982，线路全长12.977km，其中隧道7座，合计11.200km，隧道占比为86.3%，共需要开设11个掌子面进行掘进，点多面大，工期比较紧，为满足施工技术要求，确保施工质量和人身安全，需要根据工期进度合理安排隧道的施工人员组织和机械设备的配置，做到配置先进，安全可靠，节能环保。根据设计图纸，渝万铁路设计时速为250km，有效净空面积92㎡，线间距4.6m，围岩级别为Ⅲ～Ⅴ级。以Ⅳ级围岩为例，开挖净宽14.22m，净高12.23m（未计沉降量），每断面土石方为141m³，断面较大，按照设计，采用上下台阶法开挖。通用的双线铁路隧道月进度指标为Ⅲ级120m，Ⅳ级70m，Ⅴ级40m，我们将按照这个指标进行计算分析和资源配置。高速铁路隧道大部分属于山岭隧道，一般均是采用钻爆法施工。钻爆法对地质条件适应性强、开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，所以是隧道掘进的主要手段。和掘进机施工法相比，钻爆法具有以下优点：①适用范围广；②设备资源投入少，施工准备期短；③围岩及地质变化后能及时调整；④施工组织管理相对单纯。二、配置原则隧道施工机械配置应根据隧道长度、断面大小、辅助坑道设置、地质条件、施工方法、工期要求等综合因素进行配置，需满足以下原则（1）施工机械配置须与施工方法相配套，与施工工期相适应；（2）施工机械配置的生产能力应大于均衡施工能力，均衡施工能力大于施工进度指标要求（3）施工机械配置应注重科学发挥机械的总体效率；（4）施工机械应有备用设备；（5）优选排污达标、噪音小的机械。进入隧道施工的机械，尽可能的优先选用电力机械中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部3（6）隧道施工机械管理人员应进行专门培训，特种机械操作持证上岗。三、超前钻探在进行隧道开挖之前，须进行超前地质预报，像TSP、地质雷达、红外线等，再探明前方的地质情况后方可进行开挖作业。施工单位需要进行的是φ75mm超前水平钻探，要求每次钻探长度30m，搭接5m。渝万线需要一台专用的地质钻机进行钻孔作业，我们选用的是RPD-180CBR多功能快速钻机，他可以进行管棚施工、注浆改良地质、锚固岩体等施工,其钻进速度≥5m/h,钻完30m需要6小时，加上转场2个小时，一天可以钻设2个隧道掌子面，能够满足全线所有隧道的施工需求。表3超前钻探配置表序号机械（工种）规格型号单位数量备注1地质钻机RPD-180CBR台1全线共用2平板车台13操作工人个34司机个1平板车司机四、通风供电配置在隧道开挖之前，我们需要根据洞口的地形地貌修建空压机房、变压器房，高山水池，还得在洞口安装风机，为洞内作业提供必需的风水电，满足人员、机械的呼吸与工作需求。我们以太平寨隧道出口为例进行风水电配置的简要介绍。4.1空压机站配置空压机站的生产能力，如果按照隧道1.5km的计算值为17m³，那他需要5台4L(1)-20/8型空压机串联，其排气压力为0.8Mpa，排气量为20m³/min，一般情况下是1台空压机配置4～6把YT-28型凿岩机（即大家俗话说的风枪，每分钟耗风量3.3～4.9m³，），最多可同时带动30台风枪同时作业，考虑人员、机械的合理高效率利用，现场配置20把风枪，4～5台空压机即可满足需求。在隧道施工中，YT-28型凿岩机使用非常广泛，其以效率高，吹洗炮孔功能强,转钎力矩大而优于同类产品。中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部4空压机生产的压缩空气压力一般在0.7～0.8MPa，为保证工作风压不小于0.5MPa，则钢管终端的风压不得小于0.6MPa，即钢管风压损失不得超过0.1～0.2MPa，选择钢管直径，我们一般采用的是20cm钢管。4.2通风设备配置在进行风机购置安装前，我们需要先进行计算，按照以下四种情形取最大值算风量（1）按洞内同时工作的最多人数计算风量，通常200m³/min能满足需求；（2）按同时爆破的最多炸药计算风量，大部分隧道采用压入式通风，通常1300m³/min能满足需求；（3）按内燃机作业废弃稀释的需要计算风量，通常1500m³/min能满足需求；(4)按洞内最小风速计算，这个值一般比较小，1000m³/min即可让施工人员正常工作；算上漏风和摩阻系数，根据前面的计算结果，只要是风机在正常情况下能够提供2000m³/min的新鲜空气就可以满足隧道施工所有机械人员的正常需求，我们常见的2*110KW的风机参数如下，可以满足一般隧道的施工需求表4-1轴流风机的参数名称型号技术参数速度（r/min）风压（Pa）风量（m3/min）功率（KW）轴流风机SDF(C)-NO12.5高速1378—53551550—2912110×2中速629—24451052—196834×2低速355—1375840—147516×2拉链式软风管PVCФ1000㎜平均百米漏风率0.015，摩阻系数0.02，每节长度20m/节或10m/节（20m/节占75%以上）。4.3供电配置隧道施工供电，包括生产用电(含电动机机械用电和施工照明用电)及生活用电等。施工供电首先要确定总用电量，以便选用合适的发电机、中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部5变压器、各类配电开关设备和线路导线，以做到安全、可靠地供电、节约用电、减少投资等。根据实践经验表明，确定施工现场总用电量时，并不能简单地将所有用电设备的容量相加，因为实际生产中，并非所有电动设备都同时工作，并且处于工作状态的用电设备也不是都在额定工作状态。对于中小隧道（隧道长度在2km以下），可用400/230V三相四线系统两端送电，选用的导线断面应使末端电压降不超过10%；对于长隧道，如洞内用电设备不多，在选用经济合理的导线断面后，末端电压降未超过允许范围时，仍可按上述规定办，否则应采用6-10KV高压送电。在线路不远处有15KV的农用电可以接入，我们采用800KVA变压器一个进行变压处理后送入隧道，以满足施工需求，铝线采用240mm2。表4-2通风风供电配置表序号机械（工种）规格型号单位数量备注1空压机4L(1)-20/8台4～5每洞口2凿岩机YT28台20～303钢管20cm米按需4轴流风机SDF(C)-NO12.5台15PVC风管Ф1000㎜米按需6变压器800KVA台17铝线240mm2m按需8电工、机修工人2五、开挖资源配置根据钻爆设计，考虑最小抵抗线、周边眼间距、装药的不耦合系数后，我们可以计算得出上台阶炮眼Ⅲ级围岩157个，Ⅳ级围岩161个，Ⅴ级围岩177个，下台阶炮眼Ⅲ级围岩89个，Ⅳ级围岩95个，Ⅴ级围岩99个。我们按照炮眼数量最多的Ⅴ级围岩177个来进行计算。中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部6简易钻眼台架YT28凿岩机图中是隧道施工常见的简易钻和YT28气腿式凿岩机，我们从上台阶的简易钻眼台架可以看出，它是分三层的，顶层可容纳6台凿岩机，中间层4台，下层6台，同时最多可容纳16台凿岩机进行工作，每台凿岩机配置1个工人。凿岩机各级围岩钻设炮眼所需时间见表4-3;表4-3凿岩机效率计算围岩（上台阶）月进度炮眼数量炮眼深度耗时（min）Ⅲ级围岩1201573.3260Ⅳ级围岩701613240Ⅴ级围岩401771.8160按照前面空压机站的计算，我们每台空压机可同时带6台风枪，在上台阶只用了16把风枪，所以可以同时进行下台阶和仰拱的炮眼钻设。爆破完成后，需要进行装渣运输。装碴机械的选择应使之能在开挖断面内高效作业，并和运输机械相匹配，灵活方便，污染小，维修费用低。出碴量应为开挖后的松散碴体积，装碴数量可按下式计算（理论计算）：V=R×ρ×S×L式中：V—单循环爆破后石碴数量，m³；R—岩体膨胀系数，一般情况下Ⅲ级围岩1.3，Ⅳ级围岩1.6，Ⅴ级围岩1.7；ρ—为超挖系数，一般采用1.15～1.25，我们这里取中间值1.2；中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部7L—为设计循环进尺，m；S—开挖断面面积，㎡；表4-3出碴方量计算围岩（上台阶）进尺（m）膨胀系数R断面面积出碴量（m³）Ⅲ级围岩3.31.368.5352.6Ⅳ级围岩31.670.5406.1Ⅴ级围岩1.81.774.4273.2运输设备的配套应首先考虑隧道施工环境的要求，根据技术条件与经济条件选择设备的型号，在满足施工环境要求的前提下应尽可能地选择运输方量较大的运输设备；在数量确定上应保证装碴设备随时保持装碴作业，不能出现装碴设备等车现象。根据本项目工程实际情况，隧道洞内出碴采用无轨运输方式，2m³ZL40型轮胎式装载机装碴，自卸汽车运碴至弃碴场。隧道施工供电，包括生产用电(含电动机机械用电和施工照明用电)及生活用电等。施工供电首先要确定总用电量，以便选用合适的发电机、变压器、各类配电开关设备和线路导线，以做到安全、可靠地供电、节约用电、减少投资等。按照Ⅳ级围岩406m³的出碴量，我们来计算需要多少的装载机和自卸车配合。装载机的斗容量为2m³，工作循环时间20s，考虑必须的休息和低负荷工作时间，每小时可装载130m³。如果在2小时内把碴装上自卸车运出隧道，则需要2台2m³ZL40型轮胎式装载机。我们一般采用的是20m³的自卸车进行出碴作业，考虑松散系数，实际每车可装16m³。他的作业时间由装车时间t1，负荷运输时间t2，空返时间t3组成，分别计算如下2辆装载机装满1车需要时间的时间t1=20*60/(2*130)=9min；从隧道到碴场按照2km计算,时速按20km/h计算，则t2=2/20=10min；空返时间t3，时速按30km/h计算，则t2=2/30=7min；考虑中间可能出现的等待和卸车时间5min，则t总=9+10+7+5=31min。中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部8则出碴406m³需要车辆数=406/20=26辆，考虑在3小时内把碴出完，则需要26*31/(3*60)=4.8辆=5辆另需要配置一台挖掘机进行找顶排险和仰拱出碴，一般选择225以上的挖掘机，并配置1个破碎头，进行欠挖的开凿。表4-4开挖资源表序号机械（工种）规格型号单位数量备注1凿岩机YT28台20～302爆破员人13风枪班个16～254挖掘机225以上台1带破碎头5装载机2m³ZL40台26机械司机个3特种作业人员7自卸车20m³台58汽车司机个5五、初支配置隧道初期支护，包括喷射混凝土、挂钢筋网、立架、锚杆钻设与注浆，涉及到的机械设备和人员比较多，在施工过程中须合理配置，高效率的施工，杜绝出现人等机、机等料、或者机械低负荷工作的情况发生。喷射混凝土采用的是湿喷机，比较好的是成都中铁岩锋TK500型，每小时能够喷射混凝土5m³，一般要求在3小时内把混凝土喷射完，则需要30.1/5/3=2台湿喷机，配合工人按照每台3人计算则需要6人。若是下台阶两侧同时进行喷射混凝土作业，则另需增加1台湿喷机和3个工人才能满足需求。表5-1混凝土喷射量计算围岩（上台阶）进尺（m）混凝土厚延米面积砼（m³）Ⅲ级围岩3.30.1221.7715.5Ⅳ级围岩30.2522.3430.1Ⅴ级围岩1.80.2822.7420.6注：考虑超挖系数1.2和回弹量50%。φ25中空锚杆和φ22砂浆锚杆一般采用YT28凿岩机进行钻设，1:1的水泥浆和M20水泥砂浆均可采用HS-6注浆机，由于每循环需要的注浆量较少，2台即可满足需求。中铁十一局渝万铁路土建6标项目经理部隧道工地学校讲义渝万二分部9表5-2初支资源配置表序号机械（工种）规格型号单位数量备注1凿岩机YT28台20与开挖班共用2湿喷机岩锋TK500台33喷砼班个1