《隧道工程》课件第25讲隧道施工机械的选型与配套

隧道施工机械的选型与配套一般原则钻爆作业土质隧道开挖作业装渣运输作业支护作业防排水作业衬砌作业辅助作业应用实例 一、一般原则1、隧道施工机械选型配套应坚持“技术先进、减少污染、合理配套”的原则，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，同时考虑操作者劳动安全、劳动强度和劳动条件的改善，减少作业场所环境污染等因素综合配置，施工机械配置应注重科学发挥机械的总体效率。2、隧道施工按有轨、无轨两种运输模式分别配置，组成开挖、装运、初期支护、防排水、衬砌、辅助作业等机械化作业线。 3、施工机械配置应与施工方法相配套，与施工工期相适应。4、施工机械配置的生产能力应大于均衡施工能力，均衡生产能力应大于施工进度指标要求。5、施工机械配置应注重科学发挥机械的总体效率。6、施工机械需有备用设备，对混凝土拌和设备、运输设备、混凝土喷射机、混凝土输送泵、通风机、抽水机等应配备备用设备。7、瓦斯隧道施工机械配置应符合现行《铁路瓦斯隧道技术规范》TB10120-2002的有关规定。 二、钻爆作业1、岩石隧道开挖作业主要采用液压凿岩台车、风动凿岩机等钻孔机械。2、钻眼机械按现场情况和施工方法进行选型：(1)全断面开挖：钻眼宜采用液压凿岩台车或台架配合风动凿岩机。单线隧道钻眼可采用门架式凿岩台车或台架配合风动凿岩机，中长和短隧道可采用多功能台架配合风动凿岩机钻眼。清底及开挖仰拱可用反铲挖掘机。 (2)台阶法开挖：上部宜采用风动凿岩机钻眼，下部视现场情况选用液压凿岩台车或台架配合风动凿岩机开挖。(3)分部开挖视现场情况选用钻眼机械。(4)平行导坑和横洞断面较小时，宜用风动凿岩机钻孔；断面较大时，宜选用液压凿岩台车钻孔；斜井、竖井的钻孔应以风动凿岩机为主。3、炮眼装药作业可采用自动装药和自动堵塞机具。 序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注单线双线单线双线1液压凿岩台车2~4臂11~22多功能作业台架113液压钻机(配液压站)8~1216~24不需空压机4风钻10~1820~325空压机18~25m3/min3~55~86挖掘机0.2~1.2m31~21~21~21~2开挖设备铁路隧道无轨运输施工主要设备(单作业面)序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注1液压凿岩台车2~4臂12多功能作业台架13液压钻机(配液压站)8~12不需空压机4风钻10~185空压机18~25m3/min3~56挖掘机0.2~1.2m31~21~2开挖设备铁路隧道有轨运输施工主要设备(单作业面) 序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注单线双线单线双线7装载机2~6m312128自卸汽车15~25t5~103~105~129自卸汽车15~40t5~12出渣、装运设备铁路隧道无轨运输施工主要设备(单作业面)序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注7大型挖装机150~250m3/h18装载机2~3m3129牵引机车≥20t3~83~810充电机3~83~811梭矿16~20m36~154~6出渣、装运设备铁路隧道有轨运输施工主要设备(单作业面) 序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注单线双线单线双线10轴流通风机74~220kW≥2≥21~21~211射流风机28~74kW根据需要通风设备铁路隧道无轨运输施工主要设备(单作业面)序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注12轴流通风机74~220kW≥21~213射流风机28~74kW根据需要通风设备铁路隧道有轨运输施工主要设备(单作业面) 超前与初期支护、衬砌设备铁路隧道无轨运输施工主要设备(单作业面)序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注单线双线单线双线12管棚、锚杆、注浆钻机根据需要13注浆泵单双液1~22~31~22~314锚孔注浆泵砂浆泵1~22~31~22~315配料机30~60m3/h1111喷混凝土料16搅拌机500~1000L1111喷混凝土料17喷射混凝土三联机及机械手10~30m3/h1~21~218喷射机5~12m3/h2~42~419空压机18~25m3/min1~32~31~32~320全自动拌合站50~75m3/h111121混凝土输送车5~10m33~55~93~55~9搅拌式22混凝土输送泵≥40m3/h1~21~21~21~223模板台车9~12m1~21~21~21~224仰拱栈桥≥9m3~63~62~42~4 超前与初期支护、衬砌设备铁路隧道有轨运输施工主要设备(单作业面)序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注14管棚、锚杆、注浆钻机根据需要15注浆泵单双液1~21~216锚孔注浆泵砂浆泵1~21~217配料机20~60m3/h1118搅拌机350~1000L1119喷射机5~12m3/h2~42~420空压机18~25m3/min1~31~321全自动拌合站50~75m3/h1122混凝土输送车5~10m33~53~523轨行式混凝土输送车5~7m35~73~5搅拌式24混凝土输送泵≥40m3/h1~21~225模板台车9~12m1~21~226仰拱栈桥≥9m3~62~4 序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注单线双线单线双线25防水板作业台车移动式111126焊接机自动调温111127抽水机根据涌水量通风设备铁路隧道无轨运输施工主要设备(单作业面)序号机械名称规格隧道长度≥3km隧道长度＜3km备注27防水板作业台车移动式1128焊接机自动调温1129抽水机根据涌水量通风设备铁路隧道有轨运输施工主要设备(单作业面) 单作业面长度大于或等于3km的隧道，爆破钻孔应采用液压凿岩台车。小于3km的隧道可采用多功能台架配合钻爆设备进行开挖作业。采用液压钻钻孔时，应设置液压站。采用风钻钻孔时，宜配置螺杆式可移动式空压机。 关于液压台车的使用，长期以来一直存在争议，现在有相当部分现场不管隧道长短均使用简易开挖台架，作业面现场布置零乱，噪声粉尘污染大，施工人员多，存在较多的安全隐患。《铁路隧道施工技术指南》(2008)中推荐当单开挖作业面长度大于或等于3km的隧道，采用大断面开挖时，爆破钻孔采用液压凿岩台车，也是考虑了施工成本，只有大量推广使用液压台车，提高熟练程度，才可以实现降低成本和提高钻眼机械化。关于液压台车的使用问题 在铁路隧道爆破施工中，爆破施工机械自动化水平不断提高，其钻孔、装药、堵塞各工序机械化配套，并朝着预装药爆破技术方向发展。起爆方式引入了微电子技术。起爆器材方面，高精度多段无起爆药非电雷管及电雷管，充气起爆系统，低能导爆索起爆系统也不断完善和推广。目前正着力于“铁路隧道散装炸药自动装药设备的研制”的研究，模拟试验验证了其可行性，这将会对隧道爆破机械化带来突破性。关于爆破施工机械自动化 支腿式全液压凿岩机 气腿式凿岩机三臂凿岩台车 三、土质隧道开挖作业1、一般土质隧道采用挖掘机开挖，机械开挖应预留约30cm(黄土隧道拱脚、墙脚预留60~70cm)的整修层，用人工风镐或铣挖机整修到隧道开挖轮廓线。硬土、风化岩、漂石等采用爆破或液压破碎锤进行松动。2、浅埋、软岩隧道、地表有民宅等建筑物时，可优选采用单壁掘进机开挖拱部；也可利用挖掘机换装铣挖头沿拱部轮廓线铣挖隔震槽，以控制超欠挖及爆破振动时对地表建筑物的影响。 四、装渣与运输作业1、装渣与运输机械选型应遵循挖、装、运机械能力协调配套的原则，其运输机械配置能力不应小于挖装能力的1.2倍。2、为减少隧道内污染气体排放深度，改善洞内空气质量，双线隧道独头掘进长度在3000m以上时宜采用有轨运输；单线隧道独头掘进长度在1500m以上时宜采用有轨运输。装运作业可有采用轮式(或履带)装载机和轨道运输组成的混合装运模式。 挪威博依特公司生产的ED600T液压铲装机 设备名称液压挖掘装载机主要技术规格型号规格ITC312H-3输送能力：300m3/h;履带板宽度400mm，行走速度：高速3.6km/h,低速1.6km/h;挖掘高度：带铲斗6450mm,挖掘深度：带铲斗1430mm；轨道行走装置：轨距900mm.生产厂家德国夏夫公司数量1出厂日期2001年 徐州煤矿机械厂生产的HZ-4HZ-6型中心回转式抓岩机 机械配置案例I西康线秦岭II线隧道进口工程概况：西秦岭隧道(II线)长18456m，选项先期开挖面积30m3，作为地质探洞和I线的平行导坑。隧道埋深大部分在600m以上，最大埋深1600m。岩性以花岗岩和混合片麻岩为主，除洞口段和断层破碎带外，石质完整坚硬，岩石的干抗压强度82~325MPa。进口标段长9505m，施工平均月掘进338m，最高月掘进456m。机械分两阶段配备：第一阶段采用轮式三臂台车、立爪装岩机、电瓶车、8m3梭式矿车；第二阶段采用门架式台车、挖装机、大功率内燃机车和电瓶车、14m3梭式矿车。 机械名称规格功率(kW)数量(台)机械名称规格功率(kW)数量(台)三臂台车TH1691351内燃机车JMD2423t2062门架台车TH568-101841轴流通风机PF1101102立爪装岩机LZ-120454轴流通风机PF14141挖掘装岩机ITC3121122内燃发电机组320GF3203梭式矿车8m318.512内燃发电机组120GF1201梭式矿车14m318.522电力变压器630kVA2电瓶车XK8-7/1328t304电力变压器315kVA2电瓶车DE655EB18t1496主要机械配备表 机械配置案例II西南线秦岭隧道进口工程概况：东秦岭双线隧道全长12.268km，进口段6.134km，右侧距正洞30m设平行导坑。岩性主要为石英岩，辉绿岩，千枚岩等硬质岩，通过7条断层，VI级围岩长度107m，其余为II~V级围岩，全段富水。正洞施工采用无轨运输模式，平导施工采用有轨、无轨装运模式。2001年正洞、平导均实现了3000m成洞的施工纪录。 机械名称规格功率(kW)数量(台)机械名称规格功率(kW)数量(台)计算机导引台车SGBC-CR1651混凝土拌和机JS750152三臂台车TH1691351电动空压机4L-20/813011铲装机ED600T1751轴流通风机SDF(C)12.52202挖装机ITC3121122轴流通风机PF14141梭式矿车14m318.528射流风机SSF-4P7.1753电瓶车14t2214抽出式风机SFC-13451湿喷机TK961114内燃发电机组320GF3201干喷机HPJ-15.54内燃发电机组120GF1201喷射机械手Robet-751151电力变压器630kVA2注浆泵KBY172电力变压器315kVA2模板台车12m4.42电力变压器250kVA1混凝土拌和输送车轮式2064挖掘机XL2200691混凝土拌和输送车轨行式224挖掘机HD7001121混凝土输送泵HBF60555装载机WA4702051混凝土拌和机JZF100018.51装载机LZ401172混凝土拌和机JS750152自卸汽车VOLVO-A25C1875主要机械配备表 机械配置案例III长梁山隧道4#斜井工程概况：朔黄线长梁山双线隧道全长12.78km，设4座斜井，其中4#斜井身倾角22.5°，垂直深度173.1m，井身斜长489.2m。担负正洞1800m施工，其中IV级围岩长1035m，其余为V级围岩，平均月成洞47m。 机械名称规格功率(kW)数量(台)机械名称规格功率(kW)数量(台)三臂台车H1691351电动空压机4L-20/81304立爪装岩机455内燃空压机VY12/T-B1101耙斗装岩机301轴流通风机PF1101101侧卸式矿车5m318轴流通风机PF14141斗车0.75m34内燃发电机组320GF3201电瓶车8t2211内燃发电机组120GF1201充电机178抽水机各型7×377湿喷机TK961115深井泵300QK374干喷机5.52电力变压器1510kVA4喷射机械手Robet-751151提升机ZJK2/20X1801注浆泵KBY172电葫芦3~5t3模板台车8m4.41卷扬机JK3301混凝土拌和输送车轨行式224轨行人车20座1混凝土输送泵HBF60552挖掘机HD7001121混凝土拌和机JZF75018.52各型装载机3混凝土拌和机JS500152各型自卸汽车5主要机械配备表 机械配置案例IV乌鞘岭隧道大台竖井工程概况：兰新线兰武段乌鞘岭特长隧道设计为两座单线隧道，隧道长20050m。隧道线间距40m，隧道线路纵坡均为11‰的单面下坡。乌鞘岭隧道共设13个斜井、1个竖井和1个平洞共15个辅助坑道，在施工过程中又增设1个竖井，同时个别坑道位置进行了调整。施工前期左线为平导，右线一次建成。其中大台竖井井深设计为515.66m，直径5.5m(净空)，为当时同类项目之最。 机械名称规格数量(台)机械名称规格数量(台)伞型钻机FJD-61风镐8风动凿岩机YT2820主提升绞车2JK-3.5m/201长绳悬吊式抓岩机0.6m31副提升绞车JK-2.0/201备用发电机800kW1调度绞车1t3卷扬机2~5t3凿井稳车JZ-5/5005空压机20m3/s5凿井稳车2JZ-16/8004锻钎机JD2-11凿井稳车JZ-16/8003轴流式通风机34kW2凿井稳车2JZ-10/6001吊泵80DGL-756凿井提升天轮2.5m1深井泵8J35×262凿井提升天轮单槽φ600mm1装载机ZLC-40B~503凿井提升天轮单槽重型φ1000mm5自卸汽车5t2凿井提升天轮双槽重型φ1000mm3混凝土喷射机HFB-5D2凿井提升天轮双槽重型φ600mm1变压器S7-630/105抽水机3DA-8×91钢管井架煤炭部定型IV型1钩头6t2吊桶1.5~3.0m34卸砟台2双层吊盘单绳1井盖钢木自制1混凝土拌和机JZm350~7503安全梯20人1主要机械配备表 机械配置案例V精伊霍线北天山隧道进口工程概况：北天山隧道全长13610m，进口段长6805m。正洞左侧设全长贯通的平行导坑，线间距30m，平导全长13540m，进口段长6770m。隧道正洞线路纵坡为人字坡，其中进口段3810m为13‰的上坡，中部400m为8‰的下坡，其余2595m为17‰的下坡，平导纵坡设计与正洞一致。隧道2004年12月开工至2007年12月，共发生10次特大涌水(最大4.6万m3)及1次特大突泥、涌砂。 机械名称规格数量(台)机械名称规格数量(台)轮胎装载机LW3201.5m36混凝土搅拌运输车6~8m312挖掘装载机KL41280m3/H~ITC3124轨行式混凝土运输车6m34装载机ZL401混凝土输送泵50~60m3/h5履带挖掘机0.2~1.2m35锚固钻机YG-603轴流风机2×22kW~2×110kW4离心水泵14SH-19A~288射流风机45kW2潜水排污泵350QW1500-15-9010电动空压机10~20m314电焊机B×315~4008变压器6220kVA15钢筋切断机1备用发电机275kW2钻床3kW1可控硅充电机KCA01-100/300~38014车床CW6140A1电瓶车XK-9/196-JC14~20t25弯拱机1梭式矿车DSF-14~S14D35自卸汽车12.5t8混凝土拌和机JS500~1000BH3洒水车东风4000L1注浆泵各型15主要机械配备表