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(xiàng)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(jì)11.200km，隧道占比為86.3%，共須要開設(shè)11個(gè)掌子面進(jìn)行掘進(jìn)，點(diǎn)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(jì)圖紙，渝萬鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速為250km，有效凈空面積92㎡，線間距4.6m，圍巖級(jí)別為Ⅲ～Ⅴ級(jí)。以Ⅳ級(jí)圍巖為例，開挖凈寬14.22m，凈高12.23m（未計(jì)沉降量），每斷面土石方為141m3，斷面較大，依據(jù)設(shè)計(jì)，接受上下臺(tái)階法開挖。通用的雙線鐵路隧道月進(jìn)度指標(biāo)為Ⅲ級(jí)120m，Ⅳ級(jí)70m，Ⅴ級(jí)40m，我們將依據(jù)這個(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)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(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、開挖成本低，特殊適合于堅(jiān)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(diǎn)：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(duì)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(shí)力應(yīng)大于均衡施工實(shí)力，均衡施工實(shí)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(bào)，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(tái)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(shí)，加上轉(zhuǎn)場2個(gè)小時(shí)，一天可以鉆設(shè)2個(gè)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(hào)機(jī)械（工種）規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1地質(zhì)鉆機(jī)RPD-180CBR臺(tái)1全線共用2平板車臺(tái)13操作工人個(gè)34司機(jī)個(gè)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(shí)力，假如依據(jù)隧道1.5km的計(jì)算值為17m3，那他須要5臺(tái)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(tái)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(shí)帶動(dòng)30臺(tái)風(fēng)槍同時(shí)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(tái)空壓機(jī)即可滿足需求。在隧道施工中，YT-28型鑿巖機(jī)運(yùn)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(jì)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(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算風(fēng)量，通常200m3/min能滿足需求；（2）按同時(shí)爆破的最多炸藥計(jì)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(jì)算風(fēng)量，通常1500m3/min能滿足需求；(4)按洞內(nèi)最小風(fēng)速計(jì)算，這個(gè)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(jì)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(hào)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(dòng)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(shí)踐閱歷表明，確定施工現(xiàn)場總用電量時(shí)，并不能簡潔地將全部用電設(shè)備的容量相加，因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中，并非全部電動(dòng)設(shè)備都同時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，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(gè)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(hào)機(jī)械（工種）規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1空壓機(jī)4L(1)-20/8臺(tái)4～5每洞口2鑿巖機(jī)YT28臺(tái)20～303鋼管20cm米按需4軸流風(fēng)機(jī)SDF(C)-NO12.5臺(tái)15PVC風(fēng)管Ф1000㎜米按需6變壓器800KVA臺(tái)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(jì)，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(jì)算得出上臺(tái)階炮眼Ⅲ級(jí)圍巖157個(gè)，Ⅳ級(jí)圍巖161個(gè)，Ⅴ級(jí)圍巖177個(gè)，下臺(tái)階炮眼Ⅲ級(jí)圍巖89個(gè)，Ⅳ級(jí)圍巖95個(gè)，Ⅴ級(jí)圍巖99個(gè)。我們依據(jù)炮眼數(shù)量最多的Ⅴ級(jí)圍巖177個(gè)來進(jìn)行計(jì)算。簡易鉆眼臺(tái)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(tái)階的簡易鉆眼臺(tái)架可以看出，它是分三層的，頂層可容納6臺(tái)鑿巖機(jī)，中間層4臺(tái)，下層6臺(tái)，同時(shí)最多可容納16臺(tái)鑿巖機(jī)進(jìn)行工作，每臺(tái)鑿巖機(jī)配置1個(gè)工人。鑿巖機(jī)各級(jí)圍巖鉆設(shè)炮眼所需時(shí)間見表4-3;表4-3鑿巖機(jī)效率計(jì)算圍巖（上臺(tái)階）月進(jìn)度炮眼數(shù)量炮眼深度耗時(shí)（min）Ⅲ級(jí)圍巖1201573.3260Ⅳ級(jí)圍巖701613240Ⅴ級(jí)圍巖401771.8160依據(jù)前面空壓機(jī)站的計(jì)算，我們每臺(tái)空壓機(jī)可同時(shí)帶6臺(tái)風(fēng)槍，在上臺(tái)階只用了16把風(fēng)槍，所以可以同時(shí)進(jìn)行下臺(tái)階和仰拱的炮眼鉆設(shè)。爆破完成后，須要進(jìn)行裝渣運(yùn)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(yùn)輸機(jī)械相匹配，靈敏便利，污染小，修理費(fèi)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(jì)算（理論計(jì)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(jí)圍巖1.3，Ⅳ級(jí)圍巖1.6，Ⅴ級(jí)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(jì)循環(huán)進(jìn)尺，m；S—開挖斷面面積，㎡；表4-3出碴方量計(jì)算圍巖（上臺(tái)階）進(jìn)尺（m）膨脹系數(shù)R斷面面積出碴量（m3）Ⅲ級(jí)圍巖3.31.368.5352.6Ⅳ級(jí)圍巖31.670.5406.1Ⅴ級(jí)圍巖1.81.774.4273.2運(yùn)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(hào)，在滿足施工環(huán)境要求的前提下應(yīng)盡可能地選擇運(yùn)輸方量較大的運(yùn)輸設(shè)備；在數(shù)量確定上應(yīng)保證裝碴設(shè)備隨時(shí)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(xiàng)目工程實(shí)際狀況，隧道洞內(nèi)出碴接受無軌運(yùn)輸方式，2m3ZL40型輪胎式裝載機(jī)裝碴，自卸汽車運(yùn)碴至棄碴場。隧道施工供電，包括生產(chǎn)用電(含電動(dòng)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(jí)圍巖406m3的出碴量，我們來計(jì)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(shí)間20s，考慮必需的休息和低負(fù)荷工作時(shí)間，每小時(shí)可裝載130m3。假如在2小時(shí)內(nèi)把碴裝上自卸車運(yùn)出隧道，則須要2臺(tái)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(shí)際每車可裝16m3。他的作業(yè)時(shí)間由裝車時(shí)間t1，負(fù)荷運(yùn)輸時(shí)間t2，空返時(shí)間t3組成，分別計(jì)算如下2輛裝載機(jī)裝滿1車須要時(shí)間的時(shí)間t1=20*60/(2*130)=9min；從隧道到碴場依據(jù)2km計(jì)算,時(shí)速按20km/h計(jì)算，則t2=2/20=10min；空返時(shí)間t3，時(shí)速按30km/h計(jì)算，則t2=2/30=7min；考慮中間可能出現(xiàn)的等待和卸車時(shí)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(shí)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(tái)挖掘機(jī)進(jìn)行找頂排險(xiǎn)和仰拱出碴，一般選擇225以上的挖掘機(jī)，并配置1個(gè)裂開頭，進(jìn)行欠挖的開鑿。表4-4開挖資源表序號(hào)機(jī)械（工種）規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1鑿巖機(jī)YT28臺(tái)20～302爆破員人13風(fēng)槍班個(gè)16～254挖掘機(jī)225以上臺(tái)1帶裂開頭5裝載機(jī)2m3ZL40臺(tái)26機(jī)械司機(jī)個(gè)3特種作業(yè)人員7自卸車20m3臺(tái)58汽車司機(jī)個(gè)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(shí)能夠噴射混凝土5m3，一般要求在3小時(shí)內(nèi)把混凝土噴射完，則須要30.1/5/3=2臺(tái)濕噴機(jī)，協(xié)作工人依據(jù)每臺(tái)3人計(jì)算則須要6人。若是下臺(tái)階兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，則另需增加1臺(tái)濕噴機(jī)和3個(gè)工人才能滿足需求。表5-1混凝土噴射量計(jì)算圍巖（上臺(tái)階）進(jìn)尺（m）混凝土厚延米面積砼（m3）Ⅲ級(jí)圍巖3.30.1221.7715.5Ⅳ級(jí)圍巖30.2522.3430.1Ⅴ級(jí)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(tái)即可滿足需求。表5-2初支資源配置表序號(hào)機(jī)械（工種）規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1鑿巖機(jī)YT28臺(tái)20和開挖班共用2濕噴機(jī)巖鋒TK500臺(tái)33噴砼班個(gè)154立架班105注漿機(jī)HS-6臺(tái)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(gè)簡易防水板臺(tái)架來協(xié)作施工，上面配置1臺(tái)卷揚(yáng)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(yàn)。表6-1防排水源配置表序號(hào)機(jī)械（工種）規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1簡易防水板臺(tái)架臺(tái)1帶卷揚(yáng)機(jī)2熱合焊接機(jī)臺(tái)23熱風(fēng)焊接機(jī)臺(tái)24射釘槍把若干5打氣筒個(gè)16壓力表個(gè)17檢漏器個(gè)18工人個(gè)3七、二襯配置隧道二次襯砌是最終的一個(gè)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(tái)機(jī)械損壞影響其他機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。隧道二襯鋼筋的綁扎是利用防水板簡易臺(tái)架做工作平臺(tái)，運(yùn)輸接受的是平板車。鋼筋綁扎完成后，即可進(jìn)行二襯臺(tái)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(hào)機(jī)械（工種）規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1二襯臺(tái)車臺(tái)12混凝土泵90KW臺(tái)13混凝土工個(gè)84鋼筋工個(gè)85模板工個(gè)66鋼筋調(diào)直機(jī)臺(tái)27鋼筋彎曲機(jī)臺(tái)18鋼筋切斷機(jī)臺(tái)19電焊機(jī)臺(tái)3八、管理幫助人員如上所述，每個(gè)隧道隊(duì)伍在正常施工狀況下須要大約100～110個(gè)工人（包括司機(jī)），大型機(jī)械設(shè)備數(shù)十臺(tái)，管理難度特殊大，須要依據(jù)班組設(shè)置工班長，分級(jí)管理，另須配置電工、試驗(yàn)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(hào)機(jī)械（工種）規(guī)