井冈山特长隧道施工机械设备的投入量探讨

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  摘要:在井冈山特长隧道施工过程中,为开挖、运输、初支、二衬等四条作业线及为之服务的辅助作业的机械设备的投入量,直接影响和制约隧道的施工进度。要实现隧道的快速施工,就要实施全面机械化。下面就施工机械设备的投入情况逐一介绍。
  关键词:井冈山特长隧道机械设备投入情况
  中图分类号:U455文献标识码: A
  1、工程概况:
  井冈山特长隧道是一座上下行分离式的四车道高速公路隧道、左洞长6841m、右洞长6859m。洞内设人字纵坡,进口端为+1.48%出口端为-0.5%。
  隧道中部设运营通通风1#、2#斜井,两斜井井口相距约100m。其中1#斜井长1359.61m、纵坡为-7.4905%,2#斜井长1314.66m、纵坡为-9.90%,与井底风机房相接。风机房通过送、排风联络风道与左、右洞相连,两端还有设备运输通道及避险通道与左洞相接。
  隧道施工任务划分:进口担任2800m、出口担任3000m、中部为斜井施工段。
  井冈山特长隧道是井睦高速公路工期的控制工程、工期紧迫,要求1年零10个月全面完成正洞掘进任务,两年完成二衬砼施工。面对施工工期的压力采取的办法,就是组织连续的快速施工,加强施工机械设备的投入,实施施工的全面机械化。
  2、为隧道组织连续快速施工,加强机械设备的投入。
  2.1、正洞施工机械设备的投入;
  在施工过程中,围绕隧道开挖、运输、支护、二衬等四条作业线组织连续快速施工,加强了机械设备的投入。以独头掘进3000m为例的机械设备投入量:
  2.1.1、钻爆施工:
  采用作业台架,采用钻爆法,Ⅲ级围岩(断面83.29㎡)全断面开挖,炮眼146个、钻眼深度3.8m,循环进尺3.50m.
  当使用18把风钻时,钻爆时间4.50h(钻孔时间3.5h);
   20把风钻时,钻爆时间4.00h(钻孔时间3.h)。
  2.1.2、装碴:
   挖掘机与装载机配合出碴,运输车辆配备数量与装载设备组织连续不间断作业。出碴时间的长短与装载设备的数量有关,全断面开挖进尺3.50m时洞碴数量:松碴约400m3用斗容量2m3的正装侧卸的装碴机装碴:
  当用1台装碴机时,约3h出完碴。
  当用2臺装碴机时,约2h出完碴。
  2.1.3、运输车辆:20t后八轮自卸汽车:
   随着洞内掘进长度延伸(不含洞外运距约500m)
   当洞内掘进长度2000m时,需运输车辆 4台;
   当洞内掘进长度3000m时,需运输车辆 5台。
  2.1.4、支护:
   锚、网、喷砼作业: 砼喷射机2台
  砼拌和站 三仓自动计量75m3/n 1台
  2.1.5、砼衬砌:
   砼拌和站 三仓自动计量100m3/n 1台
   整体模板台车厂制:标准段 1台
   加宽段 1台
   砼搅拌运输车 8m33台
   砼输送泵 75KW1台
  
  2.2、在隧道施工中,为洞内四条作业线施工服务的辅助作业:高压风供应、施工供、排水,施工供、排通风、砼拌和站供应砼、施工测量及监控量测(含超前地质预报)
  2.2.1、高压风的供应量:
  随着隧道掘进钻爆作业投入风钻数量、月进度不同,所需辅助设施的高压风供应量不同。如下表:
  投入风钻数量、掘进进度,所需空压机的高压风供风量
  投入风钻数量
  (台) 掘进月进度
  (m) 计算需风量
  ( m3/min) 需要22m3/min电动空压机
  (台)
  18 150~175 65 3~4
  20 200~225 75 4~5
  
  注:另备用电动空压机1台
  ·独头掘进3000m,高压风风管管径:
  独头掘进3000m+通风管上设闸阀、三通、弯管折算长度之和:
  洞内3000m+洞外50m+折算长度876m=3926m,设20台风钻钻孔需高压风供应量Q=80 m3/min,空压机送风风压P=0.70MPa,高压风管管径d=200㎜,送风钢管终端风压不小于0.6MPa(即压降不大于0.1MPa)。验算高压风管的管径。
  高压风容重:ρ=/m3
  高压风速: V==5.31㎡/s
  风压损失: ΔP=λ×=0.06777MPa<0.1 MPa(可行)
  采用:钢管直径φ200㎜。
  2.2.2、施工用电及照明:
  根据施工用电量计算单洞用电量约1050KW
  ·变压器配设及其配电
   洞口设两个变压器
   1─850KVA:供电动空压机,洞内二衬及电焊、照明用电
   1─650KVA:供通风机,砼拌和站、加工场、照明用电。
   ·洞内用电配线:
  动力线:120+3×240㎜2 铝蕊三相四线制。
  照明:70+2×95㎜2;采用节能灯。
   ·当掘进1300~1500m后,高压进洞、配设变压器1─350KVA、供洞内二衬、电焊、照明用电。
   2.2.3、施工供水和排水:
  隧道施工中的供水和排水是同隧道的施工及施工安全紧密联系的。隧
  道钻爆作业、砼养护用水,而洞内渗出的地下水及钻爆作业及养护等
  废水,需排出洞外。
  因此,隧道工程施工既需要供水设施,又需要排水设施,以保证隧道施工。
  2.2.4、施工供水:
  ·用水量估算
  根据经验:隧道施工每昼夜的用水量;当隧道掘进长度2~4KM时约为150~200t(单口)
  ·蓄水池的容量:宜为一昼夜隧道施工用水量的1/2~1/3。
  蓄水池的相对高度及水管管径的选择;
  蓄水池的位置至供水点的高差计算:
   H≥1.2h+αhf…………(m)
   式中:h─供水到达最高工作面时的水压不小于0.30MPa。则h=30m。
  α─水头损失系数。α=1.10
  hf─管道内水头损失。(m)
  水管长度:洞外150m+洞内3000m=3150m
  按钢管水力计算表,选择钢管直径,根据用水量查取有关数据,再计算所需H。
  每小时用水量Q=324 m3/h(含施工、生活、消防用水)
  设钢管直径φ=125㎜,查表得:
  V=0.68m/s 1000i=7.62
  hf=7.62×=24m
  H≥1.2×30+1.1×24=62.40m
  故:最高用水点水压0.30MPa时,蓄水池位置应高出最高用水点不小于62.40m。实际施工时,水管管径可采用φ=150㎜,H约为65m。
  2.2.5、施工排水:
  隧道的施工排水方式、根据线路纵坡和水量大小而定。
  ·顺坡排水:
  当洞内掘进为上坡时,随掘进导坑的延伸将两侧的侧沟疏通,使水顺坡自然流出洞外。
  ·反坡施工排水:
  洞内开挖为下坡时,要进行反坡施工排水,一般每隔200~250m设 一集水坑,掌子面的积水用移动式的小水泵抽到最近的集水坑内,采用接力方式用水泵将水逐级抽排到洞外。
  根據地下水涌水量情况安排抽水设备。每个集水坑安排一台抽水机抽水,备用1台抽水机。抽水机选用低扬程、大容量,低耗电的抽水机。
  2.2.6、施工通风:
  2.2.6.1计算洞内所需风量:隧道掘进需要输送新鲜空气,排出洞内有害气体及粉尘。
  经计算洞内所需风量:Q=Q1=749.6 m3/min。
  2.2.6.2、计算洞口风机压入洞内的风量:
  长大、特长隧道由于管道漏风等原因洞口压入风量。
  按管经φ1.50m,百米漏风率(取β=1.5%)计算洞口风机压入的风量Q2: Q2=Q1/(1-β)L/100=1018 m3/min。
  2.2.6.3、计算管道内风阻:
  通风机应有足够的风压来克服管道内的风阻; 则h>h阻。
  1000m长φ1.50m通风软管风阻系数:Rf==2.3966N·S2/m3
  3000m风管总风压损失:HL=Rf×Q1×Q2/3600=1767Pa。
  2.2.6.4、混合式通风风机选择:
  对旋式轴流风机SDF─125作压入通风:主洞:
  风量2913 m3/min; 风阻5355Pa; 功率110KW×2; 通风软管φ=1.50m。
  对旋式轴流风机风机型号:SDF─115作压出式通风,形成混合式通风。
  风量1171~2285m3/min;风压727~4629Pa; 功率75KW×2; 通风软管φ=1.20m。
  
  2.2.8、隧道施工测量及监控量测:
  隧道施工测量是隧道施工前进行的先行工作,是隧道施工不可缺少的一个环节,是保证隧道开挖、衬砌按设计要求施工。监控量测也是隧道施工不可缺少的内容,对施工过程中的围岩、支护的动态情况进行监控做到信息施工和信息设计,施工应做好这两项工作。
  2.2.8.1、施工测量:
   施工测量包括施工前进行的洞外的地表贯通测量和洞内的控制测量。
   井冈山隧道每个单洞(口)有一个测量组负责隧道洞内日常的施工测量工作,项目部测量组负责隧道地表贯通测量,并在隧道洞口附近设3个投点,供隧道测量引伸入洞内。作为洞内开挖和衬砌的依据。当每开挖延伸约150m左右,项目部测量组对引伸导线和高程进行复测一次。并按验标要求,对开挖、支护和二衬施作断面进行复检。
  隧道测量使用全站仪,GPS定位系统及精密水准仪等设备进行,项目部测量组测量的内容:地表贯通测量(包括平面和高程控制测量)、断面测量、洞内贯通测量、竣工测量。
  2.2.8.2、监控量测:
  隧道施工开工前根据设计地质情况,支护类型、工期要求,编制监控量测计划并与施工进程相配合进行实施。
  监控量测的项目:施工单位一般作应测项目及选测项目中的洞口地表下沉。量测的工具一般用收敛仪及水平仪和精密水平仪,按要求测试时间频率进行测量。
  当施工到不良地质和水文地质之前,应用地质雷达进行地质超前预报,了解前方不良地质和地下水渗出的具体情况,以便采取针对性的施工方案。
  隧道洞内四条作业线施工及其辅助作业主要机械设备表:
  
  
  
  主要机械设备投入表
  工序或项目名称 机械名称 机械型号 数 量(台)
   进口端 出口端 斜井 ∑
   左洞 右洞 左洞 右洞 1#斜井 2#斜井
  开挖、运输 风动凿岩机 RT—28 30 30 30 30 30 30 180
   挖掘机 1.4~1.6m3 1 1 1 1 1 1 6
   正装侧卸装载机 2~3m3 3 3 3 3 3 2 17
   自卸汽车 20t 5 5 5 5 4 4 28
  喷射砼 砼喷射机 5.5KW 8m3/min 3 3 3 3 3 3 18
  砼衬砌 砼拌和站 75m3/n 1 1 1 1 1 5
   100m3/n 1 1 1 1 1 5
   整体模板台车 标准段 1 1 1 1 2 1 7
   加宽段 1 1 1 1 1 1 6
   砼运输车 8m3 3 3 3 3 2 2 16
   砼输送泵 2 1 1 2 1 1 8
  通风 电动空压机 22m3/min 5 5 5 5 4 4 28
   内燃空压机 200~250KW 1 1 1 1 1 5
   轴流风机 SDF—12.5 1 1 1 1 1 1 6
   轴流风机 SDF—11.5 1 1 1 1 4
  注浆 注浆机 KBT—50/70 2 2 2 2 2 10
  电焊机 16×6—250A 17KW 6 6 6 6 4 4 32
  抽水机 3DA—847 17KW 2 2 4
   3MA—9 7.5KW 15 15
  施工用电 网路电 变压器 850KVA 1 1 1 1 2 6
   变压器 650KVA 1 1 1 1 1 5
   高压进洞 变压器350KVA 1 1 1 1 1 5
   备用发电机组 200~250KW 1 1 1 1 1 5
  说明:1、未列洞口预作管棚时的管棚钻机
  2、未列防水板铺设时热合焊机。
  
  3、未列隧道设置的电子监控设施及测量、量测设备。
  4、自备发电机为停电时二衬砼不能中断施工用。
  
  隧道施工留有余地的配备了机械设备,为隧道不间断快速施工,提供了机械化作业的保证。
  
  3、结束语
  3.1、井冈山特长隧道面对工期紧迫压力,只有实现全面机械化作业,组织好快速施工,加快施工进度来保证施工工期。
  3.2、加大机械设备的投入量,它也仅是生产要素的一项,其他还包括人、材料、资金等生产要素只有全面地加大投入,有机地将生产要素整合起来才能组织好快速施工,加快施工进度。
  3.3在施工中首先要抓好掘进快速施工,才能组织各工序有序、均衡的平行作业,才能达到整个施工的快速施工。
  3.4、在施工中要十分注意辅助作业的投入及维修保养因为它是影响和制约施工进度的关键因素之一,只有使其正常地发挥作用才能满足正常的施工要求。
  3.5、在施工中各洞(口),施工进度不可能是均衡的,就单洞(口)而言各工序的施工进度也是不可能按计划全面地达到进度理想要求。所以在施工过程要加强协调,密切配合,干方百计共同努力才能全面地组织好快速施工,满足工期要求。
  
  参考文献:
  1、中国隧道及地下工程修建技术、王梦恕等著、人民交通出版社、2010、5月。
  2、铁路隧道施工技术手册(下册)、中国铁道出版社1995、10月。
  3、隧道施工通风与防尘、赖涤泉编著、中国铁道出版社1994、7月.
  4、公路隧道施工技术规范、人民交通出版社、2009年。
  5、江西省高速公路项目标准化管理指南:“工地建设标准”、“规范化施工标准”、江西交通运输厅、2011年。
  参考其他:隧道施工有关文献。
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