那下湾隧道施工机械、劳动力组织及电力配置分析.pdf

那 下 湾 隧 道 施 工 机 械 、 劳 动 力 组 织 及 电 力 配 置 分 析 徐 青 刘护伟 (中国交通建设集团第二公路工程局隧道公司 西安 710000) 摘 要 介绍了那下湾隧道施工中,根据隧道开挖断面及长度,优化配置施工机械、 劳动力组织和电力资源,分期 分批组织施工,科学布局,实现各工序紧密衔接,保证施工连续均衡有序地进行,全面实现隧道施工精细化管理。 关键词 隧道工程 机械配置 劳动力组织 电力资源配置 国道主干线(GZ45)连云港至霍尔果斯陕西境 宝鸡至牛背高速公路第12合同段地处陕西省宝鸡 市境内,隧址位于陕甘交界秦岭山区,毗邻渭河,地 形相对高差较大,线路区域山顶海拔一般在1000 1400m ,为中低山低山区地貌特征,总体地势为西 高东低,南北高中间低,山脉走向呈北西南东向。 山体连续,冲沟狭窄,谷坡较陡,山区植被稀少。其 地貌单元为山坡,黄土陡坎,黄土冲沟,黄土梯田(人 为地貌),岩石陡崖。 那下湾隧道为分离式隧道,左线起止桩号为 ZK208 +780ZK210 + 215 ,其中 级围岩30m , 级围岩695m , 级围岩710m ,全长为1435m。右线 全长为1350m ,起止桩号为YK208 + 750YK210 + 100 ,其中 级围岩50m , 级围岩590m , 级围 岩710m。 由于隧道场地地形陡峻,场地狭窄,布置比较困 难。本着设备投入少、 污染小、 效率高的原则,选用 先进设备,确保机械设备齐全,合理配套,最大限度 的提高机械利用率,充分体现经济、 合理、 实用的特 点,以满足质量、 工期要求。 下面从隧道施工各工序入手,浅谈隧道施工主 要机械设备、 人力资源以及电力资源的配置情况。 1 开挖阶段 根据那下湾隧道 级围岩开挖断面以及 级围 岩的长度来确定洞身开挖所需机具的数量及参数, 考虑到围岩情况,开挖采取上下台阶法开挖。 1. 1 凿岩机配置 主要以自制台车配合多台风动凿岩机进行钻孔 作业。根据隧道围岩情况,我们采用适用于中硬或 坚硬岩石湿式凿岩的YT28型风动凿岩机。该机操 作机构集中,启动灵活,气水联动,使用方便,维修简 易;且节能高效,零件寿命长,通用率高,可靠性好, 尤其效率高,吹洗炮孔功能强,转钎力矩大。 YT28型风动凿岩机的主要相关参数:重量26 kg ,耗气量 81L/ s ,凿孔直径34 - 42mm ,凿孔深 度5m ,凿孔速度250mm/ min ,工作气压0. 63MPa , 气腿长度1800mm。 根据掌子面炮眼布置情况以及简易台车操作面 积的大小,一般情况下,YT28型风动凿岩机的数量 大致在13把左右,需要1315个劳动力。若每循 环进尺按照1. 0m考虑,根据YT28型风动凿岩机 凿孔速度,完成上导坑 炮眼的钻孔,大致需90min 左右。 1.2 风镐配置 在隧道开挖中,有些部位尤其是拱脚部位因为 爆破方面的种种原因,或多或少的存在欠挖现象,此 时需要有运行简单,可直接用于生产,效率高,操作 简便的凿岩设备。基于此,在那下湾隧道施工中,采 用了G10型风镐。G10风镐主要技术规格:机身全 长570 mm ,工作气压0. 63 Mpa ,冲击频率 18. 4 Hz ,耗气量 20 L/ S。 2 装运渣 山岭隧道开挖施工中,装、 运渣是施工工作中耗 费时间长、 劳动强度大的一项基本作业。出渣所需 的时间约占开挖循环时间的35 %50 % ,为了提高 掘进速度,施工方有必要采用高效率的机械设备,提 高装渣、 运渣的机械化程度,以尽量缩短出渣所消耗 时间。 2.1 轮胎式侧卸装载机配置 结合那下湾隧道属中、 大型断面以及工期的要 求,工程采用了轮胎式正装侧卸装载机。它具有卸 载方便、 装车准确、 机身移动少、 效率高,对渣径适应 性大,尤其与车身低、 容量大的自卸运渣车相配套。 采用的装载机是中国龙工ZL 5 D型轮胎式正装 5 公路隧道2010年第2期(总第70期) C 0 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 侧卸式,主要技术参数:斗容量3 m 3 ,动臂提升时间 6. 5s ,最大爬坡30,总长741030003310mm。 装载机装渣速度的快慢直接影响到隧道的掘进 速度。为此,施工中专门配置1名操作技术熟练、 会 修理的装载机操作工。经过大量实践总结,装载机 平均每斗容量为2. 4m 3 左右,单斗装渣平均耗时 3. 5min。 2. 2 挖掘机配置 隧道爆破完以后,要及时进行洞身排险,对危石 进行清理,避免因为装载机被浮石损坏,产生不必要 的后果。本工程采用CAT320C型挖掘机,其主要 参数 为:最 大 行 驶 速 度5. 5km/ h ,运 装 长 度 9440mm ,运装高度3010mm。每次爆破完毕后,清 理危石需要30min左右。 2. 3 运渣车配置 结合本工程的特点和提高装运效率的需要,要 求运渣车辆要有容量大、 车斗低、 便于装载机装渣; 带有废气净化装置,减少对洞内的污染;转弯半径 小,车斗牢固且轮胎耐磨等优点。本工程采用东风 153型单桥自卸车和东风3208型双桥自卸车。东 风单桥153型自卸车主 要参数为:发动机马力 180PS ,外型尺寸693024802870mm ,实际容积 452022401000mm ;东风汽车双桥3208型主要 参数为:发动机马力210PS ,外型尺寸79502480 2910mm ,实际容积530023001100mm。 下面结合本隧道每进尺1m所产生的石渣,计 算运渣车辆的台数。 Q= 0. 5 R 2 式中:Q 开挖每延米产生的石渣; R 隧道开 挖半径,取R = 6.21 m。 计算出来隧道开挖每延米产生的石渣总量Q 为61m 3 左右。 结合本项目业主对弃渣的处理要求以及运渣路 线的情况(本工程紧靠310国道,弯道多,车流量在 2000辆左右),距离弃渣场的平均运距约为3km ,平 均运时为25min/车。所以,为提高出渣效率,采取 以下几个措施: 提高爆破效果,避免有大块径的岩 渣,隧洞底板尽量平整; 加强对装载机、 运渣车的 日常保养,车况保持良好,使装、 运渣过程一气呵成, 中途无耽搁; 优化调车、 运输组织。根据施工现场 情况,综合考虑运渣工序中每个循环的运行时间,在 保证重车与空车会让的前提下,确定运渣车辆的数 目。 基于以上因素,运渣车的数量计算公式如下 n=K T t 式中:n 运渣车数量;K 不确定系数,一般K 取1.11. 2 ;T 出渣车辆出渣单循环耗时,本工 程中平均为30min ;t 单车装渣耗时,与出渣车 有效容量、 装载机装渣速度有关,实践总结的t= 7min。 由以上公式计算得出n= 5。此时,基本上能实 现出渣车互不影响,实现出渣过程中不间断。由此 大大提高了装、 运渣效率,在那下湾隧道工程中,每 循环进尺按照1. 0m考虑,出渣大约需要70min。 3 锚喷、 支护阶段 3.1 注浆设备 根据该工程设计图纸要求,需要对 级围岩初 期支护进行中空锚杆注浆,且对注浆压力有较高的 要求,以加强围岩的整体稳定性。在实际施工中,配 置了性能稳定,操作简单可靠的某厂GYZB型液压 双液注浆泵和砂浆搅拌机各两台;在劳动力组织方 面配置6人,实践证实基本能满足生产需要。 GYZB液压双液注浆泵主要技术参数:生产能 力6m 3/ h ,工作压力 0. 56Mpa ,输送距离水平 200m、 垂直60m ,电机功率5. 5 KW;350型砂浆搅拌 机主要技术参数:容量350L ,电机功率3KW ,生产 能力46m 3 / h。 3.2 初喷混凝土设备 隧道开挖完毕以后,要对开挖面及时进行锚喷 支护。它能及时封闭围岩的张性裂隙和节理,加固 围岩的软弱结构面,使支护结构和围岩合成一个统 一的支护体系而共同工作,从而提高围岩本身的强 度和自承能力,有效的控制围岩的变形和坍塌。从 经济角度考虑,与现浇混凝土相比,可以节约劳动力 约40 %,降低成本约30 %,而且提高支护速度1倍 以上。在那下湾隧道施工中,根据掌子面的大小,综 合考虑了拌合站的出料能力以及混合料的输送时 间,采用了某厂生产的PZ - 6D型混凝土干式喷射 机三台,劳动力组织方面配置11人。J S750型双卧 轴强制式搅拌机主要技术参数为:出料容量750L , 进料容量1200L ,生产效率 335m 3 / h ,提升电动机 7.5 KW ,搅 拌 电 动 机30 KW ,料 斗 提 升 速 度 19m/ min。 3.3 空气压缩机 在隧道开挖以及初喷阶段,为了确保各工序的 顺利进行,需要为风动凿岩机和混凝土喷射机提供 5 公路隧道2010年第2期(总第70期) n: 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 足够的压缩空气动力,既要有足够的风量和风压供 应给各个风动机具,同时还应尽量减少压缩空气在 管路输送过程中的风压和风量损失,以达到既能保 证风动机具正常工作,又能达到降低消耗、 节约能 源、 降低成本及保证施工质量的目的。 空压机供风能力的确定,取决于由储气筒到风 动机具设备沿途的损失、 各风动机具的耗风量以及 风动机具的同时工作系数和备用系数,空压机供风 能力Q的计算可以用下式: Q=(1 +K备) (q K+q漏)Km 式中: K 同时工作系数,本工程中一般采用K = 0. 750.85 ; K备 空压机的备用系数,一般取75 % 90 %; q 风动机具所需风量,m3/ min ,(可查阅 风动机具性能表); q漏 管路及附件的漏耗损失,其值为:q漏= d L,(m 3/ min) ( d为每公里漏风量,平均为1. 5 2. 0 m 3/ min ;L 为管路总长) ; Km 空压机所处海拔高度对空压即生产能 力的影响系数,本工程中一般采用1. 071. 10之 间。 因此,结合相关理论知识,隧道施工过程中采用 空气压缩机设置在洞口附近,减少洞外管路长度,以 免风压损失过多。结合本工程施工特点,为了充分 发挥设备的潜力,综合考虑电动、 内燃空压机的优缺 点,采用了电动空压机为主,内燃空压机为辅的方 式。配置了某厂生产的4套L3. 5 - 20/ 7型空压机 及储气罐。由于空气压缩机运行状态的好坏直接关 系到隧道开挖、 初喷工序的快慢,因此在劳动力组织 方面,专门配备了技术熟练,经验丰富的操作工2 名,确保机况始终保持良好状态。L3. 5 - 20/ 7型空 压机主要技术参数:额定排气压力0.7 Mpa ,额定排 气量20 m 3/ min ,电动机额定功率 110 KW。 4 二次衬砌施工阶段 4. 1 二次衬砌混凝土制备 混凝土制备包括配料和搅拌两部分,由于技术 的发展已经实现了上料机械化和称量自动化,因此 大大提高了配料的工作效率,减轻了劳动强度。为 此,那下湾隧道施工专门设置了两座型号为J S750 型3 3 自动计量混凝土拌合站。拌合站分配料 机和搅拌机两部分。LDG配料机主要技术参 数:称量斗容量1200L ,贮存斗容量45000L ,电机 功率12. 6 KW ,配料周期50s;J S750型双卧轴搅拌 机主要技术参数:出料容量750L ,进料容量1200L , 上料速度18m/ min ,生产率 337m 3/ h ,搅拌功率 30 KW ,提升功率7.5 KW。 4.2 混凝土运输 为了保证混凝土的质量,避免混凝土在运输过 程中发生离析和严重的泌水现象,保证混凝土在运 至浇注地点时仍具有较高的流动性,必须认真选择 混凝土的运输方式,选择经济、 合适的混凝土搅拌输 送车。那下湾隧道施工中采用的斯太尔霸王64 搅拌输送车设备的主要技术参数如表1。 表1 搅拌输送车的主要技术参数 整车型号CG5253GJBBP364 额定装载质量12305kg 罐体几何容积/有效容积14. 5/ 8 - 9m3 罐体倾角13 最高车速76 - 80km/ h 最大爬坡度42 % - 60 % 发动机斯太尔330马力 4.3 泵送混凝土 在混凝土运送至浇注地点后,需要立即进行混 凝土泵送,以保证混凝土的坍落度不超过原规定的 30 %。本隧道施工中配置了2套徐州产191 KW HB T80C型和2套湖南产HBT60C - 1816型混凝 土输送设备,基本满足生产需要。 4.4 二次衬砌 当前,国内隧道二衬施工广泛采用液压全断面 衬砌台车进行混凝土衬砌。那下湾隧道洞身衬砌工 序中,采用自制液压移动式模架台车。衬砌台车采 用I24号工字钢加工制作而成,拱架采用工字钢或 轻型钢轨制作,模板采用8mm厚的整体钢模板并 与拱架焊接牢固。台车全长12m ,由台车、 拱架、 模 板及动力系统4大部分组成。通过动力装置立、 拆 模板,台车由电动机驱动,在轨道上行走,一次可完 成隧道全断面衬砌9m。台车设计预留直径1. 5m 通风管穿越空间,以防风管弯曲缩径,影响通风效 果。 5 隧道施工通风 本隧道施工通风系统采用压入式通风,通风机 选择轴流式通风机。这种方法的优点是作业面得到 35 徐 青等 那下湾隧道施工机械、 劳动力组织及电力配置分析 7m / h P1200 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的新鲜气流较大,能较快冲淡和排出炮烟,金属风 管、 柔性风管均能使用,且拆装方便,因此特别适合 本隧道的通风要求。根据相关理论知识得知:隧道 施工中通风效果的优劣取决于通风系统的设计,而 通风系统的主要参数是风压和风量。 5. 1 风量确定 风量确定一般有两种方法:一种是根据同时在 洞内工作的最多人数需要的新鲜空气数计算风量; 另一种根据洞内同时爆破最多炸药用量所产生的有 害气体降低到允许浓度以下所需要的新鲜空气数计 算风量。 (1)同时在洞内工作的最多人数计算风量: Q=Kmq 式中,K 风量备用系数,采用1. 11. 3 ;m 同时在洞内工作的最多人数;q 每人每分钟所需 要的新鲜空气数量,通常q= 3 m 3 / min 人 (2)根据洞内同时爆破最多炸药用量计算风量: Q= 7.8 t 3 AS 2 L 2 (m3/ min) 式中,t 通风时间, min ;A 每次爆破炸药用 量,kg ;S 坑 道横截面,m 2 ;L 坑 道长度,m。 5. 2 风压确定 风压是把所有风量送至工作面,风流克服风道 或风管的阻力,并使达到工作面的风流具有一定速 度的保证。可由下面公式计算: HH摩总+H局总+H其他 式中,H摩总 管道或巷道摩擦阻力; H局总 局 部阻力; H其他 其他局部阻力。 其中H摩总(管道或巷道摩擦阻力) : H摩总=aLPQ 2/ S3(毫米汞柱) 式中,a 管道或巷道摩擦阻力系数,本工程中一 般取0. 00040. 00045 ;L 巷道长度或风管长 度,m ;P 巷道或风管断面周边长度,m;S 巷 道或风管横段面面积,m 2 。 H局总(局部压力)是由于影响风流的各种局部 原因引起的,如风道缩小,扩大和转弯: H局总=/29 2 式中, 局部阻力系数,本工程中一般取0.00023 0. 00045 ; 空气比重,= 1. 2kg/ m 3 ; 风 流过局部断面形状变化后的速度,m/ s。 H其他(其他压力)主要是克服正面阻力做消耗 的风压,这种阻力主要是由于巷道中有阻碍物,如材 料、 机具设备等其他堆积物所造成 其他=6 Q S (S S)(毫米汞柱) 式中,Si 障碍物的断面积,m 2 ;S 隧道断面 积,m 2 ; 正面阻力系数,本工程中一般取 = 0.5。 5.3 通风机选择 结合隧道施工条件,要求通风机风量大,尺寸 小,重量轻,调整方便,便于装卸和运输等,本工程采 用轴流式风机。要求: Q风机=PQ(m 3/ s) 式中,Q 计算所需风量,m 3 ;P 管道漏风系 数(对于胶皮风管,P= 1 + n/ 100 ,n等于胶皮管风管 接头数)。 最后,根据风压、 风量的计算公式算出数值以 后,即可选用合适型号的通风机。通过计算,最终确 定使用BDSF型隧道专用对旋通风机。实践证实, 该型号通风设备完全满足隧道通风需要。设备的主 要技术参数:风机叶轮直径1500mm ,转速1480r/ min ,流量114000m 3/ h ,全压 5840Pa ,电动机配用功 率110 KW2 ,噪音小于90dB。 6 隧道施工给排水与供电 6.1 给排水 工程施工中用水包括生产、 生活、 消防3方面用 水。结合本隧道施工情况,用水量分以下3种情况 考虑。 (1)生产用水计算:生产用水包括钻眼;混凝土 喷射、 制备及养护;机械冷却和其他附属项目生产用 水。根据相关资料计算公式为: Q1=K1K2 q1 83600 (L/ S) 式中,Q1 生产用水量,L/ S; q1 各生产用设 施每班平均用水量,按定额选取,L/ S; K1 零星 用水增加系数,本工程中一般取1.11.2; K2 生产均匀系数,本工程中一般取1.12.0。 (2)生活用水计算: Q2=nK q2 243600 (L/ S) 式中,Q2 生活用水量, L/ S; n 工地总人数; q2 生活用水定额,平均60L/人. d; K 不均 匀系数,本工程中一般取1.53.0。 (3)消防用水Q3,按照10L/ S计算。 所以,施工工地上用水量取以下两式中最大者: QA=Q1+Q2 QB=5(Q+Q )+Q3 那下湾隧道施工中,采用高位水池供水,结合当 5 公路隧道2010年第2期(总第70期) : H0.0 12 2 i/-i 0. 12 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 地的有利地理条件(施工场地紧靠渭河) ,并考虑到 枯水季节必要的储备量,通过计算得出高位水池应 以保证最高工作面顶点的水压不小于3 kg/ cm 2 。 为此,特在渭河边挖一口渗井,并安设了1台扬程为 100m的水泵;在附近山地上建设了一座容积为 30m 3 高位水池,且与施工现场高差在70m以上;给 水管道分干管、 支管两种布置。实践证实基本满足 施工用水需要。 6. 2 供电 在隧道工程中,工地用电一般包括施工用电、 室 内照明用电和室外照明用电。除在隧道前期施工中 采用内燃机发电设备外,一般采用外部电源。在工 地建设变电站,将电压降低以后,用380/ 220V低压 线向用电点供电。结合现场施工情况,综合考虑施 工过程中以下两个方面: (1)整个施工过程中所有用电设备的数量及功 率; (2)施工过程中用电设备同时使用时的耗电峰 值。 为确定变电站的变压器容量,可用下列公式计 算工地的用电量: P =1.1(p1k1+p2k2+p3k3) (kw) 式中,p1 施工用电设备的额定功率(主要包括电 动空压机、 拌合站混凝土搅拌机以及钢筋加工场所 有钢筋加工电动机具),kw;k1 施工用电设备同 时使用系数,1台设备取1 ,10台内取0. 75 ,1030 台取0.7 ,30台以上取0. 6 ;p2 室内照明设备的 额定功率,kw ;k2 室内照明设备同时使用系数, 一般取0. 8 ;p3 室外照明设备的额定功率,kw; k3 室外照明设备同时使用系数,一般取1. 0。 通过上式计算出工地用电量值后,再通过下式 转化成变压器的容量: WKVA=KP(KVA) 式中,k为施工用电设备的功率因数,在施工过程中 平均采用0. 75。 那下湾隧道施工用电以地方供电为主,备用发 电机为辅。即进、 出洞口端自10kv高压引入,综合 考虑隧道施工中所有耗电量较大的设备,如电动空 压机、 拌合站混凝土搅拌机等机具,在进洞口安设 800 KVA和400 KVA变压器各一台;出洞口安设 600 KVA两台。同时,在施工前期进出口分别配置 了300kW内燃发电机过渡,同时作为备用电源。 7 结 语 以上我们依据隧道施工现场的实际情况,结合 隧道施工相关方面理论知识,从隧道施工的各工序 入手,优化不同阶段主要机械设备、 人力资源及电力 资源的配置,经过现场多次实际统计,进一步表明, 通过资源的优化配置,确实节约了隧道施工成本,提 高了工作效率,加快了施工进度。 参考文献 1 黄成光,于敦荣.公路隧道施工M .北京:人民交通出 版社,2001. 2 张 彬,郝凤山.地下建筑施工M .北京:人民交通出 版社,2003. 3 西南交通大学.工程机械 M.北京:中国铁道出版社, 1981. 4 王梦恕,等.工程机械施工手册M .北京:中国铁道出 版社,1992. 55 徐 青等 那下湾隧道施工机械、 劳动力组织及电力配置分析 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m