浅谈浅埋隧道开挖设备选型

【摘要】 浅埋暗挖隧道三台阶法开挖设备的选择，根据现场测算计算出渣设备数量。

【关键词】 开挖设备选型、配套原则、出渣循环车辆

【 abstract 】 shallow depth excavation tunnel excavation method three steps equipment choice, according to the calculated the number slag measuring equipment.

【 key words 】 excavation equipment selection and matching principle, slag discharge cycle vehicles

中图分类号：U455文献标识码：A 文章编号：

1 、工程概况

昆明市轨道交通首期工程包括1号线一期、1号线二期和2号线一期，沿南北走向。线路起于昆明市盘龙区汽车北站，经盘龙区、官渡区、终于呈贡新区下庄村站。全线共设31座车站。

严家山隧道有2个出入口，本标隧道范围包括出入段线区间隧道及牵出线隧道，出入段线区间隧道全长为542.100m；区间隧道及牵出线隧道结构均采用单拱断面型式，牵引线隧道全长91.606m。区间隧道施工采用矿山法（双侧壁导坑法），牵出线隧道施工采用矿山法（CRD），主体结构设计的使用年限为100年，结构安全等级为一级，区间隧道结构防水等级为二级。隧道主要位于粘土、粉土、泥炭质土层中。

严家山停车场～汽车北站站区间线路位于规划7204公路东北侧，沿线主要为小山坡、少量低层房屋及部分填土区和挖土区，场地内地势起伏较大，出入段线左右线间距为5m。区间地下段沿线地势较为平坦，地面高程约为1963.44～1979.23m，沿线两侧主要为村民住房，建筑层数2～4层不等。

2、主要工程数量（见表1）

3、主要技术标准

3.1设计等级及标准

区间隧道及牵出线隧道结构均采用单拱断面型式，区间隧道施工为双侧壁导坑法，牵出线隧道施工采用矿山法（CRD），主体结构设计的使用年限为100年，结构安全等级为一级，区间隧道结构防水等级为二级。工程防核武器抗力级别六级。

3.2施工方法

1） 正洞施工 严家山隧道计划2012年1月10日开始施工准备，2012年1月31日正式开工。开工前多次研讨，确定了严家山隧道进口、出口采用出口采用CRD开挖，无轨运输的整体施工方案，小挖掘机分部挖掘及装碴、2t自卸汽车运输出碴。

2）砼衬砌隧道砼衬砌均采用6m长整体模板台车，砼采用洞外商品砼。砼由8m3砼罐车运输、泵送入模。

4 设备选型配套

设备选型除了考虑单机能力外更重要的应放在配套上，如果配套不合理，生产能力高的必然受能力低的限制，最终还是一个低效率的配套，既不经济也不合理，下面以严家山隧道进口为例。

4.1 配套原则

1）配套设备的生产能力应满足快速掘进的要求。

2）配套的设备数量应满足规定循环时间的需求。

3）主要的设备按100%备用，以保证有足够完好数量的设备使用。

4）配套设备外型尺寸要满足洞内最小限界――1、3部净空6m(宽)×4.2m(高)的要求。

4.2 装运碴设备数量的确定

4.2.1 设备选型

按配套原则，根据洞内最小限界，选择55型或60型小挖掘机开挖，人工配合。

隧道进口于2012年2月7日开挖进洞，开挖使用的是VOLVOEC55型挖掘机，开挖后发现岩层比较好，小挖机挖掘很费力，且挖掘速度较慢，开挖时间较长。按照当地地质条件，首先确定岩层属于什么地质土，分析认为岩层属于泥炭质土有一定的硬度但韧性很大，其地基承载力特征值fak =130kPa，即130KN/米2，自稳性较好。而VOLVO55小挖掘机马力是52hp，挖掘力是37.8KN，挖掘力不够挖掘效果不好，表现为挖不动速度慢。所以要提高速度提高效率必须提高挖掘力，选择马力较大挖掘机，马力增大挖掘机的结构尺寸也相应增大，所以经过工程技术方案专家讨论评审改变工法，采用三台阶法开挖，相对于CRD法断面扩大，开挖、装渣及运输设备重新选型。

根据断面尺寸选择PC120挖掘机开挖，发动机马力是73.5hp，挖掘力是59.8-86KN，比较55型挖机大很多，相对挖掘速度和产量就快就大。经过现场测试，确定挖掘机站位需要的空间尺寸，优化台阶高度，达到适合挖掘机回转和操作的空间。经过现场三个循环的实践，掌子面开挖基本控制在2小时之内，满足了我们的初步循环时间，决定PC120挖掘机作为进口掌子面开挖设备，掌子面断面尺寸为宽8米，高7-7.5米。出口根据岩层变化决定机型，实践动态配置达到快速掘进的目的。

二台阶、三台阶、仰拱开挖以及出渣根据断面选择225型挖掘机。上台阶使用120挖掘机挖渣到二台阶，然后DH225挖掘机装车，相互配合。

DH225型挖掘机挖掘力是152KN，斗容量1.05方，完全满足隧道下部开挖的要求和速度。

所以，根据隧道开挖岩层的变化，选择55或60型、卡特312或小松120型和大宇225型挖掘机三种机型动态配型，作为开挖出渣设备，保证岩变我变，快速掘进。

4.2.2 所需装运碴设备数量的确定

已知条件：① 运输距离0～2km，平均运距1Km；② 按施工组织工期，循环出碴时间规定为2h，日循环次数2次（考虑各种影响），循环进尺2.32m；③ 洞内汽车规定行驶速度5Km/h，经测算卸车3min、装车9min。

1）每循环出碴量 正洞Ⅳ级围岩设计开挖断面25.2m2，一个循环开挖渣量58.5m3，平均每循环进尺按2.32m计，取土碴的松散系数为1.5，则每循环碴的松方数量：V=58.5×1.5=87.75m3。

2）所需理论出碴能力 循环出碴时间规定为2h，均衡配套能力储备系数取1.2，则单位时间出碴量：A0=1.2×87.75÷2=52.65m3/h，前述选用DH225挖掘机装碴能力AS=160 m3/h，即AS>A0，能满足快速装碴要求。

3）每循环装车数量 ：自卸车每车装运松方量VC=15m3 ，则每循环装车总数NC=V/VC=87.75/15=6（车），V为每循环出碴松方量，VC为汽车核定容量。

4）需要的汽车数量 循环出碴时间规定为2h，并根据前述已知条件可计算单程行走时间t1=2000/83.25=24min（行速5km/h= 83.25m/min），途中过检底栈桥3次，t2=3min，往返一次需时为t3=2（t1+t2）=2（24+3）=54min，装车5min，卸车及调头 4min，则平均出一车碴所需t4= 54+5+4=63min，6车碴共需t5= 6×63=378min，那么2h即120min内出完碴需要 的车组数NS=378/120=3.15辆，即4辆。

由计算可知，选用DH225挖掘机装碴，配20T自卸汽车，每班保证不少于4辆车出碴，方能满足2h完成一个循环（进尺2.32m）的出碴要求，并考虑设备故障等因素，DH225挖掘机按100%备用，自卸车按50%备用，进行设备配套。