浅谈中国的隧道施工机械发展

　　摘要：伴随中国的发展，我国的隧道施工技术取得明显进步，完成了中国大型艰难的隧道开掘修建工程。本文主要是探讨一下中国隧道施工工程机械化的发展，通过列举一些现有的隧道工程机械向读者展示机械化的发展。
　　关键词：隧道机械，发展，钻爆法，掘进法
　　
　　正文：
　　经历几十年的奋斗与拼搏，我国机械化实力和国际地位有了明显提升，这一现代化的背后是机械工业的不懈努力。特别是自2002年以来，我国机械工业已连续6年实现20％以上的增长。数据显示，“十五”期间我国机械工业经济指标大幅上扬，机械工业总产值年均增长23.71％，可见，机械工业正在发生历史性变化，大规模机械化作业的潮流不可阻挡。
　　我国的铁路隧道施工机械化开始于上个世纪的八十年代，以衡广复线的大瑶山隧道的建设为起点，其后的大秦、京九、西康等铁路建设中继续推广，逐步形成了一套完善的机械化隧道施工技术。因此，我们可以说大瑶山隧道是我国铁路隧道钻爆法机械化施工技术发展的标志，20世纪90年代西康铁路秦岭特长隧道则是全断面硬岩掘进机(TBM)施工技术发展的标志。
　　上述两次质的飞跃，不仅仅是施工速度的提高，更是时代的要求。没有机械化，就没有高效率的施工过程，短时间内完成施工则会成为天方夜谭，因此，机械化施工成为了隧道施工的大方向。
　　我们刚刚走过新世纪的头十年，21世纪是高速发展的世纪，隧道施工也同样引发火爆局势，铁路网的建设、地下交通的改善都在等待着新技术的出现。为了尽快步入发达国家的行列，必须迅速提高机械化施工技术水平，推进国产化装备的技术进步。因此，笔者总结了目前国内使用的隧道工程的机械，并结合简单实例说明，以此抛砖引玉触动读者内心的一丝感悟。
　　
　　1、 钻爆法的机械
　　钻爆法其实就是我们传统的打眼、放炮、化整为零的掘进方法。钻爆法施工具有资金、设备投入低，成本低廉，适应于各种自然环境和地质结构，快速、机动、灵活和适应力强等特点，更适合我国国情。钻爆法的施工技术代表工程当属由铁一局五处开挖修建的秦岭隧道和长梁山隧道。经过考察该两处施工中的钻爆技术已经达到了国际的指标。
　　当然，钻爆法的机械化近几年发展的趋势出现下滑，主要上世纪八十年代引进的一些机械设备被传统的人工施工、国产设备取代。出现这一现象的原因就是国内劳动力廉价，国产的机械设备价格低，能够减低施工的成本，赚取更得利润。因此，大量的施工方选择了降低机械化的投入，对国外的技术不闻不问。倘若我们抓住这个机遇，大力研发本国的设计，将这些设备现代化，适应当下我们国家发展的国情，机械化的目标并不是遥不可见。
　　在钻爆法施工中，有一套为之服务的机械，下面就主要机械进行浅析。
　　（1）ITC312型挖掘装载机。装渣在隧道开挖中占用大约一半的时间，因此，提高装渣效率直接关乎工程的效率。挖掘装载机不同于一半的装渣设备，它将挖与装载结合，缩短了工期。ITC312型挖掘装载机是目前国内普遍采用的进口开掘装载设备。具有电力驱动，环境好；连续装载，效率高；诸多工序平行作业，缩短循环时间等一系列优点。但是引进的ITC312型挖掘装载机不仅价格昂贵，性能上也有缺陷，如履带和刮板抗磨性能较低，输送机宽度较窄，整机稳定性差，液压系统维修不方便等问题。石家庄铁道大学机械工程学院(原石家庄铁道学院机械工程分院)教授赖涤泉，经过研究研制的WZ330型隧道挖装机则很好的弥补了上述问题，已于2009年9月18日成功下线经研究实践已经符合了实际施工的数据要求，并且还要优于原装进口产品。
　　（2）手持式风枪。这是国内很普遍采用的一中人工打眼的工具，因为是人工手持，所以劳动力消耗非常大，并且缺乏高效率，安全系数也比较低。因此，这是一种急需大型机械取代的工具。目前国内存在的但并没有广泛采用的凿岩台车正是其替代者。凿岩台车是隧道施工的典型施工机械，对于较坚硬、完整性较好的围岩条件，凿岩台车钻孔速度快、单位能耗低、人工少、安全程度高、爆破质量好，是今后隧道施工技术发展的主要趋势。但是凿岩台车并非是不二的选择，因为国产的台车在技术上、机构上有待进一步研究。例如：台车的全液压化、钻臂的结构优化、电脑数控化。
　　（3）自卸车。这是一种普遍的工程用车，方便快捷，节约人工消耗。在其他的建筑行业应用的更为早，现在在隧道的修建中也是很普遍的运用。当然，牵扯到成本造价的问题，施工方更多的是采用国产的自卸车。这种自卸车虽带来众多的方便，但是缺点也很明显：尾气问题严重，并且一氧化碳的含量、烟雾度高。在原本封闭的隧道空间内大量的尾气更是导致隧道内环境更糟。这一问题的解决存在很大难度，就目前国际技术水平来分析，一氧化碳减排技术复杂成本高，控制的可能性小。而烟雾则相对容易控制，成本合理。譬如采用水洗法降污减排。
　　（4）混凝土喷射机械手。从字面意思看，这是一个机器手臂设备，但实际并非如此简单而已。混凝土湿喷机能在恶劣的工作环境下实现自动均匀地喷敷混凝土，在作业过程中还可调节喷射角度、速度，使其达到最佳状态，尽量减少回弹。采用混凝土喷射机械手进行喷浆作业对改善工人劳动条件十分重要。目前国内所引进的机械手价格相对较高，不适合当今国情下施工方的思路，所以并为普遍推广，阻碍着施工的机械化完善性。
　　此外，还有相关的机械例，笔者不再一一道来。如：多工位钻孔台架、拼装式衬砌台车、拱架安装机组、防水板铺设机、仰拱模板台架及移动栈桥等，着一些列都是钻爆法隧道施工中不可缺失的部分。
　　
　　2、 非钻爆法（掘进法）的施工机械
　　隧道施工素有“怕软不怕硬”的说法，意思是软岩或土质隧道围岩稳定性差，安全风险大，事故隐患多，支护困难，进度慢。这些固然是由软岩的本质决定的，但也与钻爆施工法关系密切。还有就是当隧道长度过长时,用常规钻爆法进行施工将需要相当长的工期,隧道掘进法施工则满足了这些工程需要，可以缩短工，提高效率，增加整个工程的安全性。
　　隧道掘进机(简称TBM)，据实践证明：当隧道长度与直径之比大于600时,采用TBM进行隧道施工是经济的。TBM最大的优点是快速。此外,还有优质、安全、有利于环境保护和节省劳动力等优点。其缺点主要是对地质条件的适应性不如常规的钻爆法；前期订购TBM费用较多；要求施工人员技术水平和管理水平高；对短隧道不能发挥其优越性。

　　伴随着现代技术的突飞猛进，TMB技术也不断完善，掘进机的针对性明显增强,根据不同的地质条件需要研制生产了不同的掘进机；有的适用于软土,又称为盾构机：有的适用于岩石。在实际作业中，岩石掘进机又慢慢分化为开敞式、单护盾式和双护盾式,并且已研制出能进行斜井施工的,例如,已用于日本东京附近抽水蓄能电站压力管道斜井的施工。
　　运用长隧道TMB进行的重要工程中为世人所熟知的莫过于英吉利海峡，在施工中为保证工期，十一台掘进机运转。在国内，典型工程有甘肃的引大入秦工程、山西的万家寨引黄工程等，特别是山西的引黄工程还创下了最高日掘进113m和最高月掘进1650m以上的记录。不过，目前国内采用的TMB从技术等角度与发达国家有较大差距。
　　
　　总结：国内的隧道施工工程的机械一体化还存在很大漏洞，但是，总结近几年隧道建设技术装备的发展过程，我们应对推动隧道施工机械化事业充满信心。我国高速铁路路基、桥梁、线路工程重大设备以及动车组技术的引进、吸收、再创新过程仅用了几年时间，我们同样可以在较短的时间内全面实现隧道机械化技术装备的研发，快速推进隧道施工机械化的历史进程，与中国隧道建设者一道开创有中国特色的隧道施工技术的新时代。

《浅谈中国的隧道施工机械发展》

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