工序时间分析及设备备用数量分析

4.1　主要设备配置

足够的施工设备是确保工程施工顺利进行的重要保障，尤其是大型机械设备的投入。在辅助洞进入岩爆和地下水洞段后，辅助洞东端工程改用三臂台车等大型施工机械进行隧洞开挖，不仅有利于确保施工效率，也有利于减少人员伤亡事故。本工程主要设备配置见表2。

表2　主要设备配置表

除表2中所列设备之外，施工中尚配置了一定数量的挖掘机和装载机，主要配合洞内进行排险、排水沟清理、路面摊铺、轨道及变压器移装等辅助工作。

4.2　工序时间计算

（1）钻孔时间分析。由于施工中大部分洞段均采用三臂台车+扒渣机+梭式矿车的开挖方式，因此选择该设备重点进行工效分析。在Ⅱ类围岩中，三臂台车的平均钻进速度为2.5m/min，考虑实际利用率和其他因素干扰影响，按80%的钻进速率2.0m/min考虑。其循环进尺设计时间分析见表3。

表3　Ⅱ类围岩循环进尺时间分析（孔深4.5m、进尺4.0m）

Ⅲ类围岩的设计开挖断面为A洞34.8m2，B洞40.6m2。采用上述同样的分析方法，分析出Ⅲ类围岩全断面钻孔时间为A洞200min，B洞215min。

（2）出渣运输时间分析。洞内挖装设备采用ITC312挖掘装载机，设备功率138 k W，挖装能力250m3/h，考虑其他因素影响，实际按80%的利用率计算，即实际挖装能力按200m3/h。Ⅲ类围岩装渣时间分析见表4。

电瓶机车选用18t变频电瓶车，机车牵引力18t，最大时速30 km/h，可牵引2列S16（2×16 m3）梭矿，充一次电可运行约60 km，大大缩短了运输作业时间。单列电瓶机车牵引时间分析见表5。

表4　Ⅲ类围岩装渣时间分析（循环进尺4.0m）

表5　单列电瓶机车牵引时间分析表

（3）运输能力分析。考虑连续不断地装渣至少需要配置的梭式矿车数量：A线208.8/32=7辆、B线243.6/32=8辆。但考虑到经济性和在运行时间与装渣时间之间有时间差，因此按照装渣时间控制，所需梭矿车数量至少为60min/14min=5（辆）。即第5辆车装完的时间是5×14=70（min），此时第1车已可返回洞内进行第二次装渣。

通过合理安排和A线、B线尽量调配使用，理论计算可以基本不用考虑电瓶车的备用数量。但由于洞口车场的条件较差，需在A线、B线第一个紧急停车带设置机车调头的轨道，可增加配置2台电瓶车备用。因此，施工中共安排了12台电瓶机车。

梭式矿车设备选用贵州六盘水或江西生产的S16或SSD16搭接式梭矿（两台S16搭接），SSD16搭接式梭矿具有可拆卸，卸渣无须解体，大大缩短卸渣时间。该矿车组有效容积32m3，卸载时间2min。梭矿车数量与电瓶车配套使用，共计24台。

（4）初期喷锚支护时间分析。辅助洞东端A线、B线辅助洞各配置1台MEYCO Potenza混凝土喷射机进行喷射混凝土支护作业，复喷混凝土和系统锚杆支护在后期平行展开作业，不计入工期分析时间。MEYCO Potenza混凝土喷射机的实际喷射能力23m3/h，最大喷射高度和喷射距离可达14m，最大喷射宽度26m，大臂回转及喷嘴座的轴向摆动360°，小臂回转左、右各55°；采用6m3混凝土运输车运送喷射混凝土，一次运输量能满足一个掘进循环进尺的初期喷射混凝土量要求，因此在计算时间时可以不用考虑喷射机作业中的移动时间和停机带料时间，但实际操作中需要加强工序衔接控制和调度指挥管理。Ⅱ类、Ⅲ类围岩锚喷时间分析见表6。

表6　Ⅱ类、Ⅲ类围岩锚喷时间分析（初喷）

（5）其他工序时间分析。

1）测量放线。施工中配置一个专门的测量队伍，分两个作业班组进行测量放线，每个测量班组3个人。根据施工经验，正常情况下的循环作业测量时间按30min控制，包括测量人员就位、测量等，同时开展场地清理、接风管、水管、电缆等准备工作，此外钻孔台车就位按5min计算。

2）撤离起爆。包括连线准备，三臂台车撤离、施工人员撤离、清场以及起爆等工作。根据现场施工经验，预计15min完成。

3）通风。根据通风方案布置，辅助洞东端施工采用三阶段通风方式，第一阶段为洞口～2000m采用单管压入式通风；第二阶段为洞深2000～3000m采用单管压入式通风+射流风机辅助；第三阶段洞深3000m以后采用巷道式通风，隧洞内洞顶每间隔500m左右悬挂2台75 k W射流风机，B线辅助洞进风，A线辅助洞污风排放，横通道设置风门控制污风流向，形成巷道式通风机制；同时，为满足掌子面爆破开挖需要，将轴流风机的布置在距离掌子面最近的一个横通道以外，吸收新鲜风通过压入式风管将新鲜风送到掌子面附近（一般距离30m附近）。通过上述方法，一般情况下均能保证将掌子面的通风时间控制在30 min以内，因此进入循环作业的时间按30min计算。(www.xing528.com)

4）排险。辅助洞A线、B线辅助洞均采用人工配合挖掘机排险。由于辅助洞内岩爆较严重，为确保施工安全需要，循环排险时间按40min考虑，包括挖掘机就位5min，找顶排险30min，退出5min等，并同时开展出渣车辆的调度准备。

根据以上分析结果，A线、B线辅助洞工序时间计算统计表见表7。

表7　工序时间计算统计表单位：min

综上所述，工程计划投入的主要施工设备基本满足施工需要，但电瓶机车和梭式矿车的备用数量偏少。在施工进度方面，东端A线、B线辅助洞在Ⅱ类及Ⅲ类围岩中按每2 d可完成5个循环开挖控制较为合理，按照上述设计安排，平均日进尺均可达到10m左右。

4.3　实测功效及影响因素分析

（1）实际主要施工设备投入。实际施工中，在设备投入方面，实际投入353E凿岩台车2台，Atlas三臂台车2台，ITC312扒渣机3台，电瓶机车28台，梭式矿车44节，湿喷机2台，MEDIAN地质钻机2台，TS-16混凝土输送泵6台，各类挖掘机4台，装载机7台。其中电瓶机车和梭式矿车的数量增加较多，主要原因包括：

1）由于洞内敷设轨道，交通运输条件受到很大限制，为满足施工工作需要，增加了2台电瓶客运机车、2台电瓶混凝土运输车和2台电瓶平板材料运输车。

2）在2台矿车组合形成的梭矿车组后，第一批采购的矿车性能受到挑战，在联动卸渣方面经常发生电机故障，且影响后续矿车卸渣，造成洞内出渣时间延长。

3）随着洞深增加和洞内纵坡调整，长距离重载下坡对梭式矿车电瓶机车的制动性能提出了挑战。因此，在后续的设备性能改造中增加了部分新的电瓶机车和梭式矿车。

4）地质钻机主要用于地下水处理。装载机主要根据洞外施工需要增加，洞内主要用于射流风机挂装、拆卸、空压机、变压器等设备移动。挖掘机主要用于洞内排险，排水沟清理及部分洞外工作。

（2）实际工效时间。由于受到各种不确定因素的影响，常常导致实际循环作业时间延长。根据对2003—2008年循环工作时间的不完全统计，爆破开挖循环的实际时间一般为9.72～11.21h。其中，2003—2004年的平均循环时间在10h以内，主要为洞口～2000m范围的手持风钻钻孔掘进；后续采用三臂台车钻孔掘进，循环时间均在10h以上。辅助洞东端洞挖工序时间统计表见表8。

表8　辅助洞东端洞挖工序时间统计表

表8中，测量放线时间相对稳定，但工序时间增加较多，主要原因是同步增加了地质编录和超前地质预报工作；钻爆台车就位、撤离、起爆时间包含在钻孔爆破工序中；通风时间包含排险工作；出渣工序时间包括初喷支护，循环时间随着洞深增加而增加。对照工序循环设计分析，导致工序时间延长的其他因素还包括：

1）不良地质影响较严重，如岩爆避险、加强支护处理等。

2）洞内交通影响严重，电瓶机车中途损坏导致堵车，或洞内设备损坏后修复，但维修人员、配件材料等的输送时间长。

3）运行维护管理工作开展不到位，如水压不足、高压风管漏风、通风时间延长，施工设备（钻孔台车、扒渣机、运输车辆、湿喷机）、供电线路电缆等的检修与维护不及时，影响洞内钻爆开挖的工序循环时间。

4）调度管理直接影响工序衔接时间。如出渣后的初喷支护不能及时跟进，初喷完成后测量工作不能及时开展，部分后续平行作业影响爆破循环作业等。

5）备品备件、易损件、零配件的库存量在一定程度上影响了设备故障的维修耗时。

6）停电影响。