摘要:混凝土工程是鐵路工程重要的組成部分。研究拌合站合理的機(jī)械配置對(duì)于鐵路項(xiàng)目的施工組織具有極其重要的意義。本文以隧道工程為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的施工組織和施工進(jìn)度，確立隧道施工的合理的施工組織和施工進(jìn)度。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合隧道斷面的基本參數(shù)合理確定隧道工程中日混凝土的最大需求量。根據(jù)不同型號(hào)攪拌機(jī)的相關(guān)參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)效率，合理確定攪拌機(jī)型號(hào)與數(shù)量的合理配置。研究發(fā)現(xiàn)攪拌機(jī)的型號(hào)和數(shù)量應(yīng)該合理考慮其實(shí)際生產(chǎn)效率，同時(shí)應(yīng)與工程現(xiàn)場(chǎng)混凝土日高峰需求量相匹配，以達(dá)到機(jī)械的合理配置與高效利用。

關(guān)鍵詞:施工方案;施工進(jìn)度;混凝土工程;拌合站;攪拌機(jī);鐵路隧道

混凝土工程是鐵路建設(shè)中的重要組成部分。文獻(xiàn)［1］中明確規(guī)定，鐵路工程所需的混凝土應(yīng)采用自動(dòng)化拌合站進(jìn)行集中生產(chǎn)，以滿(mǎn)足相應(yīng)的鐵路工程質(zhì)量要求。因此，一般鐵路工程均采用獨(dú)立建立拌合站拌制混凝土。文獻(xiàn)［2］對(duì)鐵路建設(shè)中混凝土集中拌合站設(shè)置方案進(jìn)行了研究，并分析了拌合站設(shè)置方案對(duì)于鐵路工程造價(jià)的影響。文獻(xiàn)［3］給出了鐵路工程中不同混凝土拌合站的布置形式。文獻(xiàn)［4］提出了優(yōu)化鐵路混凝土拌合站的方法，文獻(xiàn)［5］以常規(guī)混凝土拌合站的機(jī)械配置和主要技術(shù)參數(shù)為參照，分析了混凝土拌合站的生產(chǎn)能力，同時(shí)探究了混凝土拌合站的布設(shè)方案。實(shí)際施工中，合理地結(jié)合各個(gè)工點(diǎn)的施工進(jìn)度以及日最大混凝土需求量設(shè)置混凝土攪拌機(jī)的型號(hào)與數(shù)量是非常重要的。一方面，可以滿(mǎn)足工點(diǎn)的混凝土需求量，另一方面，可以充分合理利用資源，避免機(jī)械設(shè)備資源的浪費(fèi)。本文以華東地區(qū)某在建城際鐵路的一個(gè)長(zhǎng)大隧道為例，通過(guò)對(duì)隧道工程的施工方案和施工進(jìn)度進(jìn)行合理的假設(shè)和分析，并結(jié)合隧道斷面的相關(guān)參數(shù)，計(jì)算隧道工程施工中日最大混凝土需求量。以此為基礎(chǔ)，考慮不同型號(hào)攪拌機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)效率，通過(guò)計(jì)算比較，確定滿(mǎn)足本隧道工程混凝土日最大需求量的攪拌機(jī)型號(hào)與數(shù)量組合，以達(dá)到機(jī)械的合理配置與高效利用，同時(shí)節(jié)省工程投資［6］。

1工點(diǎn)概況

華東地區(qū)某在建城際鐵路(設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h)的控制工程為一長(zhǎng)大隧道，全長(zhǎng)18.226km，共設(shè)置三個(gè)斜井。現(xiàn)擬為該隧道的2#和3#斜井工區(qū)設(shè)置一個(gè)拌合站(兩斜井工區(qū)總長(zhǎng)8.49km)。該拌合站距離2#斜井0.75km，距離3#斜井4.5km，施工運(yùn)輸便道利用既有道路。本文研究模型的示意圖如圖1所示。隧道2#和3#斜井工區(qū)為Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級(jí)圍巖。具體分布情況如表1所示。

2隧道施工方案

由表1可知，該隧道存在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級(jí)三種不同的圍巖。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，Ⅱ級(jí)圍巖采用全斷面法開(kāi)挖，Ⅲ和Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法開(kāi)挖。本隧道的洞身掘進(jìn)方案采用鑿巖臺(tái)架鉆眼，光面爆破，部分軟弱圍巖段采用機(jī)械配合人工開(kāi)挖或人工持風(fēng)鎬開(kāi)挖。Ⅳ級(jí)圍巖采取超前小導(dǎo)管預(yù)注漿超前支護(hù)，采用三臺(tái)階法施工。本隧道的襯砌采用復(fù)合式襯砌。復(fù)合式襯砌由初期支護(hù)、防水隔離層與二次襯砌組成［7－10］。Ⅱ級(jí)圍巖采用曲墻加底板結(jié)構(gòu)形式，Ⅲ～Ⅳ級(jí)圍巖的襯砌結(jié)構(gòu)采用曲墻帶仰拱形式，初期支護(hù)采用噴射混凝土，二次襯砌采用模筑混凝土。混凝土由拌和站集中拌和，混凝土攪拌輸送車(chē)運(yùn)輸，二次襯砌、仰拱及底板均采用泵送入模灌注施工，振動(dòng)棒振搗密實(shí)。

3隧道施工進(jìn)度

隧道的混凝土工程主要包括初支噴射混凝土、拱墻襯砌和底板或者仰拱填充［11，12］。本文利用不同圍巖級(jí)別不同工序日最快進(jìn)度所需要的混凝土量，綜合計(jì)算出2#和3#斜井工區(qū)日最大混凝土需求量。根據(jù)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)文件，表2給出了隧道工程不同施工工序的日最快進(jìn)度以及對(duì)應(yīng)的混凝土需求量。根據(jù)表1，隧道工程施工進(jìn)度如下:(1)掌子面日進(jìn)深:Ⅱ級(jí)圍巖的日進(jìn)深為6m，月進(jìn)度為180m(每月按照30天計(jì)算，下同);Ⅲ級(jí)圍巖的日進(jìn)深為4m，月進(jìn)度為120m;Ⅳ級(jí)圍巖的日進(jìn)深3m，月進(jìn)度為90m。(2)拱墻襯砌按照每段12m，每2天一次循環(huán)進(jìn)行施工，月進(jìn)度為180m。(3)仰拱或者底板一般每2天一個(gè)循環(huán)。仰拱的節(jié)段長(zhǎng)度為12m，月進(jìn)度為180m;底板一般按照30m每節(jié)段，月進(jìn)度為450m。與文獻(xiàn)［13］進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，該斜井工區(qū)Ⅱ級(jí)圍巖的掌子面月進(jìn)度為180m，略大規(guī)范中的最大值175m/月，Ⅲ和Ⅳ級(jí)圍巖最大月進(jìn)度在規(guī)范所給值范圍之內(nèi)。

4日最大混凝土需求量

實(shí)際施工過(guò)程中，同一掌子面往往不可能同一天初支噴射混凝土、拱墻襯砌澆筑和仰拱填充。本文計(jì)算為了考慮富余量，認(rèn)為隧道工程日最大混凝土需求量即為所有掌子面三種工序同一天發(fā)生時(shí)混凝土的總需求量。本文所考慮的兩個(gè)斜井工區(qū)存在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級(jí)圍巖。隧道工程日最大混凝土需求量可按照每個(gè)斜井工區(qū)不同圍巖分布長(zhǎng)度的權(quán)重結(jié)合表2中的日最快進(jìn)度和日最大混凝土需求量計(jì)算。計(jì)算中考慮兩個(gè)斜井共4個(gè)掌子面同時(shí)施工，且日最大混凝土需求量發(fā)生在每個(gè)掌子面都需要進(jìn)行初支噴射混凝土、拱墻襯砌和仰拱填充(底板)施工。(1)2#斜井工區(qū):Ⅱ級(jí)圍巖長(zhǎng)度占總工區(qū)長(zhǎng)度的77.4%，Ⅲ級(jí)圍巖長(zhǎng)度占總工區(qū)長(zhǎng)度的22.0%，Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)度占總工區(qū)長(zhǎng)度的0.5%。a.初支噴射混凝土的混凝土用量:(1.67×6×77.4%+6×4×22.0%+9.44×3×0.5%)×2=26.35m3;b.拱墻襯砌的混凝土用量:(10.81×12×77.4%+10.53×12×22.0%+11.86×12×0.5%)×2=257.83m3;c.底板的混凝土用量:(3.34×30×77.4%+15.87×12×22.0%+17.06×12×0.5%)×2=240.95m3;三部分混凝土用量合計(jì)525.13m3，即為2#斜井工區(qū)日最大混凝土需求量。(2)3#斜井工區(qū):Ⅱ級(jí)圍巖長(zhǎng)度占總工區(qū)長(zhǎng)度的81.2%，Ⅲ級(jí)圍巖長(zhǎng)度占總工區(qū)長(zhǎng)度的12.8%。a.初支噴射混凝土的混凝土用量:(1.67×6×81.2%+6×4×12.8%)×2=22.42m3;b.拱墻襯砌的混凝土用量:(10.81×12×81.2%+10.53×12×12.8%)×2=243.01m3;c.仰拱填充的混凝土用量:(3.34×30×81.2%+15.87×12×12.8%)×2=211.48m3;三部分混凝土用量合計(jì)476.91m3，即為3#斜井工區(qū)日最大混凝土需求量。綜合兩個(gè)斜井工區(qū)日最大混凝土需求量可得拌合站日需供應(yīng)混凝土最大方量為1002.04m3。

5攪拌機(jī)型號(hào)與數(shù)量

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范與實(shí)際情況，通過(guò)理論計(jì)算可以得到不同型號(hào)攪拌機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)效率。組合不同型號(hào)和不同數(shù)量的攪拌機(jī)，對(duì)比不同組合是實(shí)際生產(chǎn)效率，確定最優(yōu)攪拌機(jī)型號(hào)與數(shù)量以滿(mǎn)足本隧道工程混凝土日最大需求量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源的合理配置與優(yōu)化。根據(jù)文獻(xiàn)［14］，混凝土拌合站攪拌機(jī)的主要參數(shù)為其理論生產(chǎn)率，即每小時(shí)可以生產(chǎn)的混凝土方量，例如2HZS120表示2臺(tái)理論生產(chǎn)率為120m3/h的單主機(jī)雙臥軸式(S)混凝土攪拌站(HZ)。首先根據(jù)文獻(xiàn)［15］，引入計(jì)算拌合站理論生產(chǎn)率的公式:(1)拌合站小時(shí)生產(chǎn)率:Qh=n×Qz(1)式中Qh為拌合站理論生產(chǎn)率(m3/h);n為攪拌站配備攪拌機(jī)的數(shù)量;Qz為根據(jù)實(shí)際投料時(shí)間、實(shí)際攪拌周期、實(shí)際出料時(shí)間等因素確定的單臺(tái)攪拌機(jī)生產(chǎn)率(m3/h)(2)拌合站日生產(chǎn)率:Qd=a×C×t×Qh(2)式中Qh為攪拌機(jī)日產(chǎn)率(m3/天);a為日產(chǎn)能力不均衡系數(shù)，可取0.5－0.8;C為每天有效工作班數(shù)，可取3;t為每班有效工作小時(shí)數(shù)，可取6－7。(3)拌合站年生產(chǎn)率:Qy=K×y×Qd(3)式中Qy為攪拌機(jī)年生產(chǎn)率(m3/年);K為年產(chǎn)能力不均衡系數(shù)，可取0.65－0.75;y為年有效工作天數(shù)，可取306。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在很多不確定因素，比如砂石料的供給、混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)輸能力等都可能影響攪拌站的生產(chǎn)效率。本次計(jì)算中所有參數(shù)取其范圍內(nèi)的中間值，即取日產(chǎn)能力不均衡系數(shù)a=0.65，每班有效工作小時(shí)數(shù)t=6.5，年產(chǎn)能力不均衡系數(shù)K=0.7。鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)最常采用的攪拌機(jī)型號(hào)是單主機(jī)周期式雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)(HZS)120和180(單位:m3/h)。本文考慮兩種主要攪拌機(jī)型號(hào)與數(shù)量配置，即2HZS120和HZS180，分別計(jì)算其各自生產(chǎn)能力。(1)驗(yàn)算2HZS120的生產(chǎn)率按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，HZS120每3min可以生產(chǎn)2.4m3混凝土，每小時(shí)產(chǎn)量48m3。2臺(tái)HZS120型設(shè)備每小時(shí)可以生產(chǎn)Qh=96m3混凝土，則日生產(chǎn)能力為Qd=1310m3，年生產(chǎn)能力為Qy=280688m3。(2)驗(yàn)算HZS180的生產(chǎn)率按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，HZS180攪拌機(jī)生產(chǎn)10m3混凝土從下料、攪拌、出料共耗費(fèi)8min，即每小時(shí)可以生產(chǎn)Qh=75m3，則日生產(chǎn)能力為Qd=1024m3，年生產(chǎn)能力為Qy=219287m3�，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果與通用圖［4］進(jìn)行對(duì)比(其中HZS180按照2HZS180產(chǎn)量的一半計(jì)算):對(duì)比可知，通用圖的結(jié)果與測(cè)定的結(jié)果存在一定差異。測(cè)定的結(jié)果均小于通用圖所給的生產(chǎn)率，但是結(jié)果相差不大。兩者的差異可能由多種因素引起，比如拌制混凝土的強(qiáng)度:一般來(lái)說(shuō)混凝土的標(biāo)號(hào)越高，其攪拌時(shí)間相應(yīng)變長(zhǎng)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。通過(guò)以上對(duì)照分析可以看出:首先，2HZS120和HZS180兩種不同配置的攪拌站的生產(chǎn)效率差異比較大，2HZS120拌合站的生產(chǎn)效率大于HZS180拌合站的生產(chǎn)效率;其次，兩種不同的拌合站配置均可以滿(mǎn)足所研究隧道2#和3#斜井工區(qū)的混凝土供應(yīng);另外，HZS180拌合站的生產(chǎn)效率更接近兩個(gè)斜井工區(qū)的施工需要。然而實(shí)際施工中，考慮到保證混凝土供應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，往往選擇雙機(jī)拌合站。因此實(shí)際設(shè)置拌合站時(shí)，本工點(diǎn)選擇2HZS120拌合站比較合理。

6結(jié)論

本文以隧道工程案例，對(duì)混凝土拌合站的攪拌機(jī)型號(hào)和數(shù)量的配置方法進(jìn)行了研究，提供了針對(duì)不同工點(diǎn)拌合站攪拌機(jī)配置的計(jì)算方法。本方法結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工工期、施工組織和施工進(jìn)度合理安排，以供應(yīng)范圍內(nèi)所有工點(diǎn)的日最大混凝土需求量為基礎(chǔ)，確定最佳攪拌機(jī)配置，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，避免資源浪費(fèi)，同時(shí)由于不同型號(hào)拌合機(jī)的生產(chǎn)效率差異比較大，故在計(jì)算時(shí)充分考慮該差異帶來(lái)的影響，確保拌合站攪拌機(jī)配置的合理性，滿(mǎn)足連續(xù)供應(yīng)的施工要求。

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