大断面导流洞开挖机械设备选型与配套技术研究

摘要：随着水利水电工程建设规模的不断扩大，大断面导流洞的开挖施工面临着诸多挑战。本文针对大断面导流洞开挖机械设备的选型与配套技术展开深入研究，分析了大断面导流洞的施工特点，探讨了设备选型的依据与原则，详细阐述了主要机械设备的选型方案以及设备配套技术，旨在为提高大断面导流洞开挖施工效率、降低成本、保障工程质量提供参考依据，对水利水电工程建设具有重要意义。

关键词：大断面导流洞；机械设备选型；设备配套；施工效率；工程质量

一、引言

在水利水电工程建设中，导流洞是施工导流的关键建筑物，其开挖施工的顺利进行直接关系到整个工程的进度和安全。大断面导流洞由于其断面尺寸大、施工环境复杂等特点，对开挖机械设备的要求更高。合理选型与配套机械设备，能够有效提高开挖效率、降低施工成本、保障工程质量，因此，对大断面导流洞开挖机械设备选型与配套技术进行研究具有重要的现实意义。

二、大断面导流洞施工特点

大断面导流洞通常具有以下施工特点：

1. 断面尺寸大

大断面导流洞的跨度和高度一般较大，例如某大型水利水电工程的导流洞跨度可达 20 - 30 米，高度 15 - 25 米。这使得开挖过程中需要更大功率的设备来进行破岩作业，同时也对出渣设备的装载能力和运输能力提出了更高要求。

2. 地质条件复杂

导流洞穿越的地层往往地质条件多样，可能包括软岩、硬岩、断层、破碎带等。在软岩地段，容易出现围岩变形大的问题；在硬岩地段，则需要更强有力的破岩设备。

3. 施工强度高

为了满足工程总体进度要求，导流洞开挖需要在较短时间内完成较大的工程量。

4. 通风散烟与排水困难

大断面导流洞内部空间相对封闭，在开挖过程中产生的粉尘、有害气体以及爆破烟雾不易排出，同时可能存在地下水渗漏，造成洞内积水。

三、大断面导流洞开挖机械设备选型依据与原则

（一）选型依据

1. 工程地质条件

根据导流洞穿越地层的岩石硬度、完整性、节理裂隙发育程度等地质参数，确定合适的破岩设备。对于硬岩，优先选择钻孔直径较大、钻进速度快、冲击功高的凿岩设备，如液压凿岩台车；对于软岩，则可考虑采用具有柔性破岩功能的设备，如悬臂式掘进机或铣挖机等。

2. 导流洞断面尺寸与形状

大断面且形状规则的导流洞，适合采用大型机械化设备进行全断面开挖。若断面为圆形或近似圆形，可考虑采用全断面隧道掘进机（TBM）；若为城门洞形等其他形状，则可根据不同部位的尺寸特点选择相应的设备组合，如上部采用凿岩台车钻孔爆破，下部采用装载机配合自卸车出渣。

3. 施工进度要求

依据工程总体进度计划，计算出导流洞开挖的月、季、年开挖强度，从而确定所需机械设备的数量和生产能力。

4. 设备性能与可靠性

优先选择技术先进、性能稳定、可靠性高的机械设备。查看设备的生产厂家信誉、设备在类似工程中的使用情况以及相关技术参数指标。

（二）选型原则

1. 适应性原则

机械设备应能适应导流洞的地质条件、断面尺寸、施工环境等要求，确保在不同工况下都能正常运行并发挥其最大效能。

2. 高效性原则

选择生产效率高的设备，以满足导流洞的高强度开挖需求。如大型凿岩台车相比传统风动凿岩机，钻孔速度可提高 3 - 5 倍，能够有效缩短钻孔作业时间，提高整体开挖效率。

3. 经济性原则

在满足工程要求的前提下，综合考虑设备的购置成本、运行成本、维修成本等，选择性价比高的机械设备。

4. 配套性原则

各机械设备之间应具有良好的配套性，形成一个有机的整体施工系统。如凿岩设备、装渣设备、运输设备、通风设备等之间的工作能力要相互匹配，避免出现某个环节的设备能力过剩或不足，影响整体施工效率。

四、大断面导流洞开挖主要机械设备选型方案

（一）凿岩设备

1. 液压凿岩台车

对于大断面导流洞硬岩开挖，液压凿岩台车是常用的高效凿岩设备。它具有钻孔速度快、定位准确、自动化程度高的特点。

2. 悬臂式掘进机

在软岩或中硬岩且围岩稳定性较好的导流洞施工中，悬臂式掘进机可发挥独特优势。它采用切割头旋转切削岩石的方式破岩，对围岩扰动小，能够实现连续破岩作业。

（二）装渣设备

1. 大型装载机

大断面导流洞出渣通常采用大型装载机，其具有装载能力强、作业灵活的特点。常见的大型装载机斗容量可达 5 - 10 立方米，例如某品牌 9 立方米装载机，其最大卸载高度可达 3 - 4 米，能够方便地将渣料装入自卸车。它的工作循环时间较短，一般为 20 - 30 秒，能够快速完成装渣作业，提高出渣效率。在实际工程中，可根据导流洞的断面尺寸和出渣量配置 2 - 4 台大型装载机。

2. 扒渣机

在一些断面较小或有特殊出渣要求的部位，扒渣机可作为辅助装渣设备。扒渣机的扒取范围广，能够将周边的渣料集中到一起，便于装载机装载。

（三）运输设备

1. 自卸汽车

自卸汽车是导流洞渣料运输的主要设备，其运输容量和性能直接影响出渣效率。一般选用载重量为 20 - 30 吨的自卸汽车，在选择自卸汽车时，要考虑其爬坡能力、转弯半径等参数，以适应导流洞洞口和洞内道路的条件。同时，要根据施工现场的运输距离和道路状况，合理配置自卸汽车的数量，确保装渣和运输作业的连续性。

2. 有轨运输设备

在一些地形复杂、施工场地狭窄或环保要求较高的工程中，有轨运输设备可作为一种选择。有轨运输系统包括矿车、电机车等，其运输能力相对稳定，运输过程中产生的粉尘和噪声较小。

（四）通风设备

1. 轴流通风机

轴流通风机是大断面导流洞通风的常用设备，它具有风量大、风压高的特点。根据导流洞的长度和断面尺寸，选择合适功率的轴流通风机。

2. 通风管道

通风管道的材质、直径和连接方式也对通风效果有重要影响。一般采用抗静电、阻燃的塑料通风管道或金属通风管道。通风管道的直径应根据通风机的风量和导流洞的长度进行计算确定，

五、大断面导流洞开挖机械设备配套技术

（一）设备数量匹配

根据导流洞的开挖强度、各机械设备的生产能力以及施工时间安排，合理确定凿岩设备、装渣设备、运输设备等的数量比例。例如，在月开挖强度为 2.5 万立方米的导流洞工程中，若采用斗容量为 8 立方米的装载机和载重量为 25 吨的自卸车，每台装载机每小时装载次数为 10 - 12 次，每辆自卸车往返一次运输时间为 30 - 40 分钟，考虑设备利用率和维修保养时间，经计算可确定需配置 3 台装载机和 8 - 10 辆自卸车，同时配备 2 - 3 台凿岩台车，以保证各工序之间的平衡衔接，避免设备闲置或施工延误。

（二）作业空间协调

在导流洞有限的空间内，要合理规划各机械设备的停放、作业位置和移动路线，确保设备之间互不干扰，安全高效地进行作业。

六、结论

大断面导流洞开挖机械设备的选型与配套技术是一个复杂而系统的工程，需要综合考虑工程地质条件、导流洞断面尺寸、施工进度要求、设备性能与可靠性等多方面因素。通过合理选型凿岩设备、装渣设备、运输设备和通风设备，并采用科学的设备配套技术，能够提高大断面导流洞开挖施工的效率、降低成本、保障工程质量。在实际工程中，要不断总结经验，根据不同工程的特点优化机械设备的选型与配套方案，推动水利水电工程建设技术的不断发展与进步。

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