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械配置對于鐵路項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)場實際的施工組織和施工進度，確立隧道施工的合理的施工組織和施工進度。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)不同型號攪拌機的相關(guān)參數(shù)與實際生產(chǎn)效率，合理確定攪拌機型號與數(shù)量的合理配置。研究發(fā)現(xiàn)攪拌機的型號和數(shù)量應(yīng)該合理考慮其實際生產(chǎn)效率，同時應(yīng)與工程現(xiàn)場混凝土日高峰需求量相匹配，以達到機械的合理配置與高效利用。

關(guān)鍵詞:施工方案;施工進度;混凝土工程;拌合站;攪拌機;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［1］中明確規(guī)定，鐵路工程所需的混凝土應(yīng)采用自動化拌合站進行集中生產(chǎn)，以滿足相應(yīng)的鐵路工程質(zhì)量要求。因此，一般鐵路工程均采用獨立建立拌合站拌制混凝土。文獻［2］對鐵路建設(shè)中混凝土集中拌合站設(shè)置方案進行了研究，并分析了拌合站設(shè)置方案對于鐵路工程造價的影響。文獻［3］給出了鐵路工程中不同混凝土拌合站的布置形式。文獻［4］提出了優(yōu)化鐵路混凝土拌合站的方法，文獻［5］以常規(guī)混凝土拌合站的機械配置和主要技術(shù)參數(shù)為參照，分析了混凝土拌合站的生產(chǎn)能力，同時探究了混凝土拌合站的布設(shè)方案。實際施工中，合理地結(jié)合各個工點的施工進度以及日最大混凝土需求量設(shè)置混凝土攪拌機的型號與數(shù)量是非常重要的。一方面，可以滿足工點的混凝土需求量，另一方面，可以充分合理利用資源，避免機械設(shè)備資源的浪費。本文以華東地區(qū)某在建城際鐵路的一個長大隧道為例，通過對隧道工程的施工方案和施工進度進行合理的假設(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)，考慮不同型號攪拌機的實際生產(chǎn)效率，通過計算比較，確定滿足本隧道工程混凝土日最大需求量的攪拌機型號與數(shù)量組合，以達到機械的合理配置與高效利用，同時節(jié)省工程投資［6］。

1工點概況

華東地區(qū)某在建城際鐵路(設(shè)計時速350km/h)的控制工程為一長大隧道，全長18.226km，共設(shè)置三個斜井�，F(xiàn)擬為該隧道的2#和3#斜井工區(qū)設(shè)置一個拌合站(兩斜井工區(qū)總長8.49km)。該拌合站距離2#斜井0.75km，距離3#斜井4.5km，施工運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級三種不同的圍巖。根據(jù)設(shè)計文件，Ⅱ級圍巖采用全斷面法開挖，Ⅲ和Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖。本隧道的洞身掘進方案采用鑿巖臺架鉆眼，光面爆破，部分軟弱圍巖段采用機械配合人工開挖或人工持風鎬開挖。Ⅳ級圍巖采取超前小導管預(yù)注漿超前支護，采用三臺階法施工。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、防水隔離層與二次襯砌組成［7－10］。Ⅱ級圍巖采用曲墻加底板結(jié)構(gòu)形式，Ⅲ～Ⅳ級圍巖的襯砌結(jié)構(gòu)采用曲墻帶仰拱形式，初期支護采用噴射混凝土，二次襯砌采用模筑混凝土�；炷�土由拌和站集中拌和，混凝土攪拌輸送車運輸，二次襯砌、仰拱及底板均采用泵送入模灌注施工，振動棒振搗密實。

3隧道施工進度

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別不同工序日最快進度所需要的混凝土量，綜合計算出2#和3#斜井工區(qū)日最大混凝土需求量。根據(jù)本項目的設(shè)計文件，表2給出了隧道工程不同施工工序的日最快進度以及對應(yīng)的混凝土需求量。根據(jù)表1，隧道工程施工進度如下:(1)掌子面日進深:Ⅱ級圍巖的日進深為6m，月進度為180m(每月按照30天計算，下同);Ⅲ級圍巖的日進深為4m，月進度為120m;Ⅳ級圍巖的日進深3m，月進度為90m。(2)拱墻襯砌按照每段12m，每2天一次循環(huán)進行施工，月進度為180m。(3)仰拱或者底板一般每2天一個循環(huán)。仰拱的節(jié)段長度為12m，月進度為180m;底板一般按照30m每節(jié)段，月進度為450m。與文獻［13］進行對比可以發(fā)現(xiàn)，該斜井工區(qū)Ⅱ級圍巖的掌子面月進度為180m，略大規(guī)范中的最大值175m/月，Ⅲ和Ⅳ級圍巖最大月進度在規(guī)范所給值范圍之內(nèi)。

4日最大混凝土需求量

實際施工過程中，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。本文計算為了考慮富余量，認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)生時混凝土的總需求量。本文所考慮的兩個斜井工區(qū)存在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級圍巖。隧道工程日最大混凝土需求量可按照每個斜井工區(qū)不同圍巖分布長度的權(quán)重結(jié)合表2中的日最快進度和日最大混凝土需求量計算。計算中考慮兩個斜井共4個掌子面同時施工，且日最大混凝土需求量發(fā)生在每個掌子面都需要進行初支噴射混凝土、拱墻襯砌和仰拱填充(底板)施工。(1)2#斜井工區(qū):Ⅱ級圍巖長度占總工區(qū)長度的77.4%，Ⅲ級圍巖長度占總工區(qū)長度的22.0%，Ⅳ級圍巖長度占總工區(qū)長度的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級圍巖長度占總工區(qū)長度的81.2%，Ⅲ級圍巖長度占總工區(qū)長度的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476.91m3，即為3#斜井工區(qū)日最大混凝土需求量。綜合兩個斜井工區(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攪拌機型號與數(shù)量

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范與實際情況，通過理論計算可以得到不同型號攪拌機的實際生產(chǎn)效率。組合不同型號和不同數(shù)量的攪拌機，對比不同組合是實際生產(chǎn)效率，確定最優(yōu)攪拌機型號與數(shù)量以滿足本隧道工程混凝土日最大需求量，同時實現(xiàn)資源的合理配置與優(yōu)化。根據(jù)文獻［14］，混凝土拌合站攪拌機的主要參數(shù)為其理論生產(chǎn)率，即每小時可以生產(chǎn)的混凝土方量，例如2HZS120表示2臺理論生產(chǎn)率為120m3/h的單主機雙臥軸式(S)混凝土攪拌站(HZ)。首先根據(jù)文獻［15］，引入計算拌合站理論生產(chǎn)率的公式:(1)拌合站小時生產(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的數(shù)量;Qz為根據(jù)實際投料時間、實際攪拌周期、實際出料時間等因素確定的單臺攪拌機生產(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。實際生產(chǎn)過程中存在很多不確定因素，比如砂石料的供給、混凝土攪拌運輸車的運輸能力等都可能影響攪拌站的生產(chǎn)效率。本次計算中所有參數(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)場最常采用的攪拌機型號是單主機周期式雙臥軸強制式攪拌機(HZS)120和180(單位:m3/h)。本文考慮兩種主要攪拌機型號與數(shù)量配置，即2HZS120和HZS180，分別計算其各自生產(chǎn)能力。(1)驗算2HZS120的生產(chǎn)率按照現(xiàn)場測定，HZS120每3min可以生產(chǎn)2.4m3混凝土，每小時產(chǎn)量48m3。2臺HZS120型設(shè)備每小時可以生產(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)驗算HZS180的生產(chǎn)率按照現(xiàn)場測定，HZS180攪拌機生產(chǎn)10m3混凝土從下料、攪拌、出料共耗費8min，即每小時可以生產(chǎn)Qh=75m3，則日生產(chǎn)能力為Qd=1024m3，年生產(chǎn)能力為Qy=219287m3�，F(xiàn)場測定結(jié)果與通用圖［4］進行對比(其中HZS180按照2HZS180產(chǎn)量的一半計算):對比可知，通用圖的結(jié)果與測定的結(jié)果存在一定差異。測定的結(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度:一般來說混凝土的標號越高，其攪拌時間相應(yīng)變長，導致生產(chǎn)效率降低。通過以上對照分析可以看出: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)效率更接近兩個斜井工區(qū)的施工需要。然而實際施工中，考慮到保證混凝土供應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，往往選擇雙機拌合站。因此實際設(shè)置拌合站時，本工點選擇2HZS120拌合站比較合理。

6結(jié)論

本文以隧道工程案例，對混凝土拌合站的攪拌機型號和數(shù)量的配置方法進行了研究，提供了針對不同工點拌合站攪拌機配置的計算方法。本方法結(jié)合現(xiàn)場實際施工工期、施工組織和施工進度合理安排，以供應(yīng)范圍內(nèi)所有工點的日最大混凝土需求量為基礎(chǔ)，確定最佳攪拌機配置，滿足生產(chǎn)要求，避免資源浪費，同時由于不同型號拌合機的生產(chǎn)效率差異比較大，故在計算時充分考慮該差異帶來的影響，確保拌合站攪拌機配置的合理性，滿足連續(xù)供應(yīng)的施工要求。

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