高鐵隧道機械化施工配套技術研究

戴春娥（中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北武漢430074）

高鐵隧道機械化施工配套技術研究

戴春娥（中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北武漢430074）

以黔張常6標鐵路隧道施工為例，針對機械化施工配套的技術特點進行研究。通過隧道9條作業線應用機械化施工配套技術，對比傳統人工鉆爆法存在的不足，研究機械化綜合體系施工配套技術的改進，提高施工工效，保證安全質量環保綜合效益。

高鐵隧道；機械化；施工配套；技術研究

引言

隨著中長期鐵路網規劃的發布，“八縱八橫”高鐵建設規模進入快速發展新階段。面對人力成本不斷攀升，高鐵長大隧道不斷涌現的新形勢，機械化施工成為更好的選擇。[1]本文以黔張常鐵路隧道施工為例，總結了機械化施工優缺點，著重對隧道開挖、錨噴支護及仰拱鋪底等9條施工作業線的機械化施工配套進行了分析。為了更好的順應當前隧道施工發展的潮流與趨勢，同時推廣隧道機械化施工的經驗，下面結合工程實例對比分析，研究機械化施工配套技術的應用。

1 工程概況

黔張常鐵路6標線路全長32.57km，沿線隧道地質復雜，巖溶發育，存在突水突泥、地表塌陷等安全風險，隱患極高，其中隧道14座共計20.15km，隧占比61.8%，隧道里程長，安全風險高，具備推行機械化施工條件。向家包2號隧道總長1874m，最大埋深355m，圍巖主要為Ⅱ、Ⅲ級，采用獨頭掘進。黃家臺隧道總長6490m，最大埋深710m，Ⅱ、Ⅲ級圍巖占76%，采用進出口加1個斜井作業面。均為單洞雙線大斷面高鐵隧道，主要不良地質為巖溶，全部為二級風險隧道，堪比“宜萬”。

2 隧道機械化配套施工技術方案

2.1 機械化設備配置原則

在隧道施工中，機械化設備配置原則是：先進高效、配套合理、能力富裕、滿足工程快速、優質、安全、經濟和均衡生產的要求，保證各工序相互協調，設備效能最佳。[1]現場按照機械化程度高低進行設備配套方案的制定，機械化程度的劃分主要按機械設備配置的生產能力、進度指標、圍巖級別等原則進行劃分。圍巖Ⅲ級以上其成洞指標為：170m/月以上為Ⅰ級機械化，140～170m/月為Ⅱ級機械化，140m/月以下為Ⅲ級機械化程度。Ⅲ級以上圍巖，進行全斷面施工；Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用臺階法施工，暫不考慮Ⅴ級以下圍巖情況下設備配置；汽車運輸；開挖作業的施工能力按照出渣、仰拱單作業工序施工能力的1.2倍考慮。[2]

2.2 機械化施工設備配置方案

隧道機械化綜合體系配套施工9條作業線為：①配置超前地質預報地質雷達、水平鉆機、全站儀及大功率變頻通風設備組成地質預報、監控量測、通風等輔助作業線；②配置三臂鑿巖臺車組成開挖作業線；③配置大噸位裝載機及自卸汽車組成裝運作業線；④配置濕噴混凝土機械手及多功能作業臺架組成噴錨支護作業線；⑤配置防水板鋪掛多功能作業臺架、防水材料焊接設備、止水帶定位裝置組成防水層作業線；⑥配置混凝土供給設備與液壓模板臺車相結合組成襯砌作業線；⑦配置液壓式移動仰拱棧橋、挖掘機、自卸汽車、液壓仰拱弧形模板結合組成仰拱鋪底作業線；⑧配置多功能臺架及專業設備組成二襯敲擊檢測注漿養護作業線；⑨配備溝槽移動模架及混凝土運輸車等組成溝槽施工作業線。形成隧道機械化全工序閉合施工。[1]

針對地質條件、施工安排，全面落實九條線配套作業，黃家臺隧道進口配備Ⅰ級機械化工裝設備，在向家包2號隧道出口配備Ⅱ級機械化工裝設備，其他隧道按普通裝備配置。

表1 高鐵隧道全斷面Ⅰ級機械化設備配置表

3 重點作業線機械化施工配套技術研究

3.1 開挖作業線

在隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖地段采用三臂鑿巖臺車進行開挖作業，可解決傳統人工鉆爆施工中一次性作業人員多、安全風險大、施工環境差、作業時間長、作業功能單一、單次作業進尺短、耗能大等不足（見表2）。

技術建議：適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖（無鋼拱架）及采用臺階法或全斷面開挖的Ⅳ級圍巖地段，適用于中等及以下無滲水地段，硬質巖石地段尤為適用，適用于單口掘進1500m以上隧道，有利于設備投入成本攤銷，最好同時滿足兩個工作面作業。向家包2號隧道出口采用機械化配套作業施工，達到連續

表2 三臂鑿巖臺車與人工風槍作業對比表

6個月施工進度在220m左右的高產。

3.2 錨噴支護作業線

采用HSC-2513C等型號混凝土濕噴機械手，與普通小型濕噴機相比，顯著改善了噴射混凝土質量，提高了工效，減少了回彈量和工人的勞動強度以及職業病危害，極大地節約了施工成本，效果良好。

表3 小型濕噴機與機械濕噴手對比表

技術建議：機械濕噴手在配置時，最好有兩個作業面時用1臺濕噴手錯開作業，可以更大發揮其使用工效。同時還應配置兩臺小型濕噴機備用。

3.3 仰拱鋪底作業線

仰拱鋪底采用液壓仰拱棧橋+配套弧形模板和簡易棧橋+液壓仰拱弧形模板兩種方式。向家包二號隧道仰拱施工配備簡易棧橋與液壓仰拱弧形模板，經過不斷調整，收到了較好的施工效果。工效指標為26h/循環，節約了8h；成本每延米節約130元；作業人員4人減少一半；確保了安全和工序的連貫性，質量提升現場整潔，勞動強度顯著降低。

技術建議：仰拱無鋼筋地段隧道推薦使用，但有鋼筋地段或者是有鋼筋地段占大部分的，考慮鋼筋保護層厚度控制，同時又不需要額外增加架立鋼筋，建議采用桁架式模板施工。

4 應用效果優缺點及不足

通過對比隧道機械化作業較人工作業有以下幾個方面的優點：①高效性，能有效縮短隧道各工序的施工作業時間，顯著提高隧道施工進度；②安全性，能極大減少隧道洞內施工作業人員數量，提高工人施工安全；③環保性，能在降塵、降噪音、減少皮膚感染上給作業人員更大的健康保護，降低職業病風險；④保質性，尤其在光爆、錨噴、襯砌、防排水作業上克服了人工作業的隨意性；⑤低成本性，雖然一次性投入成本及維護成本高，但從長遠使用的角度看，隨著人工成本和材料費用的不斷增加，機械化作業施工成本只會越來越低。

誠然，隧道機械化配套施工有很多優勢，但依然也存在很多局限性和不足。如隧道地質條件相對要好、隧道作業面數量要適中、作業長度相對要長、隧道斷面要大且要配套使用，否則就不能發揮整體工效，對地質圍巖差的隧道，機械化作業就不能配套使用，必須進行人工作業，而且隧道機械化施工必須由專業的人員配套作業，在項目策劃階段就要統籌安排。

5 結語

綜上所述隧道機械化施工配套技術，不僅提高了施工工效、提升了安全系數，而且改善了作業環境，降低了勞動強度，保證了人員的安全，還能確保工程質量，有效節約能源，同時帶來了巨大的經濟與社會綜合效益。通過高鐵隧道機械化施工技術配套實踐研究，也為今后高鐵隧道機械化配套提供了技術支持。[3]“機械化作業、工廠化生產、專業化施工、信息化控制”已成為未來隧道施工的主要發展方向。

[1]郭海波.機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用[J].山西建筑，2013，09：144～146.

[2]方俊波.長大隧道施工機械化配套技術與裝備研究[J].高速鐵路技術，2011，03：17～22.

[3]李有兵.長大隧道機械化配套安全快速施工技術[J].現代隧道技術，2012，10：110～116.

U455.4

A

2095-2066（2016）36-0246-02

2016-12-12

戴春娥（1984-），女，漢族，湖北武漢人，工程師，本科，主要從事施工技術工作。