隧道全斷面支護拆換設備配置方案討論

羅雨

（中鐵十二局集團第二工程有限公司 山西太原 030032）

1 工程概況

高坡隧道全長7939m，隧道最大埋深約445m，為高瓦斯隧道，采用“2橫洞+主副斜井+洞身平導+1通風豎井”輔助坑道方案組織施工，平導位于正洞右側，長4928.54m。DK342+060～DK343+169段穿越二疊系龍潭組（P2l）煤系地層，長1109m，該段因處于煤系地層背斜核部巖層緩傾、巖質軟弱、受構造、洞群效應等因素影響發生軟巖大變形，部分段落遭到了嚴重的變形破壞：出現初支掉塊、鋼架扭曲變形、仰拱矮邊墻開裂、襯砌掉塊及鋼筋彎曲、隧底隆起等現象。為了保證隧道結構和施工安全，保證二次村砌的設計厚度，須對軟巖大變形段初支進行拆除和圍巖擴挖，同時施工滿足安全要求的新支護結構，按照設計單位提出的雙層支護、圓形襯砌等綜合處理措施進行施作。

2 主要施工工序

隧道全斷面長段落拆換施工工序較多，主要工序如圖1所示。除二次襯砌有較成熟的機械設備外，包括支護拆除支護恢復仰拱施工都面臨大斷面的高空作業。配備能包括掘進，拱架調整與安裝噴錨作業的作業臺架，對施工質量進度和安全有強力的保證。

3 主要機械設備

3.1 初期拆除與拱架自動安裝臺架

利用既有二襯臺車拆除下來的桁架，打設一臺6m高5m長左右的拆換臺架。臺架安裝液壓行走系統，從徐工集團訂購液壓系統作為鋼拱架安裝時鋼架起吊、縱向調整、橫向調整系統。整個臺架用于拱部120°鋼架安裝（鋼拱架預先在地面拼裝），配合8T自行式吊車安裝邊墻拱架。一次性將除仰拱拱架外所有拱架安裝到位。

圖2

3.2 自進式長錨桿施工設備

因高坡隧道煤系地層軟弱，拆換施工后設計φ32自進式錨桿，拱部錨桿長度12m/根；邊墻錨桿8m/根，布設間距為：1.2m×1.2m（環×縱）。經過市場調研與參觀，決定采用鐵建重工全電腦三臂鑿巖臺車施作錨桿。將鑿巖臺車其中的兩個工作臂沖擊器釬尾部分跟換為適合施工φ32錨桿的釬尾，另外一個工作臂安裝掛籃和工作平臺一起用于結長錨桿的施工平臺。經過半個月推進壓力推進速度的調整，一臺鑿巖臺車24h內能完成90根左右的錨桿施工。比潛孔鉆施工長錨桿功效提高3倍左右。但鑿巖臺車直接施工錨桿時，因人工操作等其他原因，會導致部分錨桿彎曲而不再適用于鑿巖臺車施工。這時彎曲的錨桿大概校正后安裝在潛孔鉆機孔內，便于充分利用現場施工材料。所以在施工長錨桿的過程中，鑿巖臺車和潛孔鉆機都必須配備，錨桿施工主要以臺車為主，潛孔鉆機作為必須的輔助設備。

圖3 鑿巖臺車施工錨桿

3.3 仰拱拱架施工設備

拆換施工用的初期支護型材為200H鋼，每米重量為50kg，每榀鋼架重量為200kg仰拱全環重量為1000kg。無法用人工完成拱架的安裝。根據現場實際情況，利用隧道頂部初支拱架焊接一道龍門吊的走行梁，只利用龍門吊橫梁上的起重吊機作為仰拱拱架安裝時的主要起重設備，配合人工完成拱架間距、中線方向、里程方向的調整。這種施工方式設備結構簡單，方便修理。需要注意設備配置時按3倍最大起吊重量配置起重吊機，走行梁的線性、焊接點密度和焊接質量也是該設備的關注重點，吊機必須經過驗收合格后批準使用。

3.4 襯砌鋼筋初支拱架切割設備

隧道原有的初期支護和二襯拆除時，現場存在很多廢舊鋼材雜亂無章的掛在作業面上。我項目部剛開始施工時，采用搭設作業臺架人工氧氣焊切割的方式處理廢舊鋼材。工序繁多投入的人力資源也不少但作業時間還長同時高空作業還存在一定的施工安全風險。經過市場調研與考察。將一臺CAT324D挖掘機進行改裝，將挖斗部分用360°可旋轉的液壓鉗替換。在掌子面和二襯爆破后，該設備能夠安全快速的完成掌子面清理，為出碴提供施工條件。

3.5 濕噴機械設備

拆換段為穿越煤層軟巖地段，凈空較普通隧道大。拆換施工和普通掌子面開挖不一樣沒有臺階。這種方式很適合CHP25B大型濕噴機機作業。項目部采用車載一體式濕噴機，由洞內空壓機提供作業所需要的動力，混凝土運輸罐車提供所需要的噴射混凝土，快速做到拱架拼裝完成后的噴射混凝土作業。避免噴射時間過長引起局部掉塊或塌方。

3.6 仰拱長錨桿施工設備

鐵建重工全電腦三臂錨桿臺車是利用壓水出碴的方式，在仰拱施工中易造成大面積的積水。對仰拱底部和四周圍巖造成軟化產生坍塌的風險。將潛孔鉆的一套鉆孔設備改裝到挖掘機上，能解決積水問題。同時因挖掘機自身高度和靈活性，也能解決高處施工錨桿和鉆孔角度的問題。

3.7 圍巖擴挖和局部欠挖處理設備

拆換施工圍巖擴挖面積比正常開挖面積小，同時該隧道處于水平軟弱圍巖地層。如果利用爆破進行開挖，易造成大面積的超挖現象。在保證不欠挖的前提下，從節約成本的角度出發，機械開挖作業方式是最好的選擇。

圖4 主要開挖設備

圖5 局部欠挖處理設備

4 設備使用效果總結

經過4個月左右的設備使用情況，高速鐵路隧道全斷面初支和二襯拆換是一個施工安全風險較大、工期時間較長、投入資源較多的復雜工程。要克服工期風險，考慮投入成型的機械設備和自行研發項目適用的機械設備是替代人工作業的關鍵因素。目前國內人工成本高作業效率低下，使用大量機械設備是隧道施工的發展方向，隧道施工機械化現代化是減少施工安全風險、提高作業效率、減少施工成本、創造利潤的首選。