公路隧道機械化配套快速施工技術探討

劉澤陽

（中交第二航務工程局有限公司第六工程分公司，湖北武漢 430060）

0 引言

當前我國的公路網正在持續擴大，大長隧道的施工也很普遍。此時，要想提升隧道的施工質量與效率，就必須打造機械化施工模式，做好相關的機械化配套工作，在降低隧道施工風險的同時還能改善隧道施工環境，同時施工人員的勞動強度也可得到改善。整體來說，隧道的機械化作業已經是今后的隧道施工技術主流。

1 工程概況

以烏魯木齊繞城高速公路為例，該項目具有重要的戰略意義，不僅是國家高速公路網西部區域的重要組成部分，同時還是“三橫兩縱兩環八通道”的重要一環。項目涉及到隧道施工，葛家溝隧道長度達1452.5 m，所在區域為典型的東山斷層破碎帶地形，整體來說地質條件復雜，伴隨有明顯的大跨度、大開挖特點，而這均是施工中的難點內容。

2 機械配套原則及方案

2.1 機械配套原則

（1）應對施工實際需求進行分析，在此基礎上做好機械配置工作。在當前的隧道施工作業中，多以大型機械為主，但如果隧道需要進行分布開挖，此時所能允許的機械操作空間相對狹小，因此大型機械依然停留在全斷面施工階段。總體來說，機械設備的配置應與現場環境形成相協調的關系，由此在最大限度上發揮出設備的作業效率。

（2）引入的所有機械設備均能實現協同作業，只有各機械設備之間形成良好的配合，才能創造更高的施工效率。對此，應確定合理的施工工序，只有工序足夠合理，才能夠提升設備之間的協作能力[1]。

（3）綜合考慮工程技術經濟的要求，以此為基礎進行機械配置。盡管部分機械能夠帶來更高效的施工效率，但工程成本對其產生了制約作用，此時應選用低成本、高效率的設備。機械設備應具有一定的自動化水平，同時滿足低能耗施工的基本需求，綜合考慮經濟、環保、效率3方面因素，確定最適宜工程實況的機械設備。

（4）確保施工質量，做好安全保障工作。設備需要交由專業的技術人員進行操縱，但縱觀當前國內現狀可知，多數操作人員對設備作業的重視程度不足，一方面存在技術的缺失，另一方面則是工作態度的問題。在此背景下，即便引入了高效的機械設備，也無法將其施工效率發揮到最大水平。

2.2 機械化配套方案

考慮到隧道的實際特點，綜合分析合同工期的要求，對隧道進出口作業區域進行了相應的機械化配套，具體圍繞開挖、混凝土噴射、仰拱以及襯砌這4大施工環節而展開。

（1）開挖環節，引入2臺三臂鑿巖臺車，由此完成鉆孔處理，為后續的光面爆破創設條件。

（2）噴錨環節而言，引入三臂鑿巖臺車，由此完成錨桿鉆孔處理，而后使用濕噴射混凝土機械手進行施工作業。

（3）仰拱環節，引入自行式移動棧橋，在此基礎上綜合使用自行式仰拱移動邊模，在其協同配合下完成仰拱施工。

3 機械化配套快速施工技術

3.1 超前地質預報

工程選用了型號為JXU—1000的鉆機（圖1）。此設備具有高度的可操縱性，它可以在施工中更換不同功能的動力頭，由此具有針對性地對錨桿、鉆探、注漿等環節進行施工。鉆機可以對鉆孔出水情況進行分析，在此基礎上對鉆進壓力以及速度進行合理的調整，同時對前方施工區域內的地質條件做以預測，對應預測距離可達到30 m。

3.2 開挖作業

圖1 JXU—1000鉆機

基于光面爆破的方式完成隧道開挖作業，相較于傳統的人工手持風槍鉆孔作業方式而言，此處的炮眼施工具有一定的特殊性，即引入了三臂鑿巖臺車（圖2）。此設備對于長隧道而言具有較高的適用性，所創造的鉆進效率高，同時具有低噪聲、低污染的特點。鉆孔施工時應遵循底板眼、周邊眼、輔助眼、掏槽眼的基本作業順序，當完成斷面施工后應形成154個鉆孔。其中任何一個鉆孔的深度都應達到4 m，單孔所需的作業時間（2～3）min。結束鉆孔作業后便可進行人工裝藥，由于采用的是機械鉆孔的方式，因此整個環節所需的施工時間較少，能夠確保爆破輪廓線的準確性。

圖2 三臂鑿巖臺車

3.3 初支作業

在進行初期支護作業時，宜選用多功能立架臺車，此設備共設有3層，由此可以提升鋼拱架施作業的靈活度。基于提升初支噴混凝土效率的目的，工程引入了型號為GSP-D的濕噴機，此設備可以自動對確定合適的材料配合比，而后進行均勻攪拌，在運輸罐車的作用下將材料輸送至指定施工地點，而后注入噴射機中，在機泵的作用下將材料推送到噴頭部位，此時受電腦自動化程序的指導便可完成高壓噴射施工。所選用的濕噴機可以靈活地進行移動，兼泵送、噴射于一體，所能創造的最大噴射高度達到17.5 m，對應寬度上限為31.4 m，因此作業范圍極廣。基于濕噴機作業的方式，能夠顯著緩解噴漿作業人員的工作強度，同時能夠提升混凝土的密實性與粘結水平[2]。

3.4 仰拱作業

應及時進行仰拱混凝土施工，盡可能縮短中間空檔時間，使其盡早閉合成環。當完成施工后支護結構應具有足夠的穩定性，在此基礎上可以進行開挖作業，而后進行灌注仰拱混凝土施工。基于減少施工干擾，提升掌子面掘進效率的目的，工程選用了液壓棧橋，通過全自動化的方式能夠提升現場的交通運輸能力，此時不會對仰拱澆筑作業造成影響，確保掌子面前方能夠進行正常的機械通行。

4 施工效率分析

4.1 三臂鑿巖臺車施工工效

如果只選用三臂鑿巖臺車，顯然無法達到預期施工要求，此時有必要對該設備的工效進行分析，具體數據見表1。

由表1可知，單臺三臂鑿巖臺車所能創造的效率較高，相當于傳統方式7個人的效率，但依然未達到高效掘進的要求。之所以出現此現象，是因為設備單次成孔數量僅為3個，同時在成孔后還需要對其位置進行調整，此過程將會耗費大量時間，因此最終的效率與7人鉆進幾乎相當。通過調配后，單洞配備了2臺設備，能夠縮短38%的時間。出于成本控制的考慮，應將左右洞室的鉆孔時間進行錯調，確保2臺設備能夠同時服務于同一洞內施工，此時進尺深度得到提升，由原132 m上升到144 m。

表1 三臂鑿巖臺車施工功效分析

4.2 濕噴機械

對現場情況進行分析可知，盡管引入了單臺濕噴機械手，但工作效率依然遠遠不足，當引入2臺相同設備進行同時作業后，此時所需的施工時間縮短至3 h，相比以往單臺設備作業方式，縮減了2 h。當利用濕噴機械手進行作業時，對混凝土產生的回彈率進行檢測，所得結果為10%左右，由此可知，基于此方式能夠對回彈現象進行良好控制。

4.3 現場初期支護施工耗時

在進行初期支護開挖作業時，對其單個循環所需的時間進行統計，當單次進尺為3.6 m時，對應所需的時間為970 min。以此為基礎進行分析，將單月進尺設定為30 d，基于下述資源配置方式可以創造的開挖深度達161 m。以三臂鑿巖臺車為主，在此基礎上引入了濕噴機械手以及仰拱棧橋等設備，通過彼此之間的協同作業下，對于單個循環為3.6 m的施工要求而言，月進尺深度達到了161 m，這對于Ⅳ級圍巖工程而言表現出高度的效益性。

4.4 環保功效

工程引入了濕噴機械設備，在進行噴錨作業時可以顯著降低區域內的粉塵濃度。相較于干噴混土方式而言，全新方式下對應的呼吸粉塵量由原來的21.7 mg/m大幅縮減至0.4 mg/m。此外全塵也已經降低到1.5 mg/m。噴射混凝土施工時均以電機作為主要驅動動力，整個過程不存在尾氣排放問題，同時也不會對掌子面的穩定性造成影響，設備的安全性極高，所創造的施工效率優良，充分彰顯了“安全快速，以人為本”的核心工程理念。

5 結束語

經實踐證明可知，在進行隧道施工時，做好機械設備的配套工作可以顯著提升施工效率，為隧道施工營造安全穩定的環境，有助于安全管理工作的展開。總體來說，機械化配套的合理性對于隧道工程的開展具有積極意義。