高速公路長大隧道機械化施工設備配套技術

茍號平

摘 要：以廣連高速公路高峰隧道為實例，圍繞機械化施工設備配套技術進行探討，分析其需考慮的因素及配備原則，并結合實際工況，確定了設備配置情況及作業生產線，其中涉及掘進、初期支護、仰拱、二次襯砌及防排水施工等方面，希望為相關單位提供參考。

關鍵詞：高峰隧道 機械化 配套設備

1.工程概況

廣州從化至連州高速公路高峰隧道設計為分離式隧道，左線全長4350m；右線全長4315m；屬于特長隧道。左線起訖樁號為ZK152+470至ZK154+645，長度為2175m，右線起訖樁號為Y K 1 5 2+ 49 5至YK154+652.5，長度為2157.5m。單洞累計總長4332.5m。隧道穿越第四系殘坡積粉質黏土（Q4el+dl），下伏泥盆系上統（D3）泥質灰巖、灰巖夾砂質頁巖。隧道具有洞口淺埋段、溶洞及富水帶，施工時容易發生坍方、突泥涌水等不良地質。其中Ⅲ級圍巖占51.5%；Ⅳ級圍巖占38.5%；Ⅴ級圍巖占10%。

2.機械化配套需考慮的因素及配備原則

2.1機械化配套需考慮的因素

在高峰隧道機械化配套設備的選型和配置數量應遵循科學先進以及實用性的原則，避免設備的閑置和資源浪費，并符合施工方法、HSE、質量、工期、圍巖級別、隧道的斷面尺寸、截面形狀和建設規模要求，還應充分考慮到各種機械與設備之間的協同效應。

2.2機械化配套施工適應條件

機械化施工對掘進方法有嚴格的要求，目前其適應范圍主要局限于Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，對于Ⅳ、Ⅴ級軟弱圍巖條件下采用單雙側壁、三臺階預留核心土等開挖工法尚未實現機械化配套技術。仍然依靠傳統的YT28風鉆機人工鉆孔掘進。

對于長度>2500m的長隧道采用機械化施工具有一定的優勢，對于長度在<2500m的隧道采用機械化施工成本相對較高。

3.機械化配套施工技術

高峰隧道機械化施工設備主要包括掘進、支護、仰拱、防排水、二襯等主要工序。針對高峰隧道施工機械選型，經過多次調研，方案比選，確定了高峰隧道機械化配套設備配置情況及5條機械化配套作業生產線：

（1）掘進：Boomer XL3D三臂鑿巖機（開挖兼顧錨桿、超前小導管作業）2臺、SY205C9挖掘機（開挖）2臺、ZL50GV輪胎式裝載機（出渣）2臺、40t雙橋四驅自卸汽車（出渣）8臺；

（2）初期支護：WXHLC1215自動拱架安裝機（拱架安裝）2臺、ZTC30濕噴機械噴射手（濕噴砼）1臺；

（3）仰拱：38m全自動仰拱模板及一體化棧橋（拱架安裝）2臺；

（4）二次襯砌：12m全自動液壓二襯模板臺車（二襯砼施工）、6m自動養護臺車（砼養護）、12m側溝電纜槽模板臺車（側溝、電纜槽施工），上述設備各2臺；

（5）防排水：6m自動防水掛布鋼筋一體化臺車（防水布兼二襯鋼筋安裝）2臺。

3.1施工工序

錨桿施工→掌子面開挖→超欠挖處理、網片和鋼拱架安裝→初支混凝土噴射→仰拱及弧形底板施工→防水層安裝及二襯鋼筋綁扎→二襯混凝土澆筑→水溝、電纜槽襯砌施工→養護。

3.2開挖作業機械化

3.2.1鉆爆機械化

（1）斷面測量。因三臂鑿巖臺車鉆桿與頂推梁之間有0.1m的固定距離，在隧道掘進超欠挖控制方面比手持風鉆開挖難度大，因此，每循環開挖前，測量組均應采用全站儀對隧道斷面準確放樣、拱頂標高、底板標高、拱墻分界線標高以及開挖輪廓線和設計的炮眼位置，并用紅油漆標示，將爆破設計參數準確的反映到工程實際中。

（2）鉆爆開挖。III級及IV-b圍巖采用上下臺階法掘進，利用2臺Boomer XL3D三臂液壓鑿巖機并排同時施鉆，臺階長度8～10m。IV及V級圍巖采用超前小導管注漿支護，采用1臺三臂鑿巖機進行掌子面鉆眼、清孔，人工裝藥、爆破開挖，遇軟弱圍巖無爆破作業需求時，運用挖掘機微臺階法開挖；上臺階長度3～5m，中臺階長度8～10m。

據圍巖的堅硬程度和巖體的完整性、采用光面爆破設計，減少超欠挖現象。采用最快捷的鉆孔順序，精準的定位，提高炮孔利用率。盡量減少對周邊圍巖的破壞，節約支護成本。

（3）超欠挖控制。因鑿巖機鉆桿與推進梁之間有0.1m的固定距離，并且鉆臂與巖面之間預留至少5cm的保護間距，致使鉆機鉆桿與支護面不可避免的存在至少15cm的固定距離，因此對鉆桿定位的精度要求較高，為控制現場超挖量，對于III級以上的圍巖超挖平均值控制在10cm以內；對于IV級圍巖，超挖平均值控制在12cm以內。

3.2.2出渣機械

高峰隧道進口段配置了1臺SY205C9挖掘機爬渣，配置了2臺ZL50GV裝載機裝載機配合裝渣，配置了8臺40t以上的雙橋驅動自卸汽車進行掌子面出碴運輸，出渣時可安排其他作業面同時進行作業，在條件允許的情況下，形成多點不同工序同時作業的局面，提高施工效率。

3.3支護作業機械化

3.3.1錨噴機械

錨桿孔采用三臂鑿巖機鉆眼，拱架安裝機掛網安裝拱架，擠壓式注漿泵進行注漿。噴射混凝土采用三一重工制造的ZTC30濕噴機械手進行施工，該設備采用專用汽車底盤與混凝土噴射機械臂完美結合，采用發動機與電動機雙動力驅動系統，噴敷面積大、速度快，粉塵小、噴敷回彈少、原材料省、噴敷質量高，以及快速轉場，操作維護方便。

3.3.2拱架安裝機械

根據拱架節段編號，拱架均勻擺放于隧道兩側，并利用臺車1#、2#工作臂同時抓取拱架進行組裝，各拱架節段安裝時，利用拱架安裝機自帶工作吊籃人工配合精準就位，采用定位短鋼筋、連接鋼筋固定拱架，混凝土墊塊支墊，確保鋼架穩固、間距受控。

3.4仰拱作業機械化

仰拱施工均配置自行式全液壓仰拱棧橋，完成初期支護后，仰拱混凝土澆筑一模9～12m 與二襯澆筑長度一致一次性澆筑成型確保施工縫對齊。

高峰隧道仰拱混凝土優先于拱墻施工，仰拱整體澆筑，仰拱與仰拱填充分開施作，有利于襯砌結構的整體受力。仰拱在棧橋下進行混凝土施工，可讓車輛從填充層通過棧橋直達下臺階，完美配合各類臺階法開挖方式下的仰拱（底板）混泥土施工，實現早封閉、早成環的施工要求。

采用液壓控制，具有前、后、左、右移動功能；行走采用履帶機構，整個棧橋就位無需鋪設鋼軌，1人可以操控，自動化程度高、安全可靠。能快速移動和就位，完成一次移動和就位僅需1～1.5h，能夠提高隧道仰拱混凝土施工進度。

3.5防排水作業機械化

自動防排水及鋼筋施作一體臺車為全液壓平臺主要由行走系統、門架系統、平臺系統、拱圈系統、提升系統、液壓控制系統等6部分組成。

通過拱圈和提升系統，將防水板固定在旋轉的鋼輥子上，鋼輥子沿著拱圈運動的小車固定，小車通過卷揚機提升并與電動機配合作業，并用電動控制上下、左右移動，外側設置環形槽道，鋪設小車在環形槽道內運動以完成防水板鋪設。

3.6二次襯砌作業機械化

高峰隧道進口段二襯鋼筋施工采用防水板及鋼筋施工自動臺車安裝；二次襯砌模板混凝土施工采用12m全自動液壓整體式模板臺車，在臺車上配備混凝土分層布料機進行混凝土泵送入模，二襯混凝土的養護采用二襯砼移動式養護臺架。臺架外側設一環灑水養護噴嘴，利用電機自動行走，移動時控制左右側勻速前移進行灑水養護。現場配備2臺400KW發電機以防停電，確保施工連續作業。二襯配備止水帶安裝夾具，增強了施工縫防水保障能力，實現安裝止水帶和封端兩道工序互不干擾，既提高了止水帶安裝的質量，又提高了工效。在圍巖變形發展加快或不穩定，或出現安全隱患的情況下，實現了強支護、早封閉、緊襯砌的措施，以確保隧道施工安全。

外側水溝、電纜溝槽澆筑采用整體式液壓水溝電纜槽箱體結構臺車，模板強度、剛度大、穩定性好，實現了水溝電纜槽整體澆筑。內置附著式振搗器振搗，保證了水溝電纜槽的線型美觀、外觀質量。兩側同時對稱一次性澆筑與二次襯砌澆筑長度一致，確保施工縫對齊。全自動臺車模板拼裝完成就位后，無需安拆模板，相比小型模板簡便。

4.結束語

綜上所述，高峰隧道進口段作為大型機械化隧道施工的標準化工點，通過對各隧道機械化施工裝備進行不斷嘗試，加大了創新和應用力度，形成了一整套機械化施工成果，為今后隧道機械化施工積累了經驗，通過現場實踐，長大公路隧道機械化施工設備配套技術是成功的。

參考文獻：

[1]周愛國.隧道工程現場施工技術[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]胡威東，楊家松，陳壽根.長隧道快速施工機械選型配套技術[J].東北水利水電，2009（02）： 13-15+18.