機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用

邢賀虎

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

我國傳統的高速鐵路隧道施工，通常情況使用人工鉆爆法。人工鉆爆法存在危險系數較大、施工效率較低等一系列問題。這在一定程度上影響到高速鐵路隧道施工進度和施工質量。機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用能夠改善這些問題。為此，本文針對機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用進行探究。

1 機械化施工配套概述

在高速鐵路隧道施工過程中，合理有效運用機械化施工配套能夠很大程度上提高施工機械化水平。機械化施工配套已經成為高速鐵路隧道工程的發展趨勢。機械化施工配套是指在高速鐵路隧道施工中的開挖施工環節、初期支護施工環節以及二次襯砌環節中通過機械化作業線展開施工，能夠快速達到施工目標。在高速鐵路隧道施工過程中運用機械化施工配套主要目標就是提高施工水平以及施工進度，還要在一定程度上有效降低施工人員的施工強度以及施工難度。機械化施工配套在高速鐵路隧道主體工程施工過程中運用，在隧道開挖施工環節中主要是運用全電腦三臂鑿巖臺車。在初期支護施工環節過程中應用的機械設備主要是噴濕機械手和鋼拱架拼裝機。一般情況下，在仰拱施工環節主要用到的施工機械設備是仰拱模板及自行式仰拱棧橋。拱部襯砌施工機械主要采用防水板自動鋪設臺車、數字化襯砌臺車。然后再開展相關施工工作[1]。在高速鐵路隧道施工過程中運用機械化施工配套能夠有效提高各環節的施工質量以及施工效率。

2 高速鐵路隧道施工中機械化施工配套的注意事項

（1）機械化施工配套在高速鐵路隧道施工過程中應用時，必須嚴格在高速鐵路隧道機械化施工相關標準以及要求的基礎上，選擇機械設備的型號和數量。還要充分結合高速鐵路隧道施工實際情況進行選擇，選擇出最合理的機械化設備。

（2）在展開機械化施工配套前，相關施工人員必須要充分了解高速鐵路隧道施工現場的實際情況，以及機械化施工配套相關技術，確保機械化施工配套能夠滿足高速鐵路隧道施工的實際需求和質量標準。

（3）對于機械化施工配套，機械設備質量十分關鍵，這在一定程度上影響高速鐵路隧道施工質量，也決定著機械化施工配套的應用效率以及效果。在此基礎上，相關人員采購機械設備時，一定要確保機械設備質量符合標準，同時機械設備在維修方面也應具備方便簡單的特點。

（4）機械化施工配套對于施工人員的要求以及標準非常高。因此，在機械化施工配套實際運用過程中，施工單位應注意對施工人員開展定期培訓，以此提高施工人員的工作能力，以及操作機械化設備的水平，這樣才能真正保證機械化施工配套能夠在高速鐵路隧道施工過程中充分發揮作用價值。

3 高速鐵路隧道施工中機械化施工配套的應用策略

3.1 在隧道開挖施工中的應用

傳統的高速鐵路隧道施工過程中，在隧道開挖施工環節通常使用人工鉆爆法。人工鉆爆法一般使用風動鑿巖機。風動鑿巖機鉆孔精準度不足、施工效率較為低下，嚴重影響高速鐵路隧道開挖施工質量。在高速鐵路隧道施工過程中應用機械化施工配套能夠解決這些問題。施工人員可以運用全電腦三臂鑿巖臺車展開隧道開挖施工。

（1）采用定位與掃描一體式裝置，實現鑿巖臺車在隧道內的精確定位，爆破設計圖導入電腦，無需掌子面描點即可實現自動鉆孔。鉆孔角度、位置、深度等參數由電腦控制，鉆孔精確，并且實時監測并采集鉆孔壓力、鉆孔速度和鉆桿旋轉速度等參數。通過MWD 軟件分析復原地質情況，優化爆破方案。

（2）全電腦三臂鑿巖臺車具有自動記錄、存儲3D 掃描日志功能，用于檢查超挖、欠挖情況，還可以計算出超挖及欠挖的土石方量。

（3）作業人員僅用5～7 人即可，體力勞動很少，鑿巖臺車的鑿巖機功率大，鉆孔速度快，最快速度可達3～5 m/min。

與使用傳統的YT-28 鑿巖機配備開挖臺架相比，使用全電腦三臂鑿巖臺車施工優點如下。

（1）作業人員節省很多，勞動強度降低，工作效率提高，降低施工安全風險系數。

（2）光面爆破效果更好，超欠挖控制效果提高，減少了噴射混凝土方量，節約噴射作業時間。

（3）噪聲和灰塵污染有效降低，減少施工對工作人員身體傷害。

3.2 在初期支護施工環節中的應用

在高速鐵路隧道初期支護施工環節中運用機械化施工配套時，首先，施工人員應該合理選擇機械設備，具體應選擇拱架拼裝機和雙臂混凝土濕噴機。

使用支護架立拱架拼裝機，代替傳統人工配備開挖臺車立架施工。拱架拼裝機定位后，電腦自動掃描斷面，精準定位架立位置。機械臂調控拱架做到精準拼裝，拱架連接法蘭孔精準對位，拱架連接牢固可靠。整榀拱架調節，可達到設計位置要求。鋼拱架施工作業較傳統施工人員減少4～5 人，勞動強度和施工安全風險系數降低，作業時間節約50%，施工質量大大提升。

高速鐵路隧道噴射混凝土作業采用雙臂混凝土濕噴機，最大噴射速度可達50 m3/h。濕噴機操作手遠距離操作遙控裝置，可以隨時調整噴射角度、噴射距離和噴射速度，還可以遙控調整車載液體速凝劑摻量。雙臂混凝土濕噴機臂架為折疊伸縮臂結構，一次定位噴射高度覆蓋16 m、噴射寬度覆蓋30 m、噴射縱向覆蓋14 m，實現噴射無死區、死角。相對于傳統小濕噴機和臺車組合，使用雙臂混凝土濕噴機的優點如下。

（1）可遠距離遙控操作，減少操作手吸入的霧狀速凝劑及速凝劑濺射人身的可能性，提高了作業人員的施工安全系數。

（2）雙臂混凝土濕噴機噴射速度快、力量大，降低了初支面空洞概率，減少了噴射作業時間。

（3）機械移動方便，噴射角度、噴射距離和噴射速度易于調整，使得分層噴射效果更好，混凝土噴射回彈率降低，提高了施工質量。

3.3 在仰拱施工環節中的應用

傳統的高速鐵路隧道仰拱施工環節過程，主要是通過仰拱弧形模板開展施工。運用模板過程中需要通過挖掘機輔助施工，存在一定的安全隱患，且施工速度慢。傳統棧橋在剛度與重量上限制了棧橋長度，無法做到仰拱襯砌工序與仰拱開挖工序同時作業，使得高速鐵路隧道仰拱施工進度被拖慢。在高速鐵路隧道仰拱施工環節，運用機械化施工配套包含的液壓仰拱模板以及自行式仰拱棧橋開展施工，能夠解決以上問題。由于液壓仰拱模板以及自行式仰拱棧橋能夠實現自主移動，且自行式仰拱棧橋長度可達41.7 m。因此，在仰拱施工環節中運用液壓仰拱模板以及自行式仰拱棧橋，能夠使得仰拱襯砌施工工序以及仰拱開挖施工工序同時作業，有效降低高速鐵路隧道仰拱施工難度，有效提高高速鐵路隧道仰拱施工質量以及施工效率[4]，同時還能保證隧道施工安全步距，降低隧道施工安全風險系數。

3.4 在拱部襯砌施工環節中的應用

在高速鐵路隧道施工過程中，拱部襯砌是質量控制的重要環節。合理選用機械化配套對提高拱部襯砌施工質量和施工效率尤為重要。防水板鋪設施工與鋼筋綁扎施工采用防水板鋼筋鋪設臺車，可滿足6 m 寬幅防水板鋪設，也可滿足12 m 鋼筋一次性綁扎。防水板鋼筋鋪設臺車自帶吊裝系統和液壓系統，可以自動鋪展防水板。防水板鋼筋鋪設臺車整機作業遙控控制，自帶縱向行走和橫向平移功能。相對于使用傳統的鋼筋鋪設臺車，使用新型防水板鋼筋鋪設臺車，人工鋪設防水板從3 m 幅寬防水卷材改進為6 m 幅寬防水板，且可以自動鋪展，減少了防水板焊縫次數，提高防水板施工質量，減少作業人員，節省工作時間。

高速鐵路隧道拱部襯砌采用數字化襯砌臺車。數字化襯砌臺車安裝有分層溜槽裝置，可以做到自動分層分窗帶壓灌注。數字化襯砌臺車電腦系統可以做到可視化灌注液面，灌注方量統計。數字化襯砌臺車安裝的高頻氣動振動器，振動范圍廣、深度大，與氣囊堵頭相配合，有效避免端頭模板漏漿，使混凝土振搗密實。數字化襯砌臺車拱頂具備信號反饋和壓力檢測雙重監測，確保拱頂灌滿要求。使用數字化襯砌臺車可以更有效地控制襯砌施工質量，減少襯砌脫空現象。根據電腦數據分析混凝土澆筑方量與澆筑時間，可以發現后續施工過程中的問題，及時進行調整。

4 總結

在高速鐵路隧道施工過程運用機械化施工配套，能夠很大程度提高施工效率以及施工質量，有效降低施工人員的施工難度以及施工強度，保障施工人員的生命安全。因此，應注重研究機械化施工配套在高速鐵路隧道施工過程的應用，充分發揮機械化施工配套作用價值，在保證高速鐵路隧道整體質量的同時，促使高速鐵路隧道工程能夠更好更健康的發展。