高速鐵路長大隧道施工機械配套技術

馮 微

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

鐵路長大隧道施工難度較大，必須借助高水平的施工機械完成，施工單位技術人員必須根據施工現場實際情況總結經驗，采取有效措施保障機械的合理配套。經過對長大隧道工程施工經驗的積累，進一步研究長大鐵路隧道施工機械配套技術，以期不斷提高工程質量。

1 項目概述

某長大隧道全長13 981 m，全線風險為一級，工程地質情況較為復雜，有較高的地下水，同時有粉質土、軟弱圍巖，這給工程的設計與實施造成了較大的難度。

2 機械配套技術的基本要求

鐵路長大隧道一般采取鉆爆法和掘進法，本工程經過詳細論證，結合現場實際決定采用鉆爆法施工。在實施機械配套技術時，施工單位必須綜合考慮隧道情況、工期和成本等因素。在機械詳細型號的選擇中，必須提供設備型號和制造商的重要信息。從總體上看，應該指出的是，設計部門需要使用相對先進的設備，以使項目更加穩定和安全。由于本項目使用鉆孔和爆破方法，進行項目機械配套時必須注意以下4個事項：

（1）設備型號的選擇。在符合技術要求的前提下，可以有針對性的選擇一些中小型易于更換的設備，出現問題可以及時更換，避免施工中因設備故障導致工期拖延。

（2）施工部門選擇配套設備時，不僅要應用于目前的工程，還應考慮隧道的后續工程。因此，所選設備應該是通用的，對于多種隧道形式都能適用，對節約施工單位機械使用成本具有重要意義。

（3）施工單位應根據實際選擇現代工程機械設備，并且該設備還必須具有一定的技術和經濟水平。施工單位在考察設備時，要根據設備的生產效率、維護、成本、售后等方面做出綜合評價，以實現設備采購的技術經濟性。

（4）機械配套計劃應與隧道施工計劃同步規劃，有利于工程進展的一致性。應根據地質預報-運輸-支護-通風等輔助設備及其他相關程序，確保主體開挖工作的順利進行，確保不同作業線的順利開通。

3 鐵路隧道施工技術要點

3.1 建立監測測量信息平臺

鐵路隧道施工技術要將現代技術與先進的信息化技術相結合，在機械配套中引入先進的網絡管理系統，以實現機械的電子監控平臺，對施工結構進行監視程序，并且管理過程中應包含測量技術和監視系統。使用該技術時，必須特別注意：①創建數據監視平臺，使用GPS和其他現代技術監視和監視實時數據，記錄隧道建設初始支護的特定條件。監測平臺確保員工施工過程的安全，以實現施工現場安全預警處置機制；②通過信息化平臺，對記錄和監測圍巖變化情況具有良好的作用，保證工程的安全運行。在此基礎上，可以預留圍巖的變形，以避免過多的開挖和隧道穿入，實現成本控制；③利用電子基站的測量結果對支護結構進行再設計，通過與信息化平臺的協調，實現動態參數的監測，依據工程進展和參數質量調整支護結構。

3.2 大斷面開挖和初始支護

隧道可以通過機械施工進行開挖，以便盡早封閉。使用這種方法，可以將全截面方法與相關的構造技術（例如階梯法）結合使用。在實際施工中，通常先對掌子面進行預支撐和預加固，以加固軟弱的圍巖、軟土隧道等，以提高圍巖施工中的安全性，同時也可以對后期大面積施工提供參考，必須使用CD（中隔壁）法，CRD（交叉中隔壁）法等。在特定的操作過程中，應及時關閉初始支撐，閉合初始支撐以形成環，并應及時設定步驟。在對脆弱的圍巖隧道進行初始支撐和密封期間，掌子面和孔跨度之間的距離應控制為兩倍。使用3臺階法時，環和掌子面之間的距離應控制在孔跨度的兩倍范圍內。

3.3 圍巖區域爆破均勻度控制

隧道的正常掘進，必須實施爆破技術。施工中需要依據工程實際，不斷調整爆破方案，通過全區爆破技術進行爆破試驗，在獲得較好的均勻度后，可以推廣進行大面積的爆破施工。

3.4 挖掘裝載工作線

在長大隧道施工中，多功能平臺用于高度方面的操作，以便為手動鉆孔和噴射混凝土支撐提供操作空間。如果開挖采用爆破方法，則必須同時操作多個氣動鑿巖機，也可以使用液壓鑿巖機，同時手動加載爆破和開挖作業以進行鉆孔操作。有軌運輸方式可以有效改善運輸中的環境破壞，但使用該方法需要對機械進行長期維護，不僅增加人工成本，也會對施工造成一定的影響。無軌運輸方式可以有效解決以上弊端，但需要采取有效的通風措施，避免隧道內廢氣聚集。如果隧道位于雜物外部，必須使用無標記的運輸方法用翻轉式裝載機裝載挖掘區域的雜物，以將大噸位的轎廂運輸和卸載雜物，并將其直接卸載到雜物場。通常，當通過有軌運輸時，可以將輕鋼軌放置在隧道中，然后將大容量自卸車從電瓶車中拉到隧道中。雜物被運出并扔掉，第二回程運輸也可以使用裝載機和自卸車進行。施工期間通常會限制施工時間，此時，通常可以使用水平孔和斜坡作為輔助構造。無軌運輸也可用于偏轉斜軸和水平孔，如果傾斜軸的傾斜度較大，且不能使用無軌運輸方法，則需要有軌運輸。在這一點上，必須使傾斜井筒底部的側向傾斜礦車中的壓艙物倒轉，然后將其從帶刺絞盤拉至井口，最后運行到車場位置。

4 長大隧道機械配套分析

4.1 濕噴機械手（圖1）

在長大隧道施工過程中，有必要增加隧道初始支撐的強度和穩定性，濕噴能力需達到15 m3/h。濕噴機械手在工程中的應用可以有效改善濕噴混凝土能力，通過與現場施工工藝相結合，可以達到最優效果，其主要優點：①優化混凝土質地、壓實密度、抗壓強度、抗剪強度和抗滲性，對保證工程質量、避免工程質量通病的出現具有重要意義；②可以實現遠程操控，同時施工中也可以保護現場環境；③與手工操作相比，該方法可以大大提高操作效率，減輕手工操作的勞動強度，并能控制成本。

4.2 自行式長弓棧橋（圖2）

長大隧道施工過程需要控制填充層的接縫，對保證施工質量具有重要作用。要控制整個隧道拱，使其每個超過24 m，并調整高度以確定滑架長度，通常在9～12 m的范圍內確定薄板和填充層之間的分段距離。使用自行式長弓橋技術的主要優點：①可以同時實現多個施工過程，提高工作效率，減輕勞動強度，節省生產成本；②確保隧道基礎的長度在同一時間標準，并減少操作期間出現滲水等質量問題；③能夠連續澆筑，保持結構的整體性，對于控制結構裂縫具有積極作用。

4.3 二次襯砌車的模具設備

施工中使用二級襯砌分流槽，會發生諸如效率低、連續更換聯鎖和冷連接等問題。此時，可以使用分流器解決此類問題。通過澆筑適當的材料，將混凝土井筒放入模具中以確保有效澆筑。該施工設備的優勢：①在拱頂中大型歧管通道與歧管缸結合使用，以有效利用同一窗層。使用常規澆筑方法時，應避免由于物質濃度過高而引起的偏析問題；②可以對管道復雜的結構進行簡化，在一定程度上避免管道堵塞問題。在該施工技術的模式下，對實現混凝土連續澆筑同時避免施工中出現裂縫具有重要作用。

圖1 濕噴機械手

圖2 自行式長弓棧橋

4.4 頂拱注漿設備

二次襯砌在頂拱位置具有較高的澆筑難度。可以使用工具轉換技術來優化砌體車，并且可以將頂部保留注漿孔，從而注入泥漿。初始設置混凝土后，可以對其進行校正，并使用拱頂注漿設備進行灌漿過程。

4.5 自動定位安全警告系統

工程中使用自動定位系統，保證工程監測的精準性，建立合理的安全預警體系，可以接收數據來記錄隧道中的人數、工作狀態等。然后與計算機系統建立電纜連接，并將地圖數據通過屏幕、通信接口等傳輸到服務室。在此過程中，必須注意接收器的距離控制，以確保信號不會互相干擾。使用該技術構建系統的主要優點：自動記錄人員進出隧道的情況和時間，可以在計算機上顯示危險區域的地點、管理人員和危險狀況等，同時可以為安全預警系統管理人員提供網絡警報，對于實現工程安全具有十分重要的意義。