高速公路隧道機(jī)械化配套快速施工技術(shù)探討

李廣山

（保利長大工程有限公司，廣東廣州 510630）

0 引言

近年來，我國不斷加大高速公路的建設(shè)力度，也逐漸提高了建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)行業(yè)的施工逐漸朝著機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。但是對于隧道工程來說，其結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性、埋深大等問題給隧道工程的各個(gè)方面提出了一定的要求，尤其是質(zhì)量、安全和環(huán)保方面?；诖?，在隧道工程施工的過程中，不僅要做到以人為本，還需要有節(jié)能環(huán)保的意識，實(shí)施低碳建設(shè)，積極進(jìn)行創(chuàng)新，并將此作為施工的主要的目標(biāo)，充分利用機(jī)械化配套技術(shù)，安全、快速進(jìn)行隧道施工，提升隧道施工技術(shù)水平，保障隧道施工安全和質(zhì)量。

1 機(jī)械配套基本原則和總體方案

1.1 機(jī)械配套基本原則

首先，在施工的實(shí)際需求上，展開相應(yīng)的設(shè)備選型，并以此為導(dǎo)向，從機(jī)械設(shè)備入手，合理進(jìn)行配置，從各類機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用角度上看，不僅需要對運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行維持，還需要從現(xiàn)場環(huán)境入手，實(shí)施協(xié)調(diào)工作，避免給環(huán)境帶來不良影響。其次，機(jī)械設(shè)備應(yīng)協(xié)同作業(yè)，其施工工序上，要安排組織合理，促進(jìn)各項(xiàng)工作的順利實(shí)施，更好地推進(jìn)。然后，機(jī)械設(shè)備要實(shí)現(xiàn)自動化，使自動化的水平不斷提高，與此同時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，不僅要注重節(jié)能和環(huán)保，還要注重高效。最后，加大控制力度，控制好施工的質(zhì)量，為機(jī)械設(shè)備能安全施工作業(yè)提供重要的保障。在專員上，針對其操作的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行安排，使設(shè)備獲得良好的使用效果。

1.2 機(jī)械配套的總體方案

根據(jù)隧道現(xiàn)場施工條件，將各個(gè)方面的要求充分地考慮到位，尤其是質(zhì)量和施工工期方面。在機(jī)械化配套上，方案先行，方案指導(dǎo)現(xiàn)場機(jī)械化施工便于各項(xiàng)工作的順利實(shí)施，隧道的開挖可通過三臂鑿巖臺車來實(shí)施，先實(shí)施鉆孔，然后裝藥進(jìn)行光面爆破，并噴射混凝土，在實(shí)際開展過程中，充分利用濕噴機(jī)械手，以自動化方式來實(shí)施；在仰拱施工環(huán)節(jié)中，應(yīng)以自行式移動棧橋?yàn)橹?，配套使用自行式仰拱移動邊模，對施工起到輔助的作用。

2 機(jī)械化配套快速施工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

從隧道施工的角度上來看，由于隧道具有較強(qiáng)的隱蔽性，地質(zhì)條件具有一定的復(fù)雜性，為了能夠預(yù)判掌子面前方的圍巖情況，進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)場開挖作業(yè)，這就離不開多功能地質(zhì)鉆機(jī)。應(yīng)從施工區(qū)域入手，實(shí)施取樣并展開相應(yīng)的分析，這些結(jié)果是施工作業(yè)的主要依據(jù)。

為了能有效地實(shí)施超前預(yù)報(bào)作業(yè)，從超前地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器選用的角度上來看，主要以TSP-206系列為主。該系列儀器主要有以下特點(diǎn)：有較遠(yuǎn)的預(yù)報(bào)距離，具有一定穩(wěn)定性，有較高的分辨率，不會給隧道施工帶來影響。結(jié)合工程施工的實(shí)際特點(diǎn)，在實(shí)施地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的前期需要將以下工作落實(shí)到實(shí)處[1]。

首先，積極對照勘探階段的地質(zhì)條件狀況，根據(jù)后續(xù)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)資料進(jìn)行合理預(yù)測。其次，在區(qū)域上，針對很有可能發(fā)生塌方的區(qū)域，對塌方發(fā)生的規(guī)模和發(fā)展趨勢展開相應(yīng)的預(yù)報(bào)，并結(jié)合實(shí)際情況，采取有效的措施，做到有針對性。對于隧道來說，穿越不穩(wěn)定地層時(shí)，需要實(shí)施超前預(yù)報(bào)，以預(yù)防為主，提出相S應(yīng)的解決措施。除此之外，也要注重涌水現(xiàn)象，重點(diǎn)是預(yù)防涌水給施工帶來的不利影響。最后，隧道還會穿越瓦斯，那么相應(yīng)地段的實(shí)際情況需要預(yù)報(bào)出來，尤其是此處賦存的范圍[2]。

2.2 開挖作業(yè)

在洞身開挖這一環(huán)節(jié)中，其具有擾動性，這可充分利用新奧法原理，并在此原理指導(dǎo)下，組織施工人員進(jìn)行施工。對于穩(wěn)定性較好的圍巖來講，采用機(jī)械化鉆爆設(shè)備，可加快施工進(jìn)度，同時(shí)減少爆破擾動。通過三臂鑿巖臺車的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)隧道的快速安全施工[3]。

對于洞內(nèi)出碴作業(yè)來說，為了有效地完成作業(yè)，可充分利用無軌運(yùn)輸?shù)姆绞?，在掌子面上，通過反鏟挖掘機(jī)來清理，利用自卸車進(jìn)行運(yùn)輸，將其在堆放場所中放入，從棄碴的角度上來看，其質(zhì)量上如果滿足其需求的話，在填石路機(jī)施工的過程中，可以進(jìn)行運(yùn)用[4]。

2.3 初期支護(hù)

初期支護(hù)的拱架安裝采用拱架安裝臺車，將部分拱架于洞外提前預(yù)拼連接，減少洞內(nèi)作業(yè)任務(wù)，縮短洞內(nèi)作業(yè)時(shí)間及掌子面人員設(shè)備暴露的時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高效率、降低風(fēng)險(xiǎn)。這樣也是我們所謂“空間多維度、平面多工序”的體現(xiàn)。拱架安裝完成后，采用濕噴機(jī)械手進(jìn)行初噴，使噴射混凝土與拱架有效結(jié)合，形成整體受力，保證隧道開挖過程中的圍巖穩(wěn)定。

2.4 仰拱和仰拱填充

其開挖實(shí)施完之后，需要實(shí)施仰拱施工作業(yè)，并組織施工人員展開實(shí)施?？蓪鷰r等級作為施工依據(jù)，之后從開挖長度入手，合理進(jìn)行調(diào)整。通常情況下，在單次開挖的過程中，其3m為最大的量，如果超過此值，會給施工控制工作帶來一定的難度。仰拱開挖之后，也就是初噴封閉，其圍巖上，并將各方面的情況考慮好，在仰拱和掌子面上，將相應(yīng)的間距調(diào)整好[6]。同時(shí)將全液壓自行式仰拱棧橋充分考慮好，進(jìn)而為能順利實(shí)施仰拱施工和掘進(jìn)作業(yè)提供重要的保障。

在圍巖上，如果穩(wěn)定性比較弱的情況下，可準(zhǔn)備鋼筋，從仰拱和拱墻入手，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，可通過混凝土澆筑調(diào)平層，來開展圍巖施工。其中在施工仰拱上，為了使其順利實(shí)施，在開挖過程中，要按照分段的方式施工，但是需要加大控制力度，進(jìn)行相應(yīng)的控制。其中這主要針對的是澆筑時(shí)間，在實(shí)際澆筑的過程中，需要從拱墻入手，優(yōu)先來實(shí)施。對于仰拱開挖這項(xiàng)工作來說，具有一定難度，但是為了能順利的實(shí)施，可充分利用鉆爆開挖這種方式，并實(shí)施破碎處理，交給配套挖掘機(jī)來負(fù)責(zé)。從施工人員的角度上來看，需充分利用工具來開展處理，尤其要利用好風(fēng)鎬，挖掘機(jī)、自卸車協(xié)同作業(yè)，并將洞渣運(yùn)至指定堆放場地。

對于C25素混凝土來說，在以上實(shí)施的前期，需要從澆筑區(qū)域入手，清理好此區(qū)域中的相關(guān)雜物，尤其需處理好積水的問題，準(zhǔn)備分段端頭處配套模板，并將其設(shè)置在施工縫和變形縫上。

在澆筑這一期間，尤其要注重混凝土面的高度，并加大控制力度，進(jìn)行有效的控制。在測量劃線上，應(yīng)防止劃線過低的現(xiàn)象發(fā)生。其中對于混凝土來說，可充分利用振搗這種方式，使其密實(shí)度獲得提高，但是在這期間還要做好防護(hù)工作，其中此工作主要針對的是仰拱鋼筋。

3 施工效率分析

3.1 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(dá)到預(yù)期施工要求，此時(shí)有必要對該設(shè)備的工效進(jìn)行分析，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 三臂鑿巖臺車施工功效分析

由表1可知，單臺三臂鑿巖臺車所能創(chuàng)造的效率較高，相當(dāng)于傳統(tǒng)方式7個(gè)人的效率，但依然未達(dá)到高效掘進(jìn)的要求。之所以出現(xiàn)此現(xiàn)象，是因?yàn)樵O(shè)備單次成孔數(shù)量僅為3個(gè)，同時(shí)在成孔后還需要對其位置進(jìn)行調(diào)整，此過程將會耗費(fèi)大量時(shí)間，因此最終的效率與7人鉆進(jìn)幾乎相當(dāng)。通過調(diào)配后，單洞配備了2臺設(shè)備，能夠縮短38%的時(shí)間。出于成本控制的考慮，應(yīng)將左右洞室的鉆孔時(shí)間進(jìn)行錯(cuò)調(diào)，確保2臺設(shè)備能夠同時(shí)服務(wù)于同一洞內(nèi)施工，此時(shí)進(jìn)尺深度得到提升，由原132m上升到144m。

3.2 濕噴機(jī)械

對現(xiàn)場情況進(jìn)行分析可知，盡管引入了單臺濕噴機(jī)械手，但工作效率依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，當(dāng)引入2臺相同設(shè)備進(jìn)行同時(shí)作業(yè)后，此時(shí)所需的施工時(shí)間縮短至3h，相比以往單臺設(shè)備作業(yè)方式，縮減了2h。當(dāng)利用濕噴機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)時(shí)，對混凝土產(chǎn)生的回彈率進(jìn)行檢測，所得結(jié)果為10%左右，由此可知，基于此方式能夠?qū)貜棳F(xiàn)象進(jìn)行良好控制。

3.3 現(xiàn)場初期支護(hù)施工耗時(shí)

在進(jìn)行初期支護(hù)開挖作業(yè)時(shí)，對其單個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)單次進(jìn)尺為3.6m時(shí)，對應(yīng)所需的時(shí)間為970min。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，將單月進(jìn)尺設(shè)定為30d，基于下述資源配置方式可以創(chuàng)造的開挖深度達(dá)161m。以三臂鑿巖臺車為主，在此基礎(chǔ)上引入了濕噴機(jī)械手以及仰拱棧橋等設(shè)備，通過彼之間的協(xié)同作業(yè)下，對于單個(gè)循環(huán)為3.6m的施工要求而言，月進(jìn)尺深度達(dá)到了161m，這對于Ⅳ級圍巖工程而言表現(xiàn)出高度的效益性。

3.4 環(huán)保功效

工程引入了濕噴機(jī)械設(shè)備，在進(jìn)行噴錨作業(yè)時(shí)可以顯著降低區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度。相較于干噴混土方式而言，全新方式下對應(yīng)的呼吸粉塵量由原來的21.7mg/m大幅縮減至0.4mg/m。此外全塵也已經(jīng)降低到1.5mg/m。噴射混凝土施工時(shí)均以電機(jī)作為主要驅(qū)動動力，整個(gè)過程不存在尾氣排放問題，同時(shí)也不會對掌子面的穩(wěn)定性造成影響，設(shè)備的安全性極高，所創(chuàng)造的施工效率優(yōu)良，充分彰顯了“安全快速，以人為本”的核心工程理念。

4 結(jié)語

總而言之，對于高速公路隧道工程來說，其具有一定的復(fù)雜性，再加上所涉及的施工環(huán)節(jié)比較多。那么為確保這項(xiàng)施工工作的順利完成，對于施工人員來說，一定要意識到高速公路隧道機(jī)械化配套快速施工技術(shù)重要性，積極學(xué)習(xí)這項(xiàng)技術(shù)，在學(xué)習(xí)的過程中，給予充分了解，并逐漸的掌握，逐步實(shí)現(xiàn)隧道的機(jī)械化、自動化施工，進(jìn)而為隧道工程帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，而且對我國隧道工程行業(yè)的發(fā)展具有重要推動意義。