成套機械化施工技術在公路隧道中的應用

匙 珣

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

現階段，國內隧道建設已經逐步向“以大型機械為主、人工為輔”的方向邁進，并通過使用大型機械設備的配套化，在保證施工安全性的同時，提高施工效率。本文從圍巖地質條件出發，圍繞隧道機械施工方案的應用效果展開多角度的對比分析，得出了“合理的機械化配套方案能夠改善作業環境、提高施工質量及效率”的結論。

1 工程概況

某特長公路隧道全長11.775 km，隧址區以高中山地貌區為主，局部夾雜丘陵及山間溝谷，屬高中山深谷類型。天山以北進口坡面地勢總體較為平緩，生長較豐富的植被；天山以南的出口坡面則存在植被不發育的情況，局部有少量灌木和雜草，植被條件較差。天山南北兩側沖溝均較為發育，總體呈V 形，溝谷切割深度較大，溝底普遍存在洪積物覆蓋情況。出口圍巖等級Ⅳ級，根據該部分地質特點，采取全斷面掘進施工方案。

本項目現場作業環境較為復雜，施工難度較大，機械設備的配套對于“筑安全、保質量、提效率、增效益”而言均具有重要意義，具體類別、型號及數量如表1 所示。

表1 某隧道進、出口主要機械設備

2 成套機械配套方案

2.1 機械配套的基本要求

（1）需滿足現場施工要求。縱觀現階段的隧道工程，大型機械已經成為主要的生產力，但對于分步開挖的隧道機械而言，其運行期間所能獲得的空間有限，施工機械與現場環境的適配性較差[1]。對此，需要根據現場作業條件（地質、空間等）合理選擇機械，以便充分發揮出施工機械的應用優勢。

（2）除了滿足空間要求外，各機械設備之間應形成協調的作業關系，從而形成工作合力，以達到1+1＞2 的效果。對此，需從機械設備的規格、運行性能、施工工序等方面做綜合分析，確定合適的協調方案。

（3）需具有高效、經濟的特點。隧道的工程量較大，施工期間存在諸多干擾因素，所配套的機械應能穩定運行，在不影響施工質量的前提下縮短時間、提高效率，以減少在機械設備、材料等方面的成本投入，切實彰顯出成套機械化方案的經濟優勢。

（4）需滿足安全和質量的雙重要求。配套的機械設備應穩定運行，在此前提下有序施工，保證隧道的施工質量。

2.2 超前地質預報

某特長隧道工程配備目前業內主流的C6xp 多功能鉆機，其適應性較強，可以根據需求搭載特定規格的動力頭，從而在各類地質條件下高效完成鉆探、取樣、鉆進作業。

另外，鉆機配備高精度傳感器以及分析系統，可實時采集鉆孔出水量、鉆進壓力等相關參數，根據數據對鉆進施工情況作出判斷并進行超前預報，給后續工作提供可靠的參考依據。

2.3 開挖作業

隧道開挖采用光面爆破法，根據炮眼施工要求，可配備Boomer XL3D 大型三臂鑿巖臺車，而將其應用于長大隧道施工，能充分發揮出其鉆進效率高、安全性好、噪聲污染小等多重優勢[2]。

隧道Ⅳ級圍巖斷面高8.74～9.7 m、寬12.50 m，三臂鑿巖臺車的鉆孔范圍較大，可以滿足隧道開挖斷面的炮眼布置要求。對此，需按照底板眼→周邊眼→輔助眼→掏槽眼的順序依次鉆孔，共154 個，單孔深度約4 m（根據各孔的類型以及地質條件靈活調整），單孔作業時間約2～3 min，鉆孔后由專員裝藥。

2.4 初支作業

在初支施工中，立架選用多功能立架臺車，共3 層，能夠給鋼拱架工作的開展提供可靠支撐。對此，要以設計配比為準，合理摻入適量的水泥、骨料、水、外加劑等相關材料，均勻攪拌，制得混合料后由運輸罐車及時轉運至施工現場，卸載至噴射機中，啟用噴射機泵，利用該裝置帶動混凝土，將其轉移至噴頭處，借助高壓空氣噴出。

濕噴機兼具自動行走、泵送、噴射功能，運行能力較高，最大噴射高度17.5 m、噴射寬度31.4 m、最遠噴射距離15.3 m。濕噴機的應用，能夠在高效完成混凝土噴射作業的同時，減少員工工作量，更好地保證混凝土的粘結。

2.5 仰拱作業

（1）合理協調作業關系，盡快施作混凝土仰拱，從而讓支護閉合成環，以進一步保證支護結構的完整性與穩定性。

（2）待初支全斷面施作工作均落實到位后，組織開挖作業，并灌注仰拱混凝土。

（3）根據施工規劃，出碴和進料運輸與仰拱應呈平行作業的關系，同時各道工序應緊密銜接，以便在短時間內高效掘進掌子面，對此，采用全自動液壓棧橋[3]。

3 施工效率分析

3.1 三臂鑿巖臺車施工工效

從施工初期的實際情況來看，三臂鑿巖臺車的運行效果尚未滿足預期要求，技術人員對其工效做出統計，具體如表2 所示。

表2 三臂鑿巖臺車施工工效分析

結合表2 內容可知，1 臺三臂鑿巖臺車所創造的工作量約等于7 名員工的人工工作量，但相較于高效掘進的作業要求而言，依然有較大的差距。究其原因，與三臂鑿巖臺車的成孔數量較少有關，同時在成孔后需經過調整方可鉆下一孔，且期間間隔時間偏長。對此，在單洞配備2 臺三臂鑿巖臺車，通過2臺設備的協同運行，可有效提高單個斷面的鉆孔作業效率，用時縮短約38%。

本項目共采購2 臺三臂鑿巖臺車，并以現場施工情況以及施工進度規劃為準，合理錯調左右洞室的鉆孔時間，從而保證2臺機械在同一洞內高效運行。經優化后，單月進尺量有較大幅度的提高（由132 mm 增加至144 mm），且機械施工的方式可以保證成孔爆破的施工質量，超欠挖可控制在5%～10%。

3.2 濕噴機械手

在項目施工初期，就需要采用濕噴機械手的作業方式。實際結果表明，單臺濕噴機械手的運行效率偏低，若采取2 臺設備同步作業的方式，初期支護噴砼施工所需時間約3 h，相比于單臺機械設備的配置方案而言可縮短約2 h。此外，濕噴機械手的應用，還可有效控制回彈率約10%[4]。

3.3 初期支護耗時分析

根據施工期間的統計結果可知，全斷面施工中，在采取合適的機械化配套技術后，單次進尺量可達到3.6 m，用時約16.167 h，按每月施工30 d 計算，在該機械設備配套方案下，隧道的月開挖量可達到161 m。

4 結語

綜上所述，本文以某隧道Ⅳ級圍巖地質為出發點，對比分析成套機械化配套方案，給出相應的結果。

（1）采用三臂鑿巖臺車、濕噴機械手、自行式液壓仰拱棧橋等機械設備后，可以形成較完善的機械配套組合方案，單個循環進尺達到3.6 m，月進尺161 m，可有效提高施工效率，解決傳統方式下施工效率低、周期長的問題。

（2）施工現場配備1 臺三臂鑿巖臺車后，其創造的掘進效率與7 名員工的人工鉆孔量相當，既能滿足施工效率層面的要求，還可減少人力資源投入；采用2 臺三臂鑿巖臺車后，施工效率可提升約38%，且三臂鑿巖臺車的運行具有規范化的特點，因此可以減少施工安全隱患，營造更加優質的施工環境。

（3）通過濕噴機械手的合理應用，可降低噴射混凝土的回彈率，在2 臺濕噴機械手協同運行之下，初支噴砼環節施工效率可提高約1.6 倍。

（4）承臺機械化施工技術的綜合應用價值較高，可以滿足安全、質量、效率、效益等多層面的要求，在后續的隧道工程中，應按科學思路合理配備機械設備，形成完善的機械設備體系，推動隧道建設工作的高效開展。