公路隧道機(jī)械化施工設(shè)備配置分析

陳爽

（云南建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施投資股份有限公司，云南 昆明 650000）

本文項目工程為阿扎河1號隧道，右幅長度9885m，最大埋深803.08m；左幅長度9870m，最大埋深816.58m。存在四個斷層帶（930m）、中巖爆（1190m）、大變形（1180m）地質(zhì)較為復(fù)雜，圍巖在Ⅳ、Ⅴ級的范圍內(nèi)，根據(jù)實際情況分析，工程適宜使用鉆爆法進(jìn)行施工，在此基礎(chǔ)上，本文主要分析了此施工流程所涉及的機(jī)械化設(shè)備配置以及具體應(yīng)用。

1 施工設(shè)備配置的基本原則

1.1 技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性

建筑企業(yè)對自身經(jīng)濟(jì)效益具有很大的重視，因此，在配置施工設(shè)備時需要考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)實際施工需要來選擇，同時，配置設(shè)備環(huán)節(jié)應(yīng)將操作安全性以及設(shè)備耐用程度考慮在內(nèi)，并在施工期間做好設(shè)備管理和保養(yǎng)工作，根據(jù)具體工程造價和施工承包單位的公眾評價等因素，選擇最適用于工程的施工設(shè)備。

1.2 結(jié)合施工進(jìn)度與要求

隧道工程在對挑選配套施工設(shè)備時，應(yīng)先考慮工程施工實際活動進(jìn)度因素，公路隧道工程通常被要求在短工期內(nèi)完成，特別設(shè)計到施工開挖階段時，要對隧道施工的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行檢查，并將其所調(diào)查的地質(zhì)狀況信息進(jìn)行提前上報，確保施工設(shè)備的配備更加科學(xué)合理，推動開挖環(huán)節(jié)的順利展開。同時，隧道工程的支護(hù)階段，需要裝配針對性的通風(fēng)排水設(shè)備，防止進(jìn)度受到這方面的影響。應(yīng)掌握工程各施工環(huán)節(jié)所需要的裝備配置，確保彼此之間可以和諧使用。

1.3 提升設(shè)備通用性

所配備的施工設(shè)備應(yīng)能夠配合相關(guān)施工工藝進(jìn)行使用，這說明設(shè)備配置應(yīng)具有一定的通用性，只有這樣，才能更好地控制工程成本。選擇設(shè)備時，不同裝備之間也應(yīng)存在整體性，相關(guān)管理人員應(yīng)選擇同型號規(guī)格的配套設(shè)備，通過掌握施工工序的實際狀態(tài)，來制定設(shè)備保養(yǎng)維修的計劃。最后，在規(guī)劃配置設(shè)備時，為了加強(qiáng)對施工設(shè)備臨時故障的有效預(yù)防，應(yīng)加強(qiáng)對一些中小型設(shè)備的選購數(shù)量。

2 公路隧道機(jī)械化施工設(shè)備配置特點

傳統(tǒng)施工方式會耗費大量人力、物力資源，并且完成工期長，工作效率低。而機(jī)械化施工有助于降低施工人員工作壓力，提高工作效率，整體效果相比，人工施工模式更具精細(xì)化特點，在公路隧道機(jī)械化施工中，其內(nèi)機(jī)械施工、施工工藝以及配套設(shè)備等都具有鮮明特點，主要內(nèi)容如下：

（1）能夠完成施工難度較大的作業(yè)任務(wù)，并且可以保證施工質(zhì)量。

（2）有助于勞動生產(chǎn)率的提高，更快地完成工程進(jìn)度。

（3）提高了工程施工的安全性，并能夠優(yōu)化施工環(huán)境。

隧道工程機(jī)械化施工的設(shè)備配套特點具體體現(xiàn)為：

（1）隧道鉆爆施工中，洞內(nèi)定位、鉆孔和施工流程內(nèi)容可以通過鑿巖臺車自動完成，并且對圍巖狀態(tài)可以自行適應(yīng)。

（2）施工中的配套設(shè)備組成了幾種機(jī)械化施工流程線，例如，開挖流程作業(yè)、出渣流程作業(yè)、初期支護(hù)噴射混凝土流程作業(yè)、二襯襯砌灌注混凝土流程作業(yè)等，這些作業(yè)線能夠在對應(yīng)的施工流程中展現(xiàn)各自的功能。

（3）在隧道工程所組建的機(jī)械化作業(yè)系統(tǒng)中，其設(shè)備配置之間需要能夠協(xié)同作業(yè)，通過在項目中所使用的施工技術(shù)來確定設(shè)備施工的具體作業(yè)方式；并且單一設(shè)備在機(jī)械化作業(yè)系統(tǒng)中會受到其他設(shè)備的影響，如果某一設(shè)備出現(xiàn)運行故障，其他設(shè)備的使用也將受到限制；確定整體設(shè)備組在作業(yè)系統(tǒng)中是否運行正常，要看各分項設(shè)備在作業(yè)時的運行狀態(tài)，如果某一設(shè)備作業(yè)時出現(xiàn)故障，則整體設(shè)備組都會受到限制。

（4）只有在施工技術(shù)、施工方案都確定的情況下，才能組建配套設(shè)備作業(yè)系統(tǒng)，并正確分布各分項設(shè)備的位置、施工內(nèi)容以及彼此存在的組織關(guān)系和工藝聯(lián)系。

3 隧道施工中機(jī)械化施工設(shè)備配置

隧道工程的施工環(huán)節(jié)需要涉及許多工序，并且在每個階段中都有著鮮明的區(qū)別，因此，設(shè)備配置要根據(jù)實際情況進(jìn)行考慮。在配置過程中，工作人員必須考慮工程實際，在不同階段選擇對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，并在具體施工要求滿足的基礎(chǔ)上最大化效益地選擇設(shè)備，降低使用成本。根據(jù)現(xiàn)階段本項目的施工情況，兩車道隧道Ⅳ級、Ⅴ級圍巖主要采用上下臺階施工方法，并增設(shè)超前支護(hù)或掌子面玻璃纖維錨桿等輔助施工措施，保障上下臺階法施工過程中圍巖的穩(wěn)定，避免施工過程中產(chǎn)生施工轉(zhuǎn)化。該方法適用于地下水較少、圍巖條件較好的Ⅴ級圍巖段，如本隧道中的5b、5j型襯砌結(jié)構(gòu)段。

其主要施工順序是：上臺階開挖及支護(hù)、下臺階左右側(cè)分別開挖及支護(hù)、仰拱二次襯砌、拱墻二次襯砌。如采用機(jī)械化施工方案，常用的機(jī)具設(shè)備有濕噴砼機(jī)械手、三臂鑿巖臺車、鋼拱架拼裝機(jī)、自行式仰拱棧橋、仰拱模板、防水板鋪設(shè)臺車、二襯混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)臺架等，從加快施工進(jìn)度的角度出發(fā)，本工程主要是掌子面的施工工序?qū)κ┕みM(jìn)度影響比較大，可能提高施工效率的機(jī)械化設(shè)備有濕噴砼機(jī)械手、三臂鑿巖臺車、鋼拱架拼裝機(jī)，機(jī)械化施工方法可以提高一定的施工進(jìn)度，每月可加快施工進(jìn)度6m左右。

另外，采用機(jī)械化施工后，人工數(shù)量得到減少，施工時，作業(yè)人員離掌子面距離較遠(yuǎn)，可以提高施工過程中的安全性。兩車道隧道Ⅲ級圍巖多采用全斷面法施工。本文主要描述Ⅴ級圍巖機(jī)械施工配置內(nèi)容。上下臺階法橫斷面施工示意圖如圖1。

圖1 上下臺階法橫斷面施工示意圖

3.1 開挖作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備

隧道工程機(jī)械化施工的開挖環(huán)節(jié)，隧道進(jìn)口處需要裝配液壓三臂鑿巖臺車1臺，并且再通過實際施工需求，來選擇鑿巖鉆機(jī)和移動變壓器的配置。根據(jù)工程經(jīng)驗三臂鑿巖臺車每個鉆臂2min內(nèi)即可自動完成5m深鉆孔作業(yè)，實際施工時，每個鉆臂的鉆孔進(jìn)度可達(dá)1.3～2.0m/min。從施工時間因素進(jìn)行分析，根據(jù)施工需要對設(shè)備配置進(jìn)行調(diào)整可以有效加快設(shè)備鉆進(jìn)的速度。本工程以9人同時施工為例，鉆孔速度按0.36～0.45m/min考慮，裝藥時間按每人每2min安裝1m計算。該道工序合計時間1.56～1.77h。從最開始的測量工序到之后的爆破環(huán)節(jié)，最好的情況下能夠?qū)⑹┕r間縮短到3h，相比風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔作業(yè)模式，能夠大幅度提高作業(yè)效率。如果遇到隧道巖圍較為堅硬且相對完成的情況，在施工環(huán)節(jié)使用鑿巖臺車能夠起到很大的作用，比如，人工作業(yè)量減少、鉆口速度提升、施工安全性得到保障，且更利于成本控制工作的進(jìn)行，是未來隧道施工的重要技術(shù)應(yīng)用趨勢。

同時，鑿巖臺車電腦控制爆破參數(shù)，定位精度搞，隧道的開挖成型得到保證。可實時監(jiān)測鉆孔壓力、鉆孔速度等參數(shù)，通過軟件分析復(fù)原地質(zhì)狀況，并形成地質(zhì)報告，構(gòu)筑精準(zhǔn)高效的信息情報系統(tǒng)。就開挖環(huán)節(jié)所應(yīng)用的三臂鑿巖臺車來展開，鉆桿定位環(huán)節(jié)結(jié)束后，可以采用固定傾角或水平傾角的模式進(jìn)行推進(jìn)工作，這種方式可讓超挖量得到減少，并且鉆孔的質(zhì)量上升。

3.2 裝運作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備

在隧道工程的施工階段，出碴作業(yè)是其中的重要內(nèi)容，對整體開挖進(jìn)度有著直接影響。出渣施工環(huán)節(jié)通常使用的設(shè)備為裝載機(jī)，并根據(jù)施工實際來確定鏟斗容量。為了加快出碴速度，爆破作業(yè)開始前，應(yīng)安排車輛在規(guī)定位置進(jìn)行等待，并在完成爆破通風(fēng)環(huán)節(jié)的工作后，進(jìn)行坑道開挖的出碴工作，在此過程中通常會使用裝運設(shè)備，以此提高出碴速度，使隧道工程施工順利開展，并且相比傳統(tǒng)出碴，機(jī)械化設(shè)備能夠提高工作效率，加快裝運時間，從而節(jié)省裝運成本。

目前，Ⅳ級圍巖按臺階法施工每循環(huán)進(jìn)尺3.2m，出碴時間3h，Ⅴ級圍巖按臺階法施工每循環(huán)進(jìn)程1.6m，出碴量為Ⅳ級圍巖的一半，按2h計算。需要注意的是，隧道開挖的仰拱施工階段，為了提高施工質(zhì)量，需要結(jié)合自行式液壓仰拱棧橋和模板等設(shè)備來協(xié)作施工，且在施工過程中注重裝備使用的協(xié)調(diào)性，并確定爆破輪廓線具體大小，提高仰拱施工速度。另外，通過這種施工方式能夠加強(qiáng)對混凝土成本的控制，不過，會有個別情況導(dǎo)致出碴速度降低，因此，要充分掌握施工具體情況后選擇正確的應(yīng)用方式。

3.3 噴錨支護(hù)作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備

在噴錨支護(hù)施工過程中，傳統(tǒng)施工模式下經(jīng)常使用小型混噴劑來完成作業(yè)，而這種方式常常存在高回彈率、以及高勞動強(qiáng)度以及外加劑摻量難以控制的問題，作業(yè)環(huán)境也普遍偏差，為了將上述問題有效優(yōu)化，可以在保持這種作業(yè)模式的基礎(chǔ)上添加同型號的混凝土濕噴機(jī)械手2臺，并將低壓系統(tǒng)穩(wěn)壓器進(jìn)行改造。施工時，錨桿安設(shè)與注漿按每人每2min安裝1m計算，9人同時施工，另外，考慮1h的掛網(wǎng)與連接鋼筋施工時間。超前支護(hù)，按8人同時施工，鉆孔速度按0.36～0.45m/min考慮，每根超前小導(dǎo)管的安裝及注漿按15min計算。

具體操作環(huán)節(jié)，需要重點關(guān)注混凝土技術(shù)參數(shù)和拌和比，根據(jù)濕噴機(jī)械手的特點分析，其噴射混凝土的效率可達(dá)到30m3/h，實際施工過程中，綜合效率可達(dá)到10m3/h，回彈量一般30%左右。初噴4cm，考慮100%的回彈量，噴射混凝土按2人同時施工，每人噴射速度按5m3/h計算。這種施工方式所完成的施工效果能夠增加施工總階段的機(jī)械化程度，大量節(jié)約工程成本管理。濕噴機(jī)械手噴射混凝土質(zhì)量影響因素主要有原材料質(zhì)量、混凝土配合比、設(shè)備性能、操作手水平、速凝劑摻量等。施工中，需對噴射混凝土原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制、對噴射混凝土配合比的配制及施工配合比進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試、對現(xiàn)場噴射混凝土施工過程和施工方法進(jìn)行控制。另外，機(jī)械化施工時，如果設(shè)備故障會產(chǎn)生很長的維修周期，需要提前配備備用的機(jī)具設(shè)備和配件。5b型襯砌結(jié)構(gòu)段基礎(chǔ)施工進(jìn)度對照表如表1。

表1 5b型襯砌結(jié)構(gòu)段基礎(chǔ)施工進(jìn)度對照表

3.4 防水層作業(yè)常用機(jī)械設(shè)備

針對隧道防水層的作業(yè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的施工方式多是通過人工進(jìn)行水板掛的設(shè)防工作，這種模式會耗費大量人力和時間，施工效率很難提升，而且也不會使用什么施工設(shè)備，機(jī)械化施工在其中沒有得到有效發(fā)揮。隨著時代的發(fā)展，這種問題得到了解決。為了有效減輕施工人員的工作壓力，提高作業(yè)效率，可以在施工過程中使用防水板鋪掛臺車。根據(jù)實際調(diào)查，施工人員通過使用這種輔助裝備，作業(yè)強(qiáng)度得到控制。另外，在熱熔焊墊片和防水板的施工階段，越來越多的施工人員開始使用超聲波焊機(jī)，這種設(shè)備能夠避免在焊接時將防水板等焊穿、焊焦。

4 結(jié)語

總的來說，在公路隧道工程中，機(jī)械化施工模式有助于提高總體施工效率，保障施工安全。并且機(jī)械化施工在工程成本控制方面，比人工施工更能節(jié)省成本，但是，需要注意設(shè)備配置方面的建設(shè)，相關(guān)管理人員需要考慮施工實際需求，并通過分析市場形勢以及設(shè)備性能，選擇最富有經(jīng)濟(jì)性以及綜合性價比的設(shè)備，同時，還要注意各設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運作性，避免具體應(yīng)用時因單一設(shè)備的故障而影響整體施工進(jìn)度。