公路隧道機械化施工技術分析

余輝

（浙江交工宏途交通建設有限公司，浙江 杭州 310051）

基礎設施的完善使得公路隧道規模越來越大，所以，提升公路隧道機械化施工效率和質量、改善施工環境、控制施工成本、節約施工資源等成為現代化公路隧道機械化施工的重點內容，傳統施工工藝已經無法應對這些問題，這就需要施工單位通過先進的機械化施工工藝，推動公路隧道工程施工的順利進行。

1 公路隧道機械化施工技術發展歷程

1.1 施工方法的發展

隨著公路隧道工程建設施工工藝的創新發展，相關部門在總結梳理工程實踐經驗的基礎上，提出了適用于現代公路隧道機械化施工的新奧法、挪威法以及淺埋暗挖法等方式，并在公路隧道機械化施工中得到了廣泛應用，確保公路隧道機械化施工取得了良好效果，全面提升了公路隧道機械化施工的安全性以及施工效率。

1.2 施工設備的發展

要想確保施工工藝的有效性，就要以配套施工設備為前提。在公路隧道機械化施工設備革新的過程中，TBM 掘進機、鑿巖臺車以及盾構機已經開始了針對不同地質條件巖層的實踐，全面提高了公路隧道機械化施工的作業效率，增強了公路隧道機械化施工的質量。且通過對全液壓鉆孔臺車、液壓襯砌臺車和大型裝載機械的研發，增強了公路隧道工程的掘進速度以及施工效率，有效地改善了公路隧道機械化施工的作業環境。

2 公路隧道機械化施工準備及管理

2.1 公路隧道機械化施工場地和設備的準備

在公路隧道工程施工過程中，需要明確拌和站的場地布局，確保各項功能的明確性，在原有場地面積的基礎上，確保原材量倉的數量能夠滿足對應的生產需求，保障各個標識和標牌的齊全，加強原材料堆放的規范性和有序性。對于公路隧道機械化施工來說，不僅需要先進的施工機械設備，還需要具備充足的施工空間，并安裝合適的水電裝置，確保公立隧道施工的順利進行。

2.2 公路隧道機械化施工過程的管理

（1）公路隧道開挖注意事項。施工單位需要在公路隧道機械化施工前制定完善的施工方案，并積極推廣零開挖的公路隧道施工進洞理念，避免開挖過程對山體造成破壞，使山體能夠保持原本的生態環境和地貌。如果公路隧道施工場地洞口圍巖不具備良好的施工條件，施工人員就需要及時調整公路隧道機械化施工的順序，并在實際施工中嚴格遵循先明洞后暗洞的基本原則，在公路隧道二次襯砌50m 后，就可以啟動綠化工程施工程序。

（2）公路隧道機械化施工期間內的洞口管理。在公路隧道機械化施工過程中，洞口管理工作需要嚴格按照機械化施工的要求，安裝帶有人臉識別的門禁系統，并做好對洞內環境及施工人員的全面監督和管理。并且，施工單位還需要在公路隧道洞內裝設預警報警系統、應急通信設備以及人車分流設施等，加強公路隧道洞內環境的安全性。施工單位還需要成立公路隧道洞口管理值班團隊，安裝信號警示燈，并在洞口位置建設固定的值班室，由值班人員對經過公路隧道洞口的往來車輛和人員進行檢查，并由值班人員看守隧道爆破警告信號燈。

3 公路隧道機械化施工技術

3.1 全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔代替人工鉆孔

對于公路隧道機械化施工來說，現階段，很多施工單位往往會使用全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔代替傳統的人工鉆孔作業，這種全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔設備具有高頻率的沖擊和精準的爆破度，而施工人員在使用鉆孔設備時需要配合超高的沖擊能，全面提升挖孔鉆機的鉆進速度和效率，最大程度減少超欠挖。如果公路隧道施工人員在進行鉆孔作業的過程中，使用全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔進行作業，就足以超過傳統多人共同開展鉆孔作業的速度。使用挖改鉆機能夠有效減少人工作業人數，在提升鉆孔作業工作效率和質量的同時，有效縮短公路隧道機械化施工中的循環作業時間，降低人工作業傷亡風險的概率。

3.2 拱架作業臺車和裝藥車替代臺車作業

拱架作業臺車和裝藥車在公路隧道機械化施工過程中主要起到了裝藥、立架、掛網作業的作用，具有性能比較穩定且操作性比較好的特點。拱架作業臺車主要包括了臺車本體、提升殼體、底部輪座等幾個部門組成，拱架作業臺車實際使用過程中，車輪的安裝和拆卸非常簡便，工具和物料運輸也更加快捷；裝藥車的使用不僅能夠實現與隧道工程的良好匹配，還能夠通過智能化的機械送管裝置和定位系統，實現自動化化的運動軌跡移動，從而實現裝運一體的智能化無人操作。因此，拱架作業臺車和裝藥車等工具相比傳統的臺車工具來說，能夠有效減少操作占用空間，減少操作人員的數量，可以更好地輔助公路隧道進行施工。

3.3 噴膜防水替代傳統防水板

在公路隧道工程施工過程中，滲漏水問題已經成為其質量通病，尤其是我國現階段，很多公路隧道在實際施工過程中，復合式襯砌防水作業大多采用防水卷材，這種防水卷材雖然性價比高，但實際使用效果卻未達到期望值。而近年來，一些專家學者開始研究隧道噴膜防水技術，并將其應用到了公路隧道機械化施工中。強黏合性隧道噴膜防水技術在實際應用中主要將合成膠乳作為噴涂成型膠膜的主要材料，其輔助材料為熱塑型橡膠改性乳化瀝青，這兩種材料能夠使工作人員在進行噴涂工藝的過程中，使其表面瞬間凝結，進而實現對異型結構的無縫隙整體結構防水。

一般來說，強黏合性隧道噴膜防水技術噴涂膜的厚度主要在0.1 ～0.4cm，且能夠一次性成膜，在實際使用過程中具有省時、省力、均勻性強等特點，能夠有效適應公路隧道機械化施工現場的多樣需求。再加上公路隧道機械化施工條件的要求較為寬泛，沒有苛刻的施工條件，強黏合性隧道噴膜防水技術就可以適用于各種異型基面。并且，強黏合性隧道噴膜防水技術在實際應用中，如果遇到冬季天氣惡劣而影響公路隧道順利施工的問題，就需要暫停強黏合性隧道噴膜防水技術的應用。

3.4 二氧化碳爆破代替炸藥爆破

在公路隧道機械化施工過程中，使用后二氧化碳爆破代替炸藥爆破，主要是利用液態二氧化碳吸熱功效，使其能夠迅速膨脹起來，壓力也迅速增大，進而對公路隧道施工現場的圍巖進行破裂，進而避免傳統炸藥爆破時產生的高震動、高危險和有效氣體多的缺點，為施工人員實際操作營造一個安全性強、環保程度高且更加經濟的特點，進而起到保護圍巖并改善公路隧道工程施工環境的作用。

3.5 濕噴機械臺車的應用

傳統的公路隧道施工主要采取人工干噴方式或者潮噴混凝土作業方式，這兩種方式的應用使得公路隧道洞內粉塵過大，不利于公路隧道洞內形成良好的作業環境，甚至容易在超挖較大時填塞部分填充物，進而形成空洞局面，直接影響了隧道的整體使用壽命，再加上人工干噴混凝土的用水量控制程度不夠精準，無法有效確保混凝土的強度。一般來說，使用傳統干噴方式時主要采取的噴漿機為小型的噴漿機，這種噴漿機的功率比較小，噴射的持續時間比較長，如果施工人員長時間暴露在這種噴射環境下，就容易感染塵肺和硅肺等多種職業性疾病。而施工人員在使用濕噴臺車施工時，則主要由混凝土拌和站集中性開展拌和工作，并經過罐車將其運送到指定位置區域，這種方式不僅有效降低了操作中的粉塵含量，更是提升了噴射效率和質量，能夠有效減少施工人員在公路隧道洞內的作業時間，降低了施工人員獲職業病的概率。

3.6 仰拱液壓棧橋

在公路隧道仰拱施工過程中，傳統的仰拱施工工藝主要采取分幅施工方式或者施工單位自制的仰拱棧橋方式進行施工，這兩種方式在公路隧道機械化施工中的運用，都容易造成填充的混凝土進入二襯，直接導致公路隧道拱腳位置形成了一個非常薄弱的環節，再加上公路隧道機械化施工中的自制仰拱棧橋方式主要根據施工人員自身經驗形成，并沒有經過科學系統的受力計算，不僅安全系數比較低，仰拱棧橋的移動也主要依靠挖掘機或者裝載機的拖動。而公路隧道機械化施工在采取自行式液壓棧橋配套仰拱模板進行施工的過程中，自動化的液壓仰拱棧橋能夠通過履帶，帶動自身行走，并利用液壓系統對模板進行調節和優化，加強其行走的靈活性，確保液壓仰拱棧橋施工的便捷性。

3.7 防水板掛設臺車

對于公路隧道機械化施工來說，傳統工藝防水板的掛設需要施工人員先將工藝防水板鋪設在公路隧道洞壁上面，工藝防水板鋪設根據施工面積的不同需要至少三個的施工人員，再加上防水板施工鋪設勞動強度比較大，使得工藝防水板在鋪設過程中很難控制松緊程度。并且，施工單位在公路隧道機械化施工中采取防水板自動掛設臺車設備，能夠充分利用其自帶的弧形軌道系統和牽引系統，將帶有防水板的小車從底部移動到另一側的底部，使其能夠自動展開防水板，在降低施工人員勞動強度的同時，對防水板進行固定，從而有效調節防水板掛設的松緊程度。

3.8 電纜溝槽臺車

公路隧道機械化施工需要采取電纜溝槽臺車行走就位的方法，確保施工人員能夠通過液壓系統，對公路隧道內部模板進行整體控制和移動就位，省卻了人工進行模板拼接的時間，縮短了整個公路隧道工程的施工周圍，施工人員的勞動強度和壓力也有所降低。這種移動模架不僅安裝快捷，拆除也比較方便，能夠在施工中重復循環使用，有效降低了公路隧道機械化施工的成本。且在公路隧道機械化施工過程中，混凝土澆筑工作的開展主要利用了附著式的振動器，防止人工振搗工作開展的隨意性，有效避免了混凝土澆筑過程中流砂現象和蜂窩麻面現象的產生。

4 公路隧道機械化施工數字化管理模式

4.1 視頻監控

公路隧道機械化施工過程中，還需要建立完善的隧道監控視頻系統，進而實現對整個公路隧道工程施工管理空間的全面覆蓋，并根據氣候溫度和施工類別進行側重管理。一般來說，公路隧道機械化施工中應用視頻監控系統，能夠加強施工單位對隧道掌子面作業人數、作業時間、通風量等各項信息進行動態化掌握，這就表示施工單位在信息化管理的基礎上，建立完善的物聯網系統公路隧道機械化施工設備協同遠程調度系統。在公路隧道機械化施工中應用視頻監控后，公路隧道機械化施工作業的開展，能夠加強各要素之間的集成，加強對各要素之間的遠程控制，確保各要素之間的協調配合，推動公路隧道機械化施工的順利開展。

4.2 人員定位和遠程控制系統

BIM 技術在公路隧道機械化施工中的應用，不僅能夠實現對進入隧道人員和設計的準確定位，還能夠在出現意外情況時，對進入隧道人員和設備的數量進行精準掌控。而上述視頻監控在公路隧道中的應用，不僅能夠實現監控功能，還能夠實現遠程控制功能，將其與隧道內部設置的遠程控制平臺相結合，能夠真正實現對公路隧道內部的空壓機、軸流風機和射流風機等大型機械設備的遠程無線控制。

5 結語

綜上所述，要想確保公路隧道機械化施工作業質量和效果，就需要加強公路隧道機械化施工準備及管理，通過全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔代替人工鉆孔、拱架作業臺車和裝藥車替代臺車作業、噴膜防水替代傳統防水板、二氧化碳爆破代替炸藥爆破的方式，強化濕噴機械臺車應用的質量，并通過仰拱液壓棧橋、防水板掛設臺車以及電纜溝槽臺車等施工工藝，加快公路隧道工程的施工進程，能夠有效解決當前公路隧道機械化施工中存在的掘進速度以及施工效率低下等問題，確保公路隧道機械化施工的安全性，進而改善公路隧道機械化施工的作業條件，推動公路隧道機械化施工的順利有效開展。