高铁隧道机械化施工配套技术研究

戴春娥（中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北武汉430074）

高铁隧道机械化施工配套技术研究

戴春娥（中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北武汉430074）

以黔张常6标铁路隧道施工为例，针对机械化施工配套的技术特点进行研究。通过隧道9条作业线应用机械化施工配套技术，对比传统人工钻爆法存在的不足，研究机械化综合体系施工配套技术的改进，提高施工工效，保证安全质量环保综合效益。

高铁隧道；机械化；施工配套；技术研究

引言

随着中长期铁路网规划的发布，“八纵八横”高铁建设规模进入快速发展新阶段。面对人力成本不断攀升，高铁长大隧道不断涌现的新形势，机械化施工成为更好的选择。[1]本文以黔张常铁路隧道施工为例，总结了机械化施工优缺点，着重对隧道开挖、锚喷支护及仰拱铺底等9条施工作业线的机械化施工配套进行了分析。为了更好的顺应当前隧道施工发展的潮流与趋势，同时推广隧道机械化施工的经验，下面结合工程实例对比分析，研究机械化施工配套技术的应用。

1 工程概况

黔张常铁路6标线路全长32.57km，沿线隧道地质复杂，岩溶发育，存在突水突泥、地表塌陷等安全风险，隐患极高，其中隧道14座共计20.15km，隧占比61.8%，隧道里程长，安全风险高，具备推行机械化施工条件。向家包2号隧道总长1874m，最大埋深355m，围岩主要为Ⅱ、Ⅲ级，采用独头掘进。黄家台隧道总长6490m，最大埋深710m，Ⅱ、Ⅲ级围岩占76%，采用进出口加1个斜井作业面。均为单洞双线大断面高铁隧道，主要不良地质为岩溶，全部为二级风险隧道，堪比“宜万”。

2 隧道机械化配套施工技术方案

2.1 机械化设备配置原则

在隧道施工中，机械化设备配置原则是：先进高效、配套合理、能力富裕、满足工程快速、优质、安全、经济和均衡生产的要求，保证各工序相互协调，设备效能最佳。[1]现场按照机械化程度高低进行设备配套方案的制定，机械化程度的划分主要按机械设备配置的生产能力、进度指标、围岩级别等原则进行划分。围岩Ⅲ级以上其成洞指标为：170m/月以上为Ⅰ级机械化，140～170m/月为Ⅱ级机械化，140m/月以下为Ⅲ级机械化程度。Ⅲ级以上围岩，进行全断面施工；Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法施工，暂不考虑Ⅴ级以下围岩情况下设备配置；汽车运输；开挖作业的施工能力按照出渣、仰拱单作业工序施工能力的1.2倍考虑。[2]

2.2 机械化施工设备配置方案

隧道机械化综合体系配套施工9条作业线为：①配置超前地质预报地质雷达、水平钻机、全站仪及大功率变频通风设备组成地质预报、监控量测、通风等辅助作业线；②配置三臂凿岩台车组成开挖作业线；③配置大吨位装载机及自卸汽车组成装运作业线；④配置湿喷混凝土机械手及多功能作业台架组成喷锚支护作业线；⑤配置防水板铺挂多功能作业台架、防水材料焊接设备、止水带定位装置组成防水层作业线；⑥配置混凝土供给设备与液压模板台车相结合组成衬砌作业线；⑦配置液压式移动仰拱栈桥、挖掘机、自卸汽车、液压仰拱弧形模板结合组成仰拱铺底作业线；⑧配置多功能台架及专业设备组成二衬敲击检测注浆养护作业线；⑨配备沟槽移动模架及混凝土运输车等组成沟槽施工作业线。形成隧道机械化全工序闭合施工。[1]

针对地质条件、施工安排，全面落实九条线配套作业，黄家台隧道进口配备Ⅰ级机械化工装设备，在向家包2号隧道出口配备Ⅱ级机械化工装设备，其他隧道按普通装备配置。

表1 高铁隧道全断面Ⅰ级机械化设备配置表

3 重点作业线机械化施工配套技术研究

3.1 开挖作业线

在隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩地段采用三臂凿岩台车进行开挖作业，可解决传统人工钻爆施工中一次性作业人员多、安全风险大、施工环境差、作业时间长、作业功能单一、单次作业进尺短、耗能大等不足（见表2）。

技术建议：适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩（无钢拱架）及采用台阶法或全断面开挖的Ⅳ级围岩地段，适用于中等及以下无渗水地段，硬质岩石地段尤为适用，适用于单口掘进1500m以上隧道，有利于设备投入成本摊销，最好同时满足两个工作面作业。向家包2号隧道出口采用机械化配套作业施工，达到连续

表2 三臂凿岩台车与人工风枪作业对比表

6个月施工进度在220m左右的高产。

3.2 锚喷支护作业线

采用HSC-2513C等型号混凝土湿喷机械手，与普通小型湿喷机相比，显著改善了喷射混凝土质量，提高了工效，减少了回弹量和工人的劳动强度以及职业病危害，极大地节约了施工成本，效果良好。

表3 小型湿喷机与机械湿喷手对比表

技术建议：机械湿喷手在配置时，最好有两个作业面时用1台湿喷手错开作业，可以更大发挥其使用工效。同时还应配置两台小型湿喷机备用。

3.3 仰拱铺底作业线

仰拱铺底采用液压仰拱栈桥+配套弧形模板和简易栈桥+液压仰拱弧形模板两种方式。向家包二号隧道仰拱施工配备简易栈桥与液压仰拱弧形模板，经过不断调整，收到了较好的施工效果。工效指标为26h/循环，节约了8h；成本每延米节约130元；作业人员4人减少一半；确保了安全和工序的连贯性，质量提升现场整洁，劳动强度显著降低。

技术建议：仰拱无钢筋地段隧道推荐使用，但有钢筋地段或者是有钢筋地段占大部分的，考虑钢筋保护层厚度控制，同时又不需要额外增加架立钢筋，建议采用桁架式模板施工。

4 应用效果优缺点及不足

通过对比隧道机械化作业较人工作业有以下几个方面的优点：①高效性，能有效缩短隧道各工序的施工作业时间，显著提高隧道施工进度；②安全性，能极大减少隧道洞内施工作业人员数量，提高工人施工安全；③环保性，能在降尘、降噪音、减少皮肤感染上给作业人员更大的健康保护，降低职业病风险；④保质性，尤其在光爆、锚喷、衬砌、防排水作业上克服了人工作业的随意性；⑤低成本性，虽然一次性投入成本及维护成本高，但从长远使用的角度看，随着人工成本和材料费用的不断增加，机械化作业施工成本只会越来越低。

诚然，隧道机械化配套施工有很多优势，但依然也存在很多局限性和不足。如隧道地质条件相对要好、隧道作业面数量要适中、作业长度相对要长、隧道断面要大且要配套使用，否则就不能发挥整体工效，对地质围岩差的隧道，机械化作业就不能配套使用，必须进行人工作业，而且隧道机械化施工必须由专业的人员配套作业，在项目策划阶段就要统筹安排。

5 结语

综上所述隧道机械化施工配套技术，不仅提高了施工工效、提升了安全系数，而且改善了作业环境，降低了劳动强度，保证了人员的安全，还能确保工程质量，有效节约能源，同时带来了巨大的经济与社会综合效益。通过高铁隧道机械化施工技术配套实践研究，也为今后高铁隧道机械化配套提供了技术支持。[3]“机械化作业、工厂化生产、专业化施工、信息化控制”已成为未来隧道施工的主要发展方向。

[1]郭海波.机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用[J].山西建筑，2013，09：144～146.

[2]方俊波.长大隧道施工机械化配套技术与装备研究[J].高速铁路技术，2011，03：17～22.

[3]李有兵.长大隧道机械化配套安全快速施工技术[J].现代隧道技术，2012，10：110～116.

U455.4

A

2095-2066（2016）36-0246-02

2016-12-12

戴春娥（1984-），女，汉族，湖北武汉人，工程师，本科，主要从事施工技术工作。