隧道机械化配套安全快速施工技术

李中华

（中铁五局集团成都工程有限责任公司，四川成都 610031）

0 引言

某铁路隧道全长为15.013 km，属于一级风险隧道，加上隧道贯穿地层时间较长，自进口开始直至出口岩层结构均有巨大变化，并且隧道洞身周围包含着灰岩、砂页岩及石英砂岩等众多土质材料，另外还包含着特殊性岩土、断层破碎带、岩溶及软质岩变形等不良土质。为确保隧道施工安全，需要施工单位集中采用机械化配套施工技术。

1 以往传统隧道建设施工实际情况

根据相关调查显示可知，以往铁路隧道建设施工过程中最常见方法便是钻爆法，普遍具有投资成本较少、适应性较强及灵活多变等特点。

（1）土质预报设备。基于铁路隧道建设施工角度来说，大多数土质预报设备都采用国产型号地质钻机工具，极少数使用进口地质钻机设备。

（2）初期支护设备。在对铁路隧道展开锚喷工作时，大多数施工单位都会采用小型湿喷机或是潮喷机设备，但如果隧道总长度较长，则需采用大型湿喷机设备，而锚杆施工则大多都是以人工方式为主，锚杆台车使用频率非常少。

（3）挖装运设备。通常来说，在进行铁路隧道开挖时主要使用到的设备工具包括人工手持风钻、电动空压机及简易形式钻孔台架等设备。对于简易钻孔台架来说，存在着一定缺陷，即规模较大、移动不便及无法充分保证台架位置处于准确状态等，再加上钻孔台架结构全是由钢结构组合而成，因而无法循环使用且钻孔台架高度始终处于一种状态，仅能应用于一种断面隧道开挖结构之中。但如果是在隧道地质条件较好环境下，则可采用钻孔凿岩台车展开具体开挖建设施工[1]。

（4）仰拱设备。对于隧道仰拱施工来说，最常使用的设备便是标准形式钢模板和简易形式仰拱栈桥，极少会使用自行移动仰拱栈桥，而该种模式之所以使用频率较低，原因在于其并无任何防护型装置，自身整体安全系数较低，并且在具体施工移动时还需要挖掘机为其配合帮助。

（5）防排水设备。在铁路隧道建设施工环境下，如果不具备标准状态防水板设备，那么则要使用自制形式简易铺设台架，但往往也存在着一定不足之处。例如，可能面临种种安全隐患，自身安全系数较低，并且需将防水板移放置简易台架上，方可开展下一环节工作，不仅需要大量劳动人员，而且劳动人员自身工作量也较大[2]。

2 隧道机械化配套快速施工技术

2.1 超前土质预报

基于当前铁路隧道建设施工实际情况来看，使用最为广泛的钻机设备便是日本研发的RPD-180C多功能形式土质钻机设备，具有钻进速度较快，平均可达到（20～40）m/h速度，安全环保无污染，可操作性能较强，坚固使用寿命较长等综合性优势。该类钻机设备包含MWD（Measurement While Drilling，随钻测量）快速超前预报功能，利用多种传感器设备，可对隧道建设施工信息数据进行全面详细收集并传递，随后由中央处理器展开针对性处理工作，充分考虑到各种因素，如推进压力、破坏因素、排水压力、送水压力、送水量及排水量等，并将上述所有数据全部以曲线形式表示出来，便于施工人员能对其展开更加深入化分析探讨，进而准确判断所有可能发生的数据变化情况，有效保证隧道机械化配套施工的顺利进行，为达到隧道施工良好质量状态奠定基础保障[3]。

2.2 隧道开挖施工

基于现阶段实际情况来说，铁路隧道开挖施工最常见使用设备便是YT-28人工手持风钻和自行研发多功能钻孔台架设备，其中多功能钻孔台架设备（应使用3臂凿岩台车，如图1所示，2台凿岩台车全断面施工，全电脑3臂台车可以进行超前地质预报，并可对地质情况进行描述。）具有诸多优势：台架可完全自动运行且灵活多变，不单能直线运行还可转弯行驶，并且钻孔台架高度可根据自身实际情况随意调整，可广泛适用于多个不同类型隧道建设工程，甚至钻孔台架设置起吊设备，可达到一车多用效果，进而大大降低劳动人员实际工作量，而钻孔台架上布置安排也是十分合理得当，便于切实提高隧道机械施工效率。而以往传统的隧道建设施工，在钻孔台车使用过程中，往往都因受到某种因素影响导致台架运行期间面临较多问题，在这种情况下就愈发突出了钻孔台架存在的优势。

2.3 初期支护作业

据当前情况来看，隧道施工初期支护混凝土作业主要采用大功率湿喷机设备，最大喷射高度可达到17.5 m左右，并且喷射宽度约28.7 m，实际喷射量可达到（15～25）m3/h，实际承受喷射压力为7.8 MPa，行驶速度较快、无尾气排放，污染影响较小及隧道建设施工期间故障出现可能性较低。具体包括2点：①大大提高了施工成效。通常施工人员在具体使用混凝土喷射机械手之前，均应开展干喷机作业，平均每间隔6 h左右循环操作1次，在此步骤完成后，可平均每间隔4 h循环1次。②有利于充分保障隧道施工安全环保性。往往在混凝土喷射机机械设备使用完后，锚喷粉尘含量会大幅度下降，机械设备运行周围粉尘含量几乎处于零的状态，再加上混凝土喷射作业大多都是使用电动驱动形式，因而并无任何尾气污染排放，能够有效防止施工人员吸入大量粉尘及尾气。除此之外，不但能有效保障施工人员人身安全性，还能促使隧道施工快速完成，进一步凸显了快速施工、安全高效工作理念，实现了隧道机械化配套施工理想效果[4]。

图1 全电脑3臂台车全断面开挖

2.4 隧道仰拱作业

根据相关调查显示可知，在进行铁路隧道仰拱作业时最常见使用形式便为第三代大跨度自行移动仰拱栈桥，基于传统栈桥基础上，增设了行走装置及电气运行系统结构，极大提高了栈桥升降等实际功能，并且在栈桥实际运行期间，隧道初期支护、钢筋绑扎等环节施工还能共同实行开展，进而不但对混凝土浇筑提供了一定便利性，还能充分保证车辆行驶安全可靠性。同时栈桥自身携带液压行走系统还能实现横向纵向自由移动，与第一代栈桥相比较而言，其最大的优势便是可灵活改变移动方向，为实现隧道机械化配套快速施工最佳效果创造了良好条件。

2.5 防排水工作

基于铁路隧道建设施工角度来说，防排水工作通常使用防水板铺设台车，适用于防水板铺设施工作业，不仅仅能完全独立实现作业要求，还能基于初期支护条件下自动行走铺设，极大减少劳动工作量，为工作人员更加快速施工提供了极大便利性，最大限度提高了隧道防排水施工效率。同时施工人员还可在防水板铺设台车结构上进行宽度约为3.5 m规格防水板的设置，并且将防水卷材由左侧位置延伸到右侧位置，工作人员仅仅需要在适当位置进行焊接工作即可，可进一步保证工作人员自身安全性。除此之外，施工人员还能对防水板进行径向装置调整，适当缩小防水板和隧道内壁之间距离，并在钻孔台车上增加横移装置，从而可结合铁路隧道施工实际情况将台车移送到适当位置，从而促使隧道机械配套施工能够更加高效顺利展开[5]。

2.6 二衬施工

二衬施工，自动分层浇筑衬砌台车，传统门架式的衬砌台车，受力结构复杂，支撑杆众多，内部空间狭小，不方便操作，很容易引起跑模，混凝土离析，“人”字坡冷缝等质量缺陷，自动分层逐窗浇筑衬砌台车克服了传统台车的种种弊端，大大提高了施工效率与浇筑质量。

3 结束语

对于现阶段的铁路隧道建设施工来说，不断朝向机械化配套安全施工方向转变已经是必然趋势，不仅有利于极大节省时间和投资成本，有效降低劳动人员实际工作量，还能进一步保证劳动人员施工安全性，在达到较高质量水平的基础上实现较高经济收益，进而促使铁路隧道机械化配套安全施工顺利进行，便于为后期隧道机械化更深层次发展提供切实可行的参考依据。

［1］刘进军.高速铁路长大隧道施工机械配套技术研究［D］.成都：西南交通大学，2012.

［2］朱琴生.高原高寒特长铁路单线隧道机械化施工配套技术应用［J］.中国设备工程，2017（10）：147-148.

［3］张伟，陈建民，金明亮，等.基于双臂凿岩台车隧道机械化施工配套技术经济性研究［J］.筑路机械与施工机械化，2015（06）：99-102，106.

［4］赖涤泉，汪西应，王金祥.隧道安全快速施工机械化关键技术与装备研究［J］.建设机械技术与管理，2009（11）：107-113.

［5］万姜林，李桧祥，时圣文，等.单线铁路长隧道机械化配套与快速施工技术［J］.中国铁道科学，2002（03）：110-116.