公路隧道机械化配套快速施工技术探讨

刘泽阳

（中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司，湖北武汉 430060）

0 引言

当前我国的公路网正在持续扩大，大长隧道的施工也很普遍。此时，要想提升隧道的施工质量与效率，就必须打造机械化施工模式，做好相关的机械化配套工作，在降低隧道施工风险的同时还能改善隧道施工环境，同时施工人员的劳动强度也可得到改善。整体来说，隧道的机械化作业已经是今后的隧道施工技术主流。

1 工程概况

以乌鲁木齐绕城高速公路为例，该项目具有重要的战略意义，不仅是国家高速公路网西部区域的重要组成部分，同时还是“三横两纵两环八通道”的重要一环。项目涉及到隧道施工，葛家沟隧道长度达1452.5 m，所在区域为典型的东山断层破碎带地形，整体来说地质条件复杂，伴随有明显的大跨度、大开挖特点，而这均是施工中的难点内容。

2 机械配套原则及方案

2.1 机械配套原则

（1）应对施工实际需求进行分析，在此基础上做好机械配置工作。在当前的隧道施工作业中，多以大型机械为主，但如果隧道需要进行分布开挖，此时所能允许的机械操作空间相对狭小，因此大型机械依然停留在全断面施工阶段。总体来说，机械设备的配置应与现场环境形成相协调的关系，由此在最大限度上发挥出设备的作业效率。

（2）引入的所有机械设备均能实现协同作业，只有各机械设备之间形成良好的配合，才能创造更高的施工效率。对此，应确定合理的施工工序，只有工序足够合理，才能够提升设备之间的协作能力[1]。

（3）综合考虑工程技术经济的要求，以此为基础进行机械配置。尽管部分机械能够带来更高效的施工效率，但工程成本对其产生了制约作用，此时应选用低成本、高效率的设备。机械设备应具有一定的自动化水平，同时满足低能耗施工的基本需求，综合考虑经济、环保、效率3方面因素，确定最适宜工程实况的机械设备。

（4）确保施工质量，做好安全保障工作。设备需要交由专业的技术人员进行操纵，但纵观当前国内现状可知，多数操作人员对设备作业的重视程度不足，一方面存在技术的缺失，另一方面则是工作态度的问题。在此背景下，即便引入了高效的机械设备，也无法将其施工效率发挥到最大水平。

2.2 机械化配套方案

考虑到隧道的实际特点，综合分析合同工期的要求，对隧道进出口作业区域进行了相应的机械化配套，具体围绕开挖、混凝土喷射、仰拱以及衬砌这4大施工环节而展开。

（1）开挖环节，引入2台三臂凿岩台车，由此完成钻孔处理，为后续的光面爆破创设条件。

（2）喷锚环节而言，引入三臂凿岩台车，由此完成锚杆钻孔处理，而后使用湿喷射混凝土机械手进行施工作业。

（3）仰拱环节，引入自行式移动栈桥，在此基础上综合使用自行式仰拱移动边模，在其协同配合下完成仰拱施工。

3 机械化配套快速施工技术

3.1 超前地质预报

工程选用了型号为JXU—1000的钻机（图1）。此设备具有高度的可操纵性，它可以在施工中更换不同功能的动力头，由此具有针对性地对锚杆、钻探、注浆等环节进行施工。钻机可以对钻孔出水情况进行分析，在此基础上对钻进压力以及速度进行合理的调整，同时对前方施工区域内的地质条件做以预测，对应预测距离可达到30 m。

3.2 开挖作业

图1 JXU—1000钻机

基于光面爆破的方式完成隧道开挖作业，相较于传统的人工手持风枪钻孔作业方式而言，此处的炮眼施工具有一定的特殊性，即引入了三臂凿岩台车（图2）。此设备对于长隧道而言具有较高的适用性，所创造的钻进效率高，同时具有低噪声、低污染的特点。钻孔施工时应遵循底板眼、周边眼、辅助眼、掏槽眼的基本作业顺序，当完成断面施工后应形成154个钻孔。其中任何一个钻孔的深度都应达到4 m，单孔所需的作业时间（2～3）min。结束钻孔作业后便可进行人工装药，由于采用的是机械钻孔的方式，因此整个环节所需的施工时间较少，能够确保爆破轮廓线的准确性。

图2 三臂凿岩台车

3.3 初支作业

在进行初期支护作业时，宜选用多功能立架台车，此设备共设有3层，由此可以提升钢拱架施作业的灵活度。基于提升初支喷混凝土效率的目的，工程引入了型号为GSP-D的湿喷机，此设备可以自动对确定合适的材料配合比，而后进行均匀搅拌，在运输罐车的作用下将材料输送至指定施工地点，而后注入喷射机中，在机泵的作用下将材料推送到喷头部位，此时受电脑自动化程序的指导便可完成高压喷射施工。所选用的湿喷机可以灵活地进行移动，兼泵送、喷射于一体，所能创造的最大喷射高度达到17.5 m，对应宽度上限为31.4 m，因此作业范围极广。基于湿喷机作业的方式，能够显著缓解喷浆作业人员的工作强度，同时能够提升混凝土的密实性与粘结水平[2]。

3.4 仰拱作业

应及时进行仰拱混凝土施工，尽可能缩短中间空档时间，使其尽早闭合成环。当完成施工后支护结构应具有足够的稳定性，在此基础上可以进行开挖作业，而后进行灌注仰拱混凝土施工。基于减少施工干扰，提升掌子面掘进效率的目的，工程选用了液压栈桥，通过全自动化的方式能够提升现场的交通运输能力，此时不会对仰拱浇筑作业造成影响，确保掌子面前方能够进行正常的机械通行。

4 施工效率分析

4.1 三臂凿岩台车施工工效

如果只选用三臂凿岩台车，显然无法达到预期施工要求，此时有必要对该设备的工效进行分析，具体数据见表1。

由表1可知，单台三臂凿岩台车所能创造的效率较高，相当于传统方式7个人的效率，但依然未达到高效掘进的要求。之所以出现此现象，是因为设备单次成孔数量仅为3个，同时在成孔后还需要对其位置进行调整，此过程将会耗费大量时间，因此最终的效率与7人钻进几乎相当。通过调配后，单洞配备了2台设备，能够缩短38%的时间。出于成本控制的考虑，应将左右洞室的钻孔时间进行错调，确保2台设备能够同时服务于同一洞内施工，此时进尺深度得到提升，由原132 m上升到144 m。

表1 三臂凿岩台车施工功效分析

4.2 湿喷机械

对现场情况进行分析可知，尽管引入了单台湿喷机械手，但工作效率依然远远不足，当引入2台相同设备进行同时作业后，此时所需的施工时间缩短至3 h，相比以往单台设备作业方式，缩减了2 h。当利用湿喷机械手进行作业时，对混凝土产生的回弹率进行检测，所得结果为10%左右，由此可知，基于此方式能够对回弹现象进行良好控制。

4.3 现场初期支护施工耗时

在进行初期支护开挖作业时，对其单个循环所需的时间进行统计，当单次进尺为3.6 m时，对应所需的时间为970 min。以此为基础进行分析，将单月进尺设定为30 d，基于下述资源配置方式可以创造的开挖深度达161 m。以三臂凿岩台车为主，在此基础上引入了湿喷机械手以及仰拱栈桥等设备，通过彼此之间的协同作业下，对于单个循环为3.6 m的施工要求而言，月进尺深度达到了161 m，这对于Ⅳ级围岩工程而言表现出高度的效益性。

4.4 环保功效

工程引入了湿喷机械设备，在进行喷锚作业时可以显著降低区域内的粉尘浓度。相较于干喷混土方式而言，全新方式下对应的呼吸粉尘量由原来的21.7 mg/m大幅缩减至0.4 mg/m。此外全尘也已经降低到1.5 mg/m。喷射混凝土施工时均以电机作为主要驱动动力，整个过程不存在尾气排放问题，同时也不会对掌子面的稳定性造成影响，设备的安全性极高，所创造的施工效率优良，充分彰显了“安全快速，以人为本”的核心工程理念。

5 结束语

经实践证明可知，在进行隧道施工时，做好机械设备的配套工作可以显著提升施工效率，为隧道施工营造安全稳定的环境，有助于安全管理工作的展开。总体来说，机械化配套的合理性对于隧道工程的开展具有积极意义。