机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用

邢贺虎

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

0 引言

我国传统的高速铁路隧道施工，通常情况使用人工钻爆法。人工钻爆法存在危险系数较大、施工效率较低等一系列问题。这在一定程度上影响到高速铁路隧道施工进度和施工质量。机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用能够改善这些问题。为此，本文针对机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用进行探究。

1 机械化施工配套概述

在高速铁路隧道施工过程中，合理有效运用机械化施工配套能够很大程度上提高施工机械化水平。机械化施工配套已经成为高速铁路隧道工程的发展趋势。机械化施工配套是指在高速铁路隧道施工中的开挖施工环节、初期支护施工环节以及二次衬砌环节中通过机械化作业线展开施工，能够快速达到施工目标。在高速铁路隧道施工过程中运用机械化施工配套主要目标就是提高施工水平以及施工进度，还要在一定程度上有效降低施工人员的施工强度以及施工难度。机械化施工配套在高速铁路隧道主体工程施工过程中运用，在隧道开挖施工环节中主要是运用全电脑三臂凿岩台车。在初期支护施工环节过程中应用的机械设备主要是喷湿机械手和钢拱架拼装机。一般情况下，在仰拱施工环节主要用到的施工机械设备是仰拱模板及自行式仰拱栈桥。拱部衬砌施工机械主要采用防水板自动铺设台车、数字化衬砌台车。然后再开展相关施工工作[1]。在高速铁路隧道施工过程中运用机械化施工配套能够有效提高各环节的施工质量以及施工效率。

2 高速铁路隧道施工中机械化施工配套的注意事项

（1）机械化施工配套在高速铁路隧道施工过程中应用时，必须严格在高速铁路隧道机械化施工相关标准以及要求的基础上，选择机械设备的型号和数量。还要充分结合高速铁路隧道施工实际情况进行选择，选择出最合理的机械化设备。

（2）在展开机械化施工配套前，相关施工人员必须要充分了解高速铁路隧道施工现场的实际情况，以及机械化施工配套相关技术，确保机械化施工配套能够满足高速铁路隧道施工的实际需求和质量标准。

（3）对于机械化施工配套，机械设备质量十分关键，这在一定程度上影响高速铁路隧道施工质量，也决定着机械化施工配套的应用效率以及效果。在此基础上，相关人员采购机械设备时，一定要确保机械设备质量符合标准，同时机械设备在维修方面也应具备方便简单的特点。

（4）机械化施工配套对于施工人员的要求以及标准非常高。因此，在机械化施工配套实际运用过程中，施工单位应注意对施工人员开展定期培训，以此提高施工人员的工作能力，以及操作机械化设备的水平，这样才能真正保证机械化施工配套能够在高速铁路隧道施工过程中充分发挥作用价值。

3 高速铁路隧道施工中机械化施工配套的应用策略

3.1 在隧道开挖施工中的应用

传统的高速铁路隧道施工过程中，在隧道开挖施工环节通常使用人工钻爆法。人工钻爆法一般使用风动凿岩机。风动凿岩机钻孔精准度不足、施工效率较为低下，严重影响高速铁路隧道开挖施工质量。在高速铁路隧道施工过程中应用机械化施工配套能够解决这些问题。施工人员可以运用全电脑三臂凿岩台车展开隧道开挖施工。

（1）采用定位与扫描一体式装置，实现凿岩台车在隧道内的精确定位，爆破设计图导入电脑，无需掌子面描点即可实现自动钻孔。钻孔角度、位置、深度等参数由电脑控制，钻孔精确，并且实时监测并采集钻孔压力、钻孔速度和钻杆旋转速度等参数。通过MWD 软件分析复原地质情况，优化爆破方案。

（2）全电脑三臂凿岩台车具有自动记录、存储3D 扫描日志功能，用于检查超挖、欠挖情况，还可以计算出超挖及欠挖的土石方量。

（3）作业人员仅用5～7 人即可，体力劳动很少，凿岩台车的凿岩机功率大，钻孔速度快，最快速度可达3～5 m/min。

与使用传统的YT-28 凿岩机配备开挖台架相比，使用全电脑三臂凿岩台车施工优点如下。

（1）作业人员节省很多，劳动强度降低，工作效率提高，降低施工安全风险系数。

（2）光面爆破效果更好，超欠挖控制效果提高，减少了喷射混凝土方量，节约喷射作业时间。

（3）噪声和灰尘污染有效降低，减少施工对工作人员身体伤害。

3.2 在初期支护施工环节中的应用

在高速铁路隧道初期支护施工环节中运用机械化施工配套时，首先，施工人员应该合理选择机械设备，具体应选择拱架拼装机和双臂混凝土湿喷机。

使用支护架立拱架拼装机，代替传统人工配备开挖台车立架施工。拱架拼装机定位后，电脑自动扫描断面，精准定位架立位置。机械臂调控拱架做到精准拼装，拱架连接法兰孔精准对位，拱架连接牢固可靠。整榀拱架调节，可达到设计位置要求。钢拱架施工作业较传统施工人员减少4～5 人，劳动强度和施工安全风险系数降低，作业时间节约50%，施工质量大大提升。

高速铁路隧道喷射混凝土作业采用双臂混凝土湿喷机，最大喷射速度可达50 m3/h。湿喷机操作手远距离操作遥控装置，可以随时调整喷射角度、喷射距离和喷射速度，还可以遥控调整车载液体速凝剂掺量。双臂混凝土湿喷机臂架为折叠伸缩臂结构，一次定位喷射高度覆盖16 m、喷射宽度覆盖30 m、喷射纵向覆盖14 m，实现喷射无死区、死角。相对于传统小湿喷机和台车组合，使用双臂混凝土湿喷机的优点如下。

（1）可远距离遥控操作，减少操作手吸入的雾状速凝剂及速凝剂溅射人身的可能性，提高了作业人员的施工安全系数。

（2）双臂混凝土湿喷机喷射速度快、力量大，降低了初支面空洞概率，减少了喷射作业时间。

（3）机械移动方便，喷射角度、喷射距离和喷射速度易于调整，使得分层喷射效果更好，混凝土喷射回弹率降低，提高了施工质量。

3.3 在仰拱施工环节中的应用

传统的高速铁路隧道仰拱施工环节过程，主要是通过仰拱弧形模板开展施工。运用模板过程中需要通过挖掘机辅助施工，存在一定的安全隐患，且施工速度慢。传统栈桥在刚度与重量上限制了栈桥长度，无法做到仰拱衬砌工序与仰拱开挖工序同时作业，使得高速铁路隧道仰拱施工进度被拖慢。在高速铁路隧道仰拱施工环节，运用机械化施工配套包含的液压仰拱模板以及自行式仰拱栈桥开展施工，能够解决以上问题。由于液压仰拱模板以及自行式仰拱栈桥能够实现自主移动，且自行式仰拱栈桥长度可达41.7 m。因此，在仰拱施工环节中运用液压仰拱模板以及自行式仰拱栈桥，能够使得仰拱衬砌施工工序以及仰拱开挖施工工序同时作业，有效降低高速铁路隧道仰拱施工难度，有效提高高速铁路隧道仰拱施工质量以及施工效率[4]，同时还能保证隧道施工安全步距，降低隧道施工安全风险系数。

3.4 在拱部衬砌施工环节中的应用

在高速铁路隧道施工过程中，拱部衬砌是质量控制的重要环节。合理选用机械化配套对提高拱部衬砌施工质量和施工效率尤为重要。防水板铺设施工与钢筋绑扎施工采用防水板钢筋铺设台车，可满足6 m 宽幅防水板铺设，也可满足12 m 钢筋一次性绑扎。防水板钢筋铺设台车自带吊装系统和液压系统，可以自动铺展防水板。防水板钢筋铺设台车整机作业遥控控制，自带纵向行走和横向平移功能。相对于使用传统的钢筋铺设台车，使用新型防水板钢筋铺设台车，人工铺设防水板从3 m 幅宽防水卷材改进为6 m 幅宽防水板，且可以自动铺展，减少了防水板焊缝次数，提高防水板施工质量，减少作业人员，节省工作时间。

高速铁路隧道拱部衬砌采用数字化衬砌台车。数字化衬砌台车安装有分层溜槽装置，可以做到自动分层分窗带压灌注。数字化衬砌台车电脑系统可以做到可视化灌注液面，灌注方量统计。数字化衬砌台车安装的高频气动振动器，振动范围广、深度大，与气囊堵头相配合，有效避免端头模板漏浆，使混凝土振捣密实。数字化衬砌台车拱顶具备信号反馈和压力检测双重监测，确保拱顶灌满要求。使用数字化衬砌台车可以更有效地控制衬砌施工质量，减少衬砌脱空现象。根据电脑数据分析混凝土浇筑方量与浇筑时间，可以发现后续施工过程中的问题，及时进行调整。

4 总结

在高速铁路隧道施工过程运用机械化施工配套，能够很大程度提高施工效率以及施工质量，有效降低施工人员的施工难度以及施工强度，保障施工人员的生命安全。因此，应注重研究机械化施工配套在高速铁路隧道施工过程的应用，充分发挥机械化施工配套作用价值，在保证高速铁路隧道整体质量的同时，促使高速铁路隧道工程能够更好更健康的发展。