高速公路隧道机械化配套快速施工技术探讨

李广山

（保利长大工程有限公司，广东广州 510630）

0 引言

近年来，我国不断加大高速公路的建设力度，也逐渐提高了建设的标准，各个行业的施工逐渐朝着机械化、标准化方向发展。但是对于隧道工程来说，其结构上的复杂性、埋深大等问题给隧道工程的各个方面提出了一定的要求，尤其是质量、安全和环保方面。基于此，在隧道工程施工的过程中，不仅要做到以人为本，还需要有节能环保的意识，实施低碳建设，积极进行创新，并将此作为施工的主要的目标，充分利用机械化配套技术，安全、快速进行隧道施工，提升隧道施工技术水平，保障隧道施工安全和质量。

1 机械配套基本原则和总体方案

1.1 机械配套基本原则

首先，在施工的实际需求上，展开相应的设备选型，并以此为导向，从机械设备入手，合理进行配置，从各类机械设备的运用角度上看，不仅需要对运行的状态进行维持，还需要从现场环境入手，实施协调工作，避免给环境带来不良影响。其次，机械设备应协同作业，其施工工序上，要安排组织合理，促进各项工作的顺利实施，更好地推进。然后，机械设备要实现自动化，使自动化的水平不断提高，与此同时，在实际运行的过程中，不仅要注重节能和环保，还要注重高效。最后，加大控制力度，控制好施工的质量，为机械设备能安全施工作业提供重要的保障。在专员上，针对其操作的相关设备进行安排，使设备获得良好的使用效果。

1.2 机械配套的总体方案

根据隧道现场施工条件，将各个方面的要求充分地考虑到位，尤其是质量和施工工期方面。在机械化配套上，方案先行，方案指导现场机械化施工便于各项工作的顺利实施，隧道的开挖可通过三臂凿岩台车来实施，先实施钻孔，然后装药进行光面爆破，并喷射混凝土，在实际开展过程中，充分利用湿喷机械手，以自动化方式来实施；在仰拱施工环节中，应以自行式移动栈桥为主，配套使用自行式仰拱移动边模，对施工起到辅助的作用。

2 机械化配套快速施工技术的应用

2.1 超前地质预报

从隧道施工的角度上来看，由于隧道具有较强的隐蔽性，地质条件具有一定的复杂性，为了能够预判掌子面前方的围岩情况，进而指导现场开挖作业，这就离不开多功能地质钻机。应从施工区域入手，实施取样并展开相应的分析，这些结果是施工作业的主要依据。

为了能有效地实施超前预报作业，从超前地质预报仪器选用的角度上来看，主要以TSP-206系列为主。该系列仪器主要有以下特点：有较远的预报距离，具有一定稳定性，有较高的分辨率，不会给隧道施工带来影响。结合工程施工的实际特点，在实施地质超前预报的前期需要将以下工作落实到实处[1]。

首先，积极对照勘探阶段的地质条件状况，根据后续地质条件和设计资料进行合理预测。其次，在区域上，针对很有可能发生塌方的区域，对塌方发生的规模和发展趋势展开相应的预报，并结合实际情况，采取有效的措施，做到有针对性。对于隧道来说，穿越不稳定地层时，需要实施超前预报，以预防为主，提出相S应的解决措施。除此之外，也要注重涌水现象，重点是预防涌水给施工带来的不利影响。最后，隧道还会穿越瓦斯，那么相应地段的实际情况需要预报出来，尤其是此处赋存的范围[2]。

2.2 开挖作业

在洞身开挖这一环节中，其具有扰动性，这可充分利用新奥法原理，并在此原理指导下，组织施工人员进行施工。对于稳定性较好的围岩来讲，采用机械化钻爆设备，可加快施工进度，同时减少爆破扰动。通过三臂凿岩台车的应用，实现隧道的快速安全施工[3]。

对于洞内出碴作业来说，为了有效地完成作业，可充分利用无轨运输的方式，在掌子面上，通过反铲挖掘机来清理，利用自卸车进行运输，将其在堆放场所中放入，从弃碴的角度上来看，其质量上如果满足其需求的话，在填石路机施工的过程中，可以进行运用[4]。

2.3 初期支护

初期支护的拱架安装采用拱架安装台车，将部分拱架于洞外提前预拼连接，减少洞内作业任务，缩短洞内作业时间及掌子面人员设备暴露的时间，进而实现提高效率、降低风险。这样也是我们所谓“空间多维度、平面多工序”的体现。拱架安装完成后，采用湿喷机械手进行初喷，使喷射混凝土与拱架有效结合，形成整体受力，保证隧道开挖过程中的围岩稳定。

2.4 仰拱和仰拱填充

其开挖实施完之后，需要实施仰拱施工作业，并组织施工人员展开实施。可将围岩等级作为施工依据，之后从开挖长度入手，合理进行调整。通常情况下，在单次开挖的过程中，其3m为最大的量，如果超过此值，会给施工控制工作带来一定的难度。仰拱开挖之后，也就是初喷封闭，其围岩上，并将各方面的情况考虑好，在仰拱和掌子面上，将相应的间距调整好[6]。同时将全液压自行式仰拱栈桥充分考虑好，进而为能顺利实施仰拱施工和掘进作业提供重要的保障。

在围岩上，如果稳定性比较弱的情况下，可准备钢筋，从仰拱和拱墙入手，进行相应的设置，可通过混凝土浇筑调平层，来开展围岩施工。其中在施工仰拱上，为了使其顺利实施，在开挖过程中，要按照分段的方式施工，但是需要加大控制力度，进行相应的控制。其中这主要针对的是浇筑时间，在实际浇筑的过程中，需要从拱墙入手，优先来实施。对于仰拱开挖这项工作来说，具有一定难度，但是为了能顺利的实施，可充分利用钻爆开挖这种方式，并实施破碎处理，交给配套挖掘机来负责。从施工人员的角度上来看，需充分利用工具来开展处理，尤其要利用好风镐，挖掘机、自卸车协同作业，并将洞渣运至指定堆放场地。

对于C25素混凝土来说，在以上实施的前期，需要从浇筑区域入手，清理好此区域中的相关杂物，尤其需处理好积水的问题，准备分段端头处配套模板，并将其设置在施工缝和变形缝上。

在浇筑这一期间，尤其要注重混凝土面的高度，并加大控制力度，进行有效的控制。在测量划线上，应防止划线过低的现象发生。其中对于混凝土来说，可充分利用振捣这种方式，使其密实度获得提高，但是在这期间还要做好防护工作，其中此工作主要针对的是仰拱钢筋。

3 施工效率分析

3.1 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。

表1 三臂凿岩台车施工功效分析

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132m上升到144m。

3.2 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3h，相比以往单台设备作业方式，缩减了2h。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。

3.3 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3.6m时，对应所需的时间为970min。以此为基础进行分析，将单月进尺设定为30d，基于下述资源配置方式可以创造的开挖深度达161m。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，通过彼之间的协同作业下，对于单个循环为3.6m的施工要求而言，月进尺深度达到了161m，这对于Ⅳ级围岩工程而言表现出高度的效益性。

3.4 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21.7mg/m大幅缩减至0.4mg/m。此外全尘也已经降低到1.5mg/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。

4 结语

总而言之，对于高速公路隧道工程来说，其具有一定的复杂性，再加上所涉及的施工环节比较多。那么为确保这项施工工作的顺利完成，对于施工人员来说，一定要意识到高速公路隧道机械化配套快速施工技术重要性，积极学习这项技术，在学习的过程中，给予充分了解，并逐渐的掌握，逐步实现隧道的机械化、自动化施工，进而为隧道工程带来一定的经济效益和社会效益，而且对我国隧道工程行业的发展具有重要推动意义。