面向全电脑多臂凿岩台车和湿喷机组的公路隧道施工工艺

李恒鸿

(山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600)

公路隧道工程具有条件复杂、技术要求高等特点，要想保证施工质量与效率，必须在施工中运用各类机械设备，以此解决人力无法解决的问题，从根本上保证隧道施工质量及安全。全电脑多臂凿岩台车与湿喷机组是当前公路隧道工程施工常用机械，为使其发挥出应有的作用效果，有必要对其施工工艺进行分析研究。

1 公路隧道全电脑多臂凿岩台车开挖工艺

1.1 洞身钻孔

(1)掌子面钻孔

①单循环钻孔按以下工艺流程进行：钻孔定位→推进梁前进→钻孔→根据斜率调整钻孔功率→采用全功率开孔→终孔→清孔→推进梁后退→对下一孔位进行钻进。

②台车施工按以下工艺流程进行：以隧道各项设计参数为依据借助iSure等软件进行钻孔图的编制→使钻孔图生成凿岩台车可以识别的文件，然后导入至台车系统当中→台车就位→由测量人员借助全站仪对台车上的棱镜和开挖面之间的相对位置进行测量，并记录测量数据→由台车的操作人员向台车系统输入测得的定位数据，然后利用台车钻臂按照数据开始钻孔定位→使台车按照设计钻孔图实施钻孔→结合实际的爆破效果与收集到的各类钻孔数据，适当调整钻孔图[1]。

③整个断面的一次循环施工按以下工艺流程进行：做好各项施工准备工作→确定台车位置并组织台车就位→采用台车开始钻孔→在孔中装药→爆破→洞内通风→排除危险→排除钻渣→质量检测→经检测确认合格后进入下一循环。

(2)钻锚杆孔

一般将掌子面上的钻孔施工完成后对上一循环各锚杆孔进行钻凿，其过程和掌子面钻孔施工完全相同。具体的钻凿顺序既可以在前期设计工作中确定，也可以由施工人员根据现场环境自由选择。

(3)欠挖钻孔

对于欠挖相对较小的部位需利用钻杆及时凿除，而较大的则要通过爆破处理，相关技术人员要结合现场情况实施钻设，由于无设计资料可以参考，所以要加强和爆破人员之间的沟通交流，以保证钻孔参数及装药参数的合理性。施工中应尽可能减少或避免超欠挖，因为超欠挖必然影响工期，并增加成本[2]。

1.2 吹渣清孔

每完成一个孔位的钻凿，台车钻臂可自动开始清孔，而且清孔还有多种模式，如水洗、压缩气体冲洗与水气组合冲洗。完成清孔后能为之后的装药创造便利条件，并能起到一定对钻具进行冷却的作用。

1.3 台车维修保养

每完成一个循环的钻孔任务，都要对台车实施一次维修保养，确保下一循环得以顺利进行。在维修保养过程中，要做好以下常规检查工作：钻臂检查、推进梁检查、底盘检查、操作室检查、钻进液压系统检查和气动系统检查[3]。

1.4 开挖特殊情况处理

(1)钻孔时掉石

因掌子面经常凹凸不平，所以钻孔时面部围岩因受力发生变化会越来越松散，因此作业过程中应采取措施防止钻孔时发生掉石导致钻臂被砸伤。在凿岩台车的操控室中能看到掌子面实际钻孔状况，技术人员应随时对钻臂周围石块是否松动进行观察，一旦发现有松动掉落的迹象，应立即将其清除。

(2)掌子面不平

掌子面如果不平会对整个自动钻孔过程造成很大影响，因钻臂无法对路径上存在的障碍进行自动识别，所以在钻臂移位时应安排人工进行判别与辅助，避免钻臂和掌子面上的岩石发生碰撞导致钻臂损伤，进而影响钻臂精度。

(3)机械故障

钻杆与钻头发生磨损或直接损坏，对此应根据实际情况在洞内或洞外进行维修。在更换损坏的零部件过程中，要暂停作业，以保证安全，将零部件更换完成后，恢复正常作业。

(4)涌水、塌孔

通过地质勘查与超前地质预报明确围岩实际状况后，如果在施工中突然产生涌水与塌孔现象，应立即暂停施工，撤出洞内的机械与人员，并组织专门的技术人员进洞，确定导致涌水和塌孔的原因，在确定作业环境达到安全或完成处理后再恢复施工。当发现围岩状况相对较差时，应通过注浆或降低水位来处理。

(5)变断面施工

对于长大隧道，经常会在施工中布置应急车道，这一过渡段的存在会遇到隧道截面先增大、再减小，最后恢复至标准断面的情况，这样一来，会使隧道中心轴线发生移位。如果是从大断面变为小断面，则通常采取将大断面一直施工到设计要求的位置后再破口进入到小断面进行施工的方法解决；如果是从小断面变为大断面，则通常采用更改周边眼外插角与装药量的方法处理。若隧道围岩为硬质岩，则可直接通过错台来适应突变。

(6)围岩断层

在断层地段应谨慎施工，一般需按照先墙后拱的原则进行超前支护，采取合理有效的支护方法。在选择施工方法时，首先考虑台阶法或核心土预留法。

2 公路隧道湿喷机组施工工艺

湿喷机组主要技术参数如表1所示。

表1 湿喷机组主要技术参数

湿喷机组布料臂架主要技术参数如表2所示。

表2 湿喷机组布料臂架主要技术参数

2.1 施工准备

喷射面处理是否到位直接影响混凝土和围岩之间的粘结力，所以施工开始前必须做好喷射面处理，在喷射面处理过程中要充分考虑以下几点：为避免受喷面产生裂缝或剥落，需将松散浮石清理干净，若发现涌水，需做好排水；对设有金属网的部位进行可靠加固，以免影响挂网质量；通过喷水将岩面上的灰尘清除干净，为和混凝土之间的黏贴创造良好条件。将受喷面处理好后，由喷射施工班组把湿喷机械开至起点桩号，并安排辅助人员将水电线路接好，同时配合运输车在湿喷机中装入混合料[4]。

2.2 湿喷机作业

(1)将湿喷机安装到位并调试好以后，对水管路及喷射管路进行连接，并用压力水对受喷面进行必要的二次冲洗。

(2)湿喷作业开始前，应先对壁面爆破情况进行观察，以确定是否存在超欠挖现象，防止存在超欠挖未能及时处理给之后的喷射施工造成影响。

(3)混合料上料应保持均匀和连续，确保机筒中始终处在饱满的状态，并在料斗口处设置筛网，用于剔除粒径超出限值的骨料。

(4)喷射按照先墙后拱和从下到上的顺序进行。正式喷射前先将受喷面补平，并注意要有搭接，使喷射速度保持均匀；当喷射面积较大时，需做好分段与分片，一般每3～4 m设置一段。从下部开始沿水平方向进行旋转移动，然后不断向上移动，每次喷射的厚度不能超过6 cm，在有钢拱架及钢筋网分布的部位，应先对拱架后部及钢筋网部位进行喷射，以免产生空洞，然后再对拱架中间部分进行喷射。

(5)喷嘴和受喷面之间的距离应控制在0.8～1.2 m范围内，在作业过程中应确保料束和受喷面之间保持垂直。

(6)对于料束运动轨迹，为环形旋转，在旋转的同时沿水平方向移动，每旋转一圈需压半圈。每圈的直径按30 cm控制，在喷射第二行的过程中，需按照顺序从第一行的起点以上位置开始，保证两行之间的搭接长度达到2～3 cm[5]。

(7)对于料束旋转速度，按没旋转一圈消耗2 s的要求控制。

(8)对于风压与实际喂料量需结合具体的喷射位置确定和调整，比如，对拱部进行喷射时，工作风压需控制在0.12～0.15 MPa范围内，喂料量需达到3 m3/h；对边墙进行喷射时，工作风压需控制在0.15～0.18 MPa范围内，喂料量需达到4 m3/h。

2.3 机械养护

在完成一个循环的施工后，都应按照要求保养湿喷机，其主要任务包括对湿喷机料斗、管道、伸缩臂和车身进行清洗，为下次作业做好准备。

2.4 混凝土养护

混凝土喷射厚度相对较小，如果施工时空气中的水分较少，则可能是喷射完成的混凝土产生干缩裂缝，而且由于掺入了速凝剂，会使水泥水化受到一定抑制，导致强度产生受到影响，所以必须安排专人做好混凝土养护。具体的养护方法为在混凝土达到终凝状态2 h后开始洒水，确保喷射完成的混凝土在强度形成期间始终保持湿润，洒水频率一般为3～4次/d，如果外界气温相对较高，则应适当增加洒水频率，而养护持续时间通常需达到14 d以上。此外要注意，当气温不足5 ℃时，不可洒水，以免发生冻结。

2.5 施工注意事项

(1)喷射开始前认真检查是否存在危石，若发现危石，应及时将其清除，将喷射机布置在可靠与安全的位置，以保证施工安全。

(2)经常性检查喷射机的管路接头、出料弯头与输料管，如果发现异常，应立即处理。

(3)在拱脚处进行堆料的过程中，需将喷头朝向下方喷射，以确保边墙和拱脚之间的衔接处达到密实。

(4)在曲线段进行混凝土喷射时，相邻的两榀拱之间不可互为参照，以该榀拱架刚好覆盖为准。

(5)整条运输路线必须保持畅通，照明与电源系统运行正常，使材料及时供应，避免由于材料供应不及时造成喷射中断。

(6)喷射作业人员应戴好各类防护用品。考虑到喷射作业对环境有特殊要求，所以人员上岗前应经过严格的培训和交底，并在考核通过后才能允许上岗。

2.6 喷射特殊情况处理

(1)管道堵塞

喷射开始前，先将电路、风路和水路接通，并开启阀门逐步上升到额定压力，然后开启电机进行空载运行，经空载运行检查确认无误后，即可开始投料。如果突然发生管道堵塞现象，应立刻暂停喂料，先敲击堵塞处，初步散开物料，再用空压机将管道吹通。

(2)供料间断

如果供料间断的时间达到1 h以上，则需将输料管中残留的混凝土全部喷出，然后停机，需要注意的是，在关闭电动机之前，应先暂停加料，最后停止送气。

(3)供料过量

如果实际的混凝土供给情况导致现场等待卸料的车辆数量达到两台以上，则要在使用这部分混凝土之前对其坍落度进行二次检验，经检验确认满足施工要求后才能用于施工，未经检验与检验结果不合格时，均不可在施工中使用。此外还要对材料供应予以科学的配合，尽量避免供料过量现象的发生。

(4)停电

因该设备采用双驱动力，所以一旦停电，可立即改用柴油机提供动力，对剩余的混合料进行喷射，此时应对材料供应组织进行适当调整，以适应驱动力形式的改变。

(5)作业面转移

将已经卸入到料斗的混凝土尽量在下次转移之前完成喷射，在下一作业面喷射开始后再恢复正常投料，防止由于作业面转移使材料自身性能产生变化。

2.7 湿喷机优势

(1)湿喷机支持无线遥控，施工面不需要有作业人员，可大幅提高作业安全性，一般情况下两名技术人员就能完成作业；而传统喷射施工需要有人工手持喷头进行喷射，一般需要9人左右才能完成作业，而且还需要搭设拱架，人员和喷射面之间的距离很近，安全风险高。

(2)采用湿喷机作业时，材料可以在洞外集中拌制，施工时不会产生高浓度粉尘，而采用传统方式施工时，混凝土需在现场拌制，会产生大量粉尘。

(3)湿喷机的作业效率一般不低于20 m3/h，而传统喷射方法只有5～7 m3/h。

(4)由于湿喷机的应用能实现材料集中拌制，所以对各项技术指标的控制更加精准，能更好的保证喷射施工质量。而采用人工进行喷射时大多时候都依靠个人经验进行材料调配，很难保证材料的质量与强度。

(5)采用湿喷机施工时对各项参数的控制比较精确，能有效减少回弹，一般地段的混凝土回弹率不超过14%，钢拱架处的混凝土回弹率也不超过16%。而采用传统方法施工时，回弹率普遍不低于20%，个别部位甚至可以达到30%左右，造成材料浪费，使施工成本明显增加。

3 结 语

综上所述，机械化施工是当前公路隧道施工的主流趋势，全电脑多臂凿岩台车和湿喷机组就是在钻孔与支护施工中使用的现代化机械，通过对这些机械的应用，可以在保证质量的前提下，加快施工效率，减少人力投入，保证施工安全，具有极大的应用和推广价值。