高速铁路隧道机械化施工技术分析

摘要：对高速铁路隧道机械化施工技术进行全面分析。通过引入先进的机械设备和技术，如全电脑三臂凿岩台车、大跨度伸缩式移动栈桥等，实现了隧道开挖支护、仰拱三区同步作业、防水自动作业以及二次衬砌智能作业等多个方面的提升。这些技术的应用显著提高了施工效率和质量，同时降低了劳动强度和安全风险，为高速铁路隧道建设带来了重要的推动力。

关键词：高速铁路隧道机械化施工技术机械化设备

AnalysisofMechanizedConstructionTechnologyforHigh-SpeedRailwayTunnel

MAJian

Xi'anRailwayBridgeEngineeringCo.，Ltd.ofChinaRailwaySeventhGroup，Xi'an，ShanxiProvince，710000China

Abstract：Inthispaper，themechanizedconstructiontechnologyforhigh-speedrailwaytunneliscomprehensivelyanalyzed.Throughtheintroductionofadvancedmechanicalequipmentandtechnology，suchasfullcomputerthree-armdrillingrig，long-spantelescopicmobiletreble，etc.，multipleimprovementshavebeenachievedintunnelexcavationsupport，invertthreezonesynchronousoperation，waterproofautomaticoperation，andsecondaryliningintelligentoperation.Theapplicationofthesetechnologieshassignificantlyimprovedtheconstructionefficiencyandquality，whilereducinglaborintensityandsafetyrisks，bringinganimportantimpetustotheconstructionofhigh-speedrailwaytunnels.

KeyWords：High-speedrailway;Tunnel;Mechanizedconstructiontechnology;Mechanizedequipment

作为现代化隧道建设的重要组成部分，隧道机械化施工技术对我国铁路建设的快速发展具有重要意义，也对隧道机械化施工技术提出了更高的要求。在隧道机械化施工技术的发展过程中，应注意加强对现有施工机械设备的改造和完善，通过提高机械化设备的自动化水平和操作人员的专业技能来提升施工效率和施工质量[1]。

1隧道开挖支护配套作业

1.1全电脑三臂凿岩台车技术

隧道开挖采用全电脑三臂凿岩台车，减少了掌子面作业人数；隧道开挖后，采用湿喷机械手对掌子面初喷封闭，三臂凿岩台车施作系统锚杆，拱架安装台车安装拱架，多机协同作业，极大地改善了掌子面作业环境，提高了施工效率，降低隧道施工作业安全风险。

三臂凿岩台车配置铁建重工ZYS123全电脑三臂凿岩台车，整机功率325kW，外形尺寸16.1m×2.9m×3.6m，重量52t，如图1所示。全电脑三臂凿岩台车依托智能化数据采集与控制系统，可实现整机在隧道内精确定位与多臂同步姿态调整，一键启动，多钻臂自动工作等功能。

全电脑三臂凿岩台车设备特点。

（1）全自动高效智能化钻孔，依据预先导入车载电脑的钻孔参数规划设计图，一键激活，精确布阵三路钻孔大臂，钻孔定位、领孔、全速推进均能做到全自动控制，大大降低了工人的劳动强度，且钻孔质量高，能够严格控制超欠挖。

（2）超前地质勘探和地质分析，实时监测钻孔压力、钻孔速度等参数，通过软件分析复原地质状况，并形成地质报告。

（3）激光扫描仪全程记录每一次爆破前后的隧道轮廓，逆向生成截面三维结构模型，得出超欠挖数据。

（4）改进诱导装置，可有效控制周边眼外插角度，减少炮孔底脚超挖，保障光面爆破质量。

（5）台车可进行锚杆孔、注浆孔、管棚孔、爆破孔、超前水平探孔施作，可以满足隧道内支护、掌子面爆破、超前探测等施工需求。

1.2悬臂式掘进机

非爆开挖方式可选用悬臂式掘进机，中铁装备300A型悬臂式掘进机，设备尺寸为16m×3.6m×3.8m（长×宽×高），切割硬度≤70MPa，切割功率为260kW，切割范围为6.0m×6.5m，整机质量为110t，供电电压1140V，如图2所示。

悬臂式掘进机设备的特点。

（1）悬臂式掘进机设计紧凑，整机稳定性强。这种设计不仅使得机器能够在各种复杂环境下稳定运行，还确保了掘进作业的安全性和效率。

（2）悬臂式掘进机采用小直径切割头，具有单刀力大、破岩能力强、切割振动小的特点。这种设计使得掘进机能够快速、有效地切割各种硬度的岩石，提高了掘进效率。

（3）悬臂式掘进机的切割部可以伸缩，有效增加了切割面的面积。这意味着机器可以适应不同宽度的巷道或隧道，实现更大范围的掘进作业。

1.3拱架安装台车技术

拱架安装台车是一种具备钢拱架快速安装的新型隧道施工机械，外形尺寸为13.8m×2.9m×2.97 ;m。台车采用机械臂与吊篮相结合，精确吊装拱架，实现拱架安装全范围作业，具有安装速度快、劳动强度低、施工安全系数高等优点。

1.4湿喷机械手

配置湿喷机械手，外形尺寸为9.38m×2.5m×3.5m，湿喷机械手采用遥控喷锚作业，可有效控制喷头角度及喷射距离，大大降低了作业区粉尘浓度，改善了作业环境，喷射人员远离喷射面，保障了作业人员安全健康，可动态调整速凝剂掺量，具有喷射速度快、动作灵活、操作简单、回弹率低等优点。

2二次衬砌智能作业

2.1大跨度伸缩式移动栈桥技术

配置大跨度伸缩式移动栈桥，栈桥总长度为61m，有效施工长度为36m，配备环向滑膜、自动行走系统，实现了仰拱开挖支护、仰拱衬砌、仰拱填充平行同步作业，缩短了工序循环时间，确保仰拱步距合格，消除了仰拱施工进度对掌子面开挖施工的制约；布料采用仰拱布料小车，使仰拱浇筑连续，提高仰拱混凝土质量，减少工序作业时间及劳动力，提高了仰拱施工工效[2]。

大跨度伸缩式移动栈桥设备特点：（1）伸缩式移动栈桥有效施工长度36m，可实现仰拱开挖支护、仰拱衬砌、仰拱填充平行同步作业，缩短了工序循环时间；（2）环向滑膜，实现了仰拱弧形轮廓成型，确保结构受力，同时利于振捣，提高了施工质量；（3）使用仰拱布料小车，可确保仰拱浇筑连续，提高仰拱混凝土质量，减少工序作业时间及劳动力，提高仰拱施工工效；

2.2自行式防水板自动铺挂台车技术

配置自行式防水板自动铺挂台车，台车采用遥控伸缩臂及卷轴铺挂，便于控制防水板铺挂松紧度，使用激光定位器精确定位热熔垫圈，电磁焊机焊接，操作简单，施工效率高；台车平台采用台阶形式，工人上下施工方便，轮胎式行走，台车移动快捷。

自行式防水板自动铺挂台车设备特点：（1）采用轮胎行走，移动、定位方便；（2）土工布、防水板采用铺挂系统进行铺挂，通过可伸缩式旋转臂+卷轴的方式将土工布、防水板从一侧牵引至另一侧，解决了以往防水板铺挂较慢的问题，大大降低了工人的劳动强度。

2.3门架式智能化衬砌台车技术

采用门架式智能化衬砌台车，配置自动浇筑系统、附着式及拱顶插入式振捣器、压力传感器、液位继电器、软搭接和可伸缩端头模板，实现了自动分仓浇筑，有效控制浇筑高度，气动附着式振捣、拱顶插入式振捣装置提高了混凝土密实度，压力传感器、液位继电器、拱顶透明端头模板及溢浆孔等装置可实时监控混凝土浇筑，掌握浇筑进程，预防拱顶脱空问题，保障衬砌混凝土浇筑质量[3]。

门架式智能化衬砌台车设备特点：（1）台车为框架式结构，结构简洁，净空大；（2）配备三维激光扫描处理系统，可预判混凝土浇筑方量，准确预估最后一车混凝土需求量，确保混凝土浇筑饱满，严防拱顶脱空；（3）配备自动浇筑系统，分5层，共56窗口浇筑（拱顶4个），利用混凝土输送泵压力，通过混凝土输送管将混凝土送进每个浇筑窗口，布料小车可前后移动、左右旋转实现分层、分窗浇筑，只需一人操作即可，更换窗口时间可控制在10～15s之间，提高了效率，减少浇筑时间；（4）配置气动附着式振捣器56台，插入式振捣器16台，实现环向、纵向、厚度方向全覆盖振捣，可有效解决拱顶振捣不到位及局部堵塞造成的拱顶混凝土空洞及不密实问题，提升混凝土浇筑质量。拱顶插入式振捣器设置于可旋转圆盘上，可360°调整振捣棒插入位置，避免混凝土浇筑时振捣棒顶碰钢筋；（5）配置自动行走系统，无须人工搬运轨道，可自助铺轨，有效降低工人劳动强度，减少作业人数；（6）配置可伸缩端头模板及软搭接，可伸缩端头模板适应性强、拆装方便，模板可多次重复使用，降低施工成本，软搭接模可以有效防止二衬台车顶裂成品衬砌，改善衬砌接缝质量；（7）设置压力传感器、液位继电器、拱顶透明端头模板和溢浆孔配合使用，观测监控拱顶部分二衬混凝土浇筑情况，有效避免隧道混凝土拱顶空洞。

2.4双台车隧道衬砌联合养护技术

采用“固定蒸养台车+往返喷淋台车”联合养护的方式，既能确保固定蒸养台车对新拆模衬砌混凝土及时进行蒸养养护，又能利用往返喷淋跟养台车对养护龄期内的衬砌混凝土进行喷淋养护，并根据衬砌龄期进行灵活调整[4-5]。

养护台车设备特点：（1）蒸养台车采用温度湿度智能精确控制装置，对新拆模衬砌混凝土进行精准蒸养养护；（2）前3天采用蒸养台车，确保混凝土表面与水温差在15℃以内，避免混凝土表面突然受冷出现裂纹，提高养护质量；（3）后期采用往返喷淋跟养台车，对衬砌混凝土养护龄期内的所有隧道衬砌进行全覆盖往返喷淋养护，养护效率高，并根据衬砌龄期进行灵活调整，保障了衬砌混凝土质量。

3全电驱设备

为秉承打造绿色环保施工、生态文明工程的目标理念，隧道施工机械优先选用电驱装载机、电驱挖掘机、电动混凝土运输车、电驱出渣车等全电驱设备，较传统的燃油设备在节能降造、使用成本、环境保护等方面具备突出优势，助力打造绿色节能环保工程[6]。

4结语

在高速铁路隧道建设中，机械化施工技术的不断创新和应用为工程进展提供了强大支持。本文介绍了一系列先进的机械设备和技术，如全电脑三臂凿岩台车、大跨度伸缩式移动栈桥等，这些技术的应用不仅提高了施工效率和质量，同时也降低了施工风险和劳动强度。随着技术的不断发展和完善，高速铁路隧道建设将迎来更加美好的未来。

参考文献

[1]宋洪超.高速铁路隧道机械化施工配套技术分析[J].中国住宅设施，2018（2）：111-112.

[2]邢贺虎.机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用[J].设备管理与维修，2021（6）：129-131.

[3]郭海坡.机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用[J].山西建筑，2013，39（26）：144-146.

[4]田蛟.钻爆法山岭隧道的机械化施工效率及围岩稳定响应分析[D].重庆：重庆交通大学，2021.

[5]刘彤彤.高速铁路泥岩隧道仰拱底鼓变形机制研究[D].兰州：兰州交通大学，2024.

[6]张晓东，吴全德，范永在，等.大断面隧道成套设备机械化快速作业研究[J].隧道建设（中英文），2023，43（S1）：416-424.