公路隧道機械化配套快速施工技術(shù)

陳子偉

（中鐵二十三局集團第三工程有限公司，四川成都 611137）

在經(jīng)濟發(fā)展之下，公路網(wǎng)呈持續(xù)擴大趨勢，受地形條件等因素影響，通常要展開大長隧道施工作業(yè)?；诖?，在保障隧道整體質(zhì)量的同時若要創(chuàng)造更高施工效率，需基于工程實際情況做好機械化配套工作，此方式可緩解工程人員作業(yè)強度，將隧道施工風(fēng)險降到最低?？傮w上，隧道機械化配套施工已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多數(shù)工程中，且這一技術(shù)也將成為未來主流趨勢，針對該技術(shù)做進一步探討具有高度現(xiàn)實意義。

1 工程概況

石羊山隧道位于廣東省恩平市郎北村，為典型的左右分離式隧道形式，項目左線樁號為ZK36+620~ZK39+455，總長度2835m，最大埋深約292m；右線起訖樁號為YK36+610~YK39+465，總長度2855m，隧道最大埋深約285m。其中，項目左線進口處于半徑2200m 平曲線上，右線部分則處于半徑2700m 平曲線上，兩線出口均在直線上?？傮w上坡度大體相當(dāng)，左線縱坡2.022%，右線2.0%。

2 機械配套方案

2.1 機械配套原則

（1）立足于工程實際需求，以此為指導(dǎo)針對性適配機械設(shè)備?？v觀當(dāng)前隧道工程，大型機械是貫穿于多數(shù)環(huán)節(jié)的重要設(shè)備，當(dāng)采用分步開挖的方式時，不具備寬廣的操作空間，大型機械設(shè)備雖然具有較高施工效率但依然停留在全斷面施工階段。所以，機械設(shè)備配套必須充分考慮到現(xiàn)場環(huán)境，彼此之間需達到相協(xié)調(diào)狀態(tài)，推動施工有序展開。

（2）為隧道施工適配的機械設(shè)備必須達到協(xié)同作業(yè)狀態(tài)，充分將各設(shè)備聯(lián)動起來，以提升施工效率。同時，要確定合適的施工工序，這是提升設(shè)備協(xié)作性能的關(guān)鍵。

（3）充分考慮工程技術(shù)經(jīng)濟性原則，在配置機械設(shè)備時要充分考慮成本因素。盡管機械設(shè)備可創(chuàng)造優(yōu)良效益，但無法與工程成本達到相適應(yīng)狀態(tài)，在此情形下要求設(shè)備選型以低成本、高效率的方式為宜。所選用的機械設(shè)備需具備自動化功能，在運行過程中能耗相對較低，在降低施工成本的同時也可發(fā)揮出優(yōu)良環(huán)保效益。

除上述三點外，還需要高度重視安全保障工作。要求設(shè)備操作者具有高度專業(yè)素質(zhì)，但這一問題依然是國內(nèi)隧道工程的痛點，相關(guān)人員的操作技能不夠成熟，同時對設(shè)備作業(yè)的重視程度欠佳，在此情形下盡管為工程適配了高效率設(shè)備，依然難以達到效率最大化的效果。

2.2 機械化配套方案

立足于隧道實際情況，加之對工期的考慮，針對隧道進出口作業(yè)區(qū)展開針對性分析，做好機械化配套，主要涉及三個階段：

（1）開挖階段，適配2 臺三臂鑿巖臺車，二者協(xié)同作業(yè)完成鉆孔施工，以便給后續(xù)光面爆破提供優(yōu)良條件。

（2）噴錨階段，依然使用到三臂鑿巖臺車，但數(shù)量需提升到3臺，以確保錨桿鉆孔作業(yè)順利進行，在此基礎(chǔ)上利用濕噴機械手做進一步施工。

（3）仰拱施工階段，需得到自動移動棧橋的支持，同時還需適配自行式仰拱移動邊模，二者協(xié)同作業(yè)全方位保障仰拱施工質(zhì)量。

3 機械化配套快速施工技術(shù)

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報

本工程中選用JXU—1000 的鉆機，關(guān)于其具體示意圖如圖1所示。該設(shè)備操縱性良好，依據(jù)實際情況的不同可靈活更換動力頭，因此廣泛適用于錨桿、鉆探等多環(huán)節(jié)之中。鉆機能夠?qū)崿F(xiàn)對鉆孔出水的實時監(jiān)測，以此為指導(dǎo)自動調(diào)節(jié)鉆進壓力與速度，同時還可依據(jù)現(xiàn)有工程環(huán)境對前方區(qū)域做進一步預(yù)測，理論預(yù)測距離為30m。

3.2 開挖作業(yè)

隧道開挖環(huán)節(jié)采用的是光面爆破的方式，有別于常規(guī)人工手持風(fēng)槍鉆孔方式的是，此方法更加注重機械化施工，可提升炮眼施工效率，具體使用的是三臂鑿巖臺車，若隧道施工距離較長，基于此設(shè)備具有較高可行性，可大幅提升鉆井效率且兼具低噪聲、低污染等多重優(yōu)點。為保障鉆孔施工質(zhì)量，需嚴格遵循底板眼、周邊眼、輔助眼、掏槽眼的順序展開，最后結(jié)束斷面施工后所得鉆孔總量為154 個。要求所有鉆孔深度均為4m，為保障工程整體施工效率，單孔作業(yè)時間需控制在2~3min 以內(nèi)。經(jīng)由三臂鑿巖臺車完成鉆孔作業(yè)后，進一步安排工程人員裝藥。由于工程鉆孔均為機械化操作，因此整體施工時間得到有效控制，同時也能夠提升爆破輪廓線精確度。

表1 三臂鑿巖臺車施工功效分析

圖1 鉆機

3.3 初支作業(yè)

展開初期支護作業(yè)，此環(huán)節(jié)選用的是多功能立架臺車，采用的是三層構(gòu)造，可適用于鋼拱架施工需求。為保障初支噴射混凝土效率，需得到GSP-D 濕噴機的支持，可實現(xiàn)對材料的均勻攪拌，大幅提高了配合料質(zhì)量，基于運輸罐車的輔助將所得材料進一步轉(zhuǎn)移至施工區(qū)域，轉(zhuǎn)入噴射機中并在機泵的推動下將材料置于噴頭處，通過預(yù)先設(shè)定的電腦自動化程序可持續(xù)性展開高壓噴射施工。工程中所用的濕噴機性能優(yōu)良，運行靈活度高，可滿足泵送、噴射等多重要求，理論噴射高度達17.5m，且寬度可達到31.4m，噴射范圍明顯大于其他工程設(shè)備，基于濕噴機施工的方式，大幅縮減了人員量，改變高強度施工作業(yè)的局面，所得混凝土整體性能良好，密實度滿足工程要求且具備優(yōu)良粘結(jié)水平。

3.4 仰拱作業(yè)

隨即展開仰拱混凝土施工作業(yè)，以達到盡早閉合成環(huán)的效果。結(jié)束施工后，要確保支護結(jié)構(gòu)具有足夠穩(wěn)定性，以便順利展開開挖作業(yè)，在做好上述工作后隨即灌注仰拱混凝土。為在最大程度上緩解施工干擾，創(chuàng)造可觀的掌子面施工效率，工程中引入了液壓棧橋結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)自動化控制效果，保障現(xiàn)場交通運輸能力，在此過程中仰拱澆筑施工并不會受到影響。

4 施工效率分析

4.1 三臂鑿巖臺車施工工效

當(dāng)然，若僅憑三臂鑿巖臺車，依然無法滿足高質(zhì)量、高速率的施工要求。基于此，針對該設(shè)備做進一步分析，具體情況如表1所示。

基于上述分析得知，單臺三臂鑿巖臺車所具備的施工效率較為優(yōu)良，大體與7 人作業(yè)總量相當(dāng)，但就項目實際需求而言依然存在一定差距。進一步分析原因：設(shè)備單次成孔量為3 個，而結(jié)束鉆孔后還需要做進一步調(diào)整，這一環(huán)節(jié)會浪費大量時間?？紤]到這一問題，為單洞適配了2 臺相同設(shè)備，此方式所帶來的施工時間縮減了38%。且為了有效控制工程成本，要求左右洞室鉆孔時間錯調(diào)，以保障2 臺設(shè)備可在同一時間應(yīng)用于相同洞內(nèi)施工環(huán)境，此方式進尺深度也得到有效提升，由原來的132m 變?yōu)?44m。

4.2 濕噴機械

經(jīng)實地分析后得知，雖然為工程適配了單臺濕噴機械手設(shè)備，但相較于工程預(yù)期要求而言依然有較大差距。對此，若適配2臺相同設(shè)備，相同環(huán)節(jié)的施工時間將縮短3h。同時，對濕噴機械手運行質(zhì)量展開分析，得知混凝土回彈率約為10%，總體來說符合工程預(yù)期要求，雖出現(xiàn)了回彈現(xiàn)象但控制在工程許可范圍內(nèi)。

4.3 現(xiàn)場初期支護施工耗時

關(guān)于初期支護開挖施工，工程人員深入現(xiàn)場分析了單個循環(huán)施工時間，若單次進尺為3.6m，實際投入的施工時間為970min。以此為基準做進一步分析，若單月施工時間為30d，以三臂鑿巖臺車為核心設(shè)備，為之適配濕噴機械手等高度自動化裝置，基于協(xié)同作業(yè)的方式能夠有效提升施工效率，所得到的開挖深度為161m，且對Ⅳ級圍巖工程而言具有優(yōu)良適用性，能夠彰顯出可觀效益。

4.4 環(huán)保功效

所使用的濕噴機械手設(shè)備，在展開噴錨作業(yè)時有效控制了粉塵濃度。有別于干噴混土的是，該方式所產(chǎn)生的呼吸粉塵量大幅下降，由原本的21.7mg/m 明顯降低到0.4mg/m。不僅于此，全塵量也得到合理控制，此時僅為1.5mg/m。在整個噴射混凝土過程中，電機是主要的動力支持，這種運作方式并不會帶來尾氣排放問題，也有助于保護掌子面，使其達到相對穩(wěn)定狀態(tài)?？傮w上，設(shè)備安全性能良好，施工效率優(yōu)良，與環(huán)保施工的理念相符，充分彰顯出現(xiàn)代化工程的種種特性。

5 結(jié)語

綜上所述，本文以隧道施工為背景，提出了適用于工程實際情況的機械化配套方式，涉及三臂鑿巖臺車以及濕噴機械手等現(xiàn)代化設(shè)備，彼此之間的配合大幅提升了施工效率，保障工程整體安全性，同時也發(fā)揮出優(yōu)良經(jīng)濟效益與環(huán)保效益?？傮w上，機械化配套的方式具有高度現(xiàn)實意義，對未來公路隧道施工作業(yè)起到推動性作用。