高速鐵路長(zhǎng)大隧道施工機(jī)械配套技術(shù)

馮 微

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

鐵路長(zhǎng)大隧道施工難度較大，必須借助高水平的施工機(jī)械完成，施工單位技術(shù)人員必須根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采取有效措施保障機(jī)械的合理配套。經(jīng)過對(duì)長(zhǎng)大隧道工程施工經(jīng)驗(yàn)的積累，進(jìn)一步研究長(zhǎng)大鐵路隧道施工機(jī)械配套技術(shù)，以期不斷提高工程質(zhì)量。

1 項(xiàng)目概述

某長(zhǎng)大隧道全長(zhǎng)13 981 m，全線風(fēng)險(xiǎn)為一級(jí)，工程地質(zhì)情況較為復(fù)雜，有較高的地下水，同時(shí)有粉質(zhì)土、軟弱圍巖，這給工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施造成了較大的難度。

2 機(jī)械配套技術(shù)的基本要求

鐵路長(zhǎng)大隧道一般采取鉆爆法和掘進(jìn)法，本工程經(jīng)過詳細(xì)論證，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際決定采用鉆爆法施工。在實(shí)施機(jī)械配套技術(shù)時(shí)，施工單位必須綜合考慮隧道情況、工期和成本等因素。在機(jī)械詳細(xì)型號(hào)的選擇中，必須提供設(shè)備型號(hào)和制造商的重要信息。從總體上看，應(yīng)該指出的是，設(shè)計(jì)部門需要使用相對(duì)先進(jìn)的設(shè)備，以使項(xiàng)目更加穩(wěn)定和安全。由于本項(xiàng)目使用鉆孔和爆破方法，進(jìn)行項(xiàng)目機(jī)械配套時(shí)必須注意以下4個(gè)事項(xiàng)：

（1）設(shè)備型號(hào)的選擇。在符合技術(shù)要求的前提下，可以有針對(duì)性的選擇一些中小型易于更換的設(shè)備，出現(xiàn)問題可以及時(shí)更換，避免施工中因設(shè)備故障導(dǎo)致工期拖延。

（2）施工部門選擇配套設(shè)備時(shí)，不僅要應(yīng)用于目前的工程，還應(yīng)考慮隧道的后續(xù)工程。因此，所選設(shè)備應(yīng)該是通用的，對(duì)于多種隧道形式都能適用，對(duì)節(jié)約施工單位機(jī)械使用成本具有重要意義。

（3）施工單位應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備，并且該設(shè)備還必須具有一定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平。施工單位在考察設(shè)備時(shí)，要根據(jù)設(shè)備的生產(chǎn)效率、維護(hù)、成本、售后等方面做出綜合評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備采購(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

（4）機(jī)械配套計(jì)劃應(yīng)與隧道施工計(jì)劃同步規(guī)劃，有利于工程進(jìn)展的一致性。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)-運(yùn)輸-支護(hù)-通風(fēng)等輔助設(shè)備及其他相關(guān)程序，確保主體開挖工作的順利進(jìn)行，確保不同作業(yè)線的順利開通。

3 鐵路隧道施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 建立監(jiān)測(cè)測(cè)量信息平臺(tái)

鐵路隧道施工技術(shù)要將現(xiàn)代技術(shù)與先進(jìn)的信息化技術(shù)相結(jié)合，在機(jī)械配套中引入先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的電子監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)視程序，并且管理過程中應(yīng)包含測(cè)量技術(shù)和監(jiān)視系統(tǒng)。使用該技術(shù)時(shí)，必須特別注意：①創(chuàng)建數(shù)據(jù)監(jiān)視平臺(tái)，使用GPS和其他現(xiàn)代技術(shù)監(jiān)視和監(jiān)視實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，記錄隧道建設(shè)初始支護(hù)的特定條件。監(jiān)測(cè)平臺(tái)確保員工施工過程的安全，以實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)安全預(yù)警處置機(jī)制；②通過信息化平臺(tái)，對(duì)記錄和監(jiān)測(cè)圍巖變化情況具有良好的作用，保證工程的安全運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，可以預(yù)留圍巖的變形，以避免過多的開挖和隧道穿入，實(shí)現(xiàn)成本控制；③利用電子基站的測(cè)量結(jié)果對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，通過與信息化平臺(tái)的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，依據(jù)工程進(jìn)展和參數(shù)質(zhì)量調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.2 大斷面開挖和初始支護(hù)

隧道可以通過機(jī)械施工進(jìn)行開挖，以便盡早封閉。使用這種方法，可以將全截面方法與相關(guān)的構(gòu)造技術(shù)（例如階梯法）結(jié)合使用。在實(shí)際施工中，通常先對(duì)掌子面進(jìn)行預(yù)支撐和預(yù)加固，以加固軟弱的圍巖、軟土隧道等，以提高圍巖施工中的安全性，同時(shí)也可以對(duì)后期大面積施工提供參考，必須使用CD（中隔壁）法，CRD（交叉中隔壁）法等。在特定的操作過程中，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉初始支撐，閉合初始支撐以形成環(huán)，并應(yīng)及時(shí)設(shè)定步驟。在對(duì)脆弱的圍巖隧道進(jìn)行初始支撐和密封期間，掌子面和孔跨度之間的距離應(yīng)控制為兩倍。使用3臺(tái)階法時(shí)，環(huán)和掌子面之間的距離應(yīng)控制在孔跨度的兩倍范圍內(nèi)。

3.3 圍巖區(qū)域爆破均勻度控制

隧道的正常掘進(jìn)，必須實(shí)施爆破技術(shù)。施工中需要依據(jù)工程實(shí)際，不斷調(diào)整爆破方案，通過全區(qū)爆破技術(shù)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，在獲得較好的均勻度后，可以推廣進(jìn)行大面積的爆破施工。

3.4 挖掘裝載工作線

在長(zhǎng)大隧道施工中，多功能平臺(tái)用于高度方面的操作，以便為手動(dòng)鉆孔和噴射混凝土支撐提供操作空間。如果開挖采用爆破方法，則必須同時(shí)操作多個(gè)氣動(dòng)鑿巖機(jī)，也可以使用液壓鑿巖機(jī)，同時(shí)手動(dòng)加載爆破和開挖作業(yè)以進(jìn)行鉆孔操作。有軌運(yùn)輸方式可以有效改善運(yùn)輸中的環(huán)境破壞，但使用該方法需要對(duì)機(jī)械進(jìn)行長(zhǎng)期維護(hù)，不僅增加人工成本，也會(huì)對(duì)施工造成一定的影響。無軌運(yùn)輸方式可以有效解決以上弊端，但需要采取有效的通風(fēng)措施，避免隧道內(nèi)廢氣聚集。如果隧道位于雜物外部，必須使用無標(biāo)記的運(yùn)輸方法用翻轉(zhuǎn)式裝載機(jī)裝載挖掘區(qū)域的雜物，以將大噸位的轎廂運(yùn)輸和卸載雜物，并將其直接卸載到雜物場(chǎng)。通常，當(dāng)通過有軌運(yùn)輸時(shí)，可以將輕鋼軌放置在隧道中，然后將大容量自卸車從電瓶車中拉到隧道中。雜物被運(yùn)出并扔掉，第二回程運(yùn)輸也可以使用裝載機(jī)和自卸車進(jìn)行。施工期間通常會(huì)限制施工時(shí)間，此時(shí)，通?？梢允褂盟娇缀托逼伦鳛檩o助構(gòu)造。無軌運(yùn)輸也可用于偏轉(zhuǎn)斜軸和水平孔，如果傾斜軸的傾斜度較大，且不能使用無軌運(yùn)輸方法，則需要有軌運(yùn)輸。在這一點(diǎn)上，必須使傾斜井筒底部的側(cè)向傾斜礦車中的壓艙物倒轉(zhuǎn)，然后將其從帶刺絞盤拉至井口，最后運(yùn)行到車場(chǎng)位置。

4 長(zhǎng)大隧道機(jī)械配套分析

4.1 濕噴機(jī)械手（圖1）

在長(zhǎng)大隧道施工過程中，有必要增加隧道初始支撐的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，濕噴能力需達(dá)到15 m3/h。濕噴機(jī)械手在工程中的應(yīng)用可以有效改善濕噴混凝土能力，通過與現(xiàn)場(chǎng)施工工藝相結(jié)合，可以達(dá)到最優(yōu)效果，其主要優(yōu)點(diǎn)：①優(yōu)化混凝土質(zhì)地、壓實(shí)密度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗?jié)B性，對(duì)保證工程質(zhì)量、避免工程質(zhì)量通病的出現(xiàn)具有重要意義；②可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，同時(shí)施工中也可以保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境；③與手工操作相比，該方法可以大大提高操作效率，減輕手工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，并能控制成本。

4.2 自行式長(zhǎng)弓棧橋（圖2）

長(zhǎng)大隧道施工過程需要控制填充層的接縫，對(duì)保證施工質(zhì)量具有重要作用。要控制整個(gè)隧道拱，使其每個(gè)超過24 m，并調(diào)整高度以確定滑架長(zhǎng)度，通常在9～12 m的范圍內(nèi)確定薄板和填充層之間的分段距離。使用自行式長(zhǎng)弓橋技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：①可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)施工過程，提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省生產(chǎn)成本；②確保隧道基礎(chǔ)的長(zhǎng)度在同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，并減少操作期間出現(xiàn)滲水等質(zhì)量問題；③能夠連續(xù)澆筑，保持結(jié)構(gòu)的整體性，對(duì)于控制結(jié)構(gòu)裂縫具有積極作用。

4.3 二次襯砌車的模具設(shè)備

施工中使用二級(jí)襯砌分流槽，會(huì)發(fā)生諸如效率低、連續(xù)更換聯(lián)鎖和冷連接等問題。此時(shí)，可以使用分流器解決此類問題。通過澆筑適當(dāng)?shù)牟牧?，將混凝土井筒放入模具中以確保有效澆筑。該施工設(shè)備的優(yōu)勢(shì)：①在拱頂中大型歧管通道與歧管缸結(jié)合使用，以有效利用同一窗層。使用常規(guī)澆筑方法時(shí)，應(yīng)避免由于物質(zhì)濃度過高而引起的偏析問題；②可以對(duì)管道復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，在一定程度上避免管道堵塞問題。在該施工技術(shù)的模式下，對(duì)實(shí)現(xiàn)混凝土連續(xù)澆筑同時(shí)避免施工中出現(xiàn)裂縫具有重要作用。

圖1 濕噴機(jī)械手

圖2 自行式長(zhǎng)弓棧橋

4.4 頂拱注漿設(shè)備

二次襯砌在頂拱位置具有較高的澆筑難度?？梢允褂霉ぞ咿D(zhuǎn)換技術(shù)來優(yōu)化砌體車，并且可以將頂部保留注漿孔，從而注入泥漿。初始設(shè)置混凝土后，可以對(duì)其進(jìn)行校正，并使用拱頂注漿設(shè)備進(jìn)行灌漿過程。

4.5 自動(dòng)定位安全警告系統(tǒng)

工程中使用自動(dòng)定位系統(tǒng)，保證工程監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性，建立合理的安全預(yù)警體系，可以接收數(shù)據(jù)來記錄隧道中的人數(shù)、工作狀態(tài)等。然后與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建立電纜連接，并將地圖數(shù)據(jù)通過屏幕、通信接口等傳輸?shù)椒?wù)室。在此過程中，必須注意接收器的距離控制，以確保信號(hào)不會(huì)互相干擾。使用該技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)記錄人員進(jìn)出隧道的情況和時(shí)間，可以在計(jì)算機(jī)上顯示危險(xiǎn)區(qū)域的地點(diǎn)、管理人員和危險(xiǎn)狀況等，同時(shí)可以為安全預(yù)警系統(tǒng)管理人員提供網(wǎng)絡(luò)警報(bào)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)工程安全具有十分重要的意義。