高速鐵路隧道機(jī)械化施工技術(shù)分析

摘要：對(duì)高速鐵路隧道機(jī)械化施工技術(shù)進(jìn)行全面分析。通過引入先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)，如全電腦三臂鑿巖臺(tái)車、大跨度伸縮式移動(dòng)棧橋等，實(shí)現(xiàn)了隧道開挖支護(hù)、仰拱三區(qū)同步作業(yè)、防水自動(dòng)作業(yè)以及二次襯砌智能作業(yè)等多個(gè)方面的提升。這些技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了施工效率和質(zhì)量，同時(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，為高速鐵路隧道建設(shè)帶來了重要的推動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：高速鐵路隧道機(jī)械化施工技術(shù)機(jī)械化設(shè)備

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

作為現(xiàn)代化隧道建設(shè)的重要組成部分，隧道機(jī)械化施工技術(shù)對(duì)我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展具有重要意義，也對(duì)隧道機(jī)械化施工技術(shù)提出了更高的要求。在隧道機(jī)械化施工技術(shù)的發(fā)展過程中，應(yīng)注意加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有施工機(jī)械設(shè)備的改造和完善，通過提高機(jī)械化設(shè)備的自動(dòng)化水平和操作人員的專業(yè)技能來提升施工效率和施工質(zhì)量[1]。

1隧道開挖支護(hù)配套作業(yè)

1.1全電腦三臂鑿巖臺(tái)車技術(shù)

隧道開挖采用全電腦三臂鑿巖臺(tái)車，減少了掌子面作業(yè)人數(shù)；隧道開挖后，采用濕噴機(jī)械手對(duì)掌子面初噴封閉，三臂鑿巖臺(tái)車施作系統(tǒng)錨桿，拱架安裝臺(tái)車安裝拱架，多機(jī)協(xié)同作業(yè)，極大地改善了掌子面作業(yè)環(huán)境，提高了施工效率，降低隧道施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

三臂鑿巖臺(tái)車配置鐵建重工ZYS123全電腦三臂鑿巖臺(tái)車，整機(jī)功率325kW，外形尺寸16.1m×2.9m×3.6m，重量52t，如圖1所示。全電腦三臂鑿巖臺(tái)車依托智能化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)整機(jī)在隧道內(nèi)精確定位與多臂同步姿態(tài)調(diào)整，一鍵啟動(dòng)，多鉆臂自動(dòng)工作等功能。

全電腦三臂鑿巖臺(tái)車設(shè)備特點(diǎn)。

（1）全自動(dòng)高效智能化鉆孔，依據(jù)預(yù)先導(dǎo)入車載電腦的鉆孔參數(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)圖，一鍵激活，精確布陣三路鉆孔大臂，鉆孔定位、領(lǐng)孔、全速推進(jìn)均能做到全自動(dòng)控制，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，且鉆孔質(zhì)量高，能夠嚴(yán)格控制超欠挖。

（2）超前地質(zhì)勘探和地質(zhì)分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔壓力、鉆孔速度等參數(shù)，通過軟件分析復(fù)原地質(zhì)狀況，并形成地質(zhì)報(bào)告。

（3）激光掃描儀全程記錄每一次爆破前后的隧道輪廓，逆向生成截面三維結(jié)構(gòu)模型，得出超欠挖數(shù)據(jù)。

（4）改進(jìn)誘導(dǎo)裝置，可有效控制周邊眼外插角度，減少炮孔底腳超挖，保障光面爆破質(zhì)量。

（5）臺(tái)車可進(jìn)行錨桿孔、注漿孔、管棚孔、爆破孔、超前水平探孔施作，可以滿足隧道內(nèi)支護(hù)、掌子面爆破、超前探測(cè)等施工需求。

1.2懸臂式掘進(jìn)機(jī)

非爆開挖方式可選用懸臂式掘進(jìn)機(jī)，中鐵裝備300A型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，設(shè)備尺寸為16m×3.6m×3.8m（長(zhǎng)×寬×高），切割硬度≤70MPa，切割功率為260kW，切割范圍為6.0m×6.5m，整機(jī)質(zhì)量為110t，供電電壓1140V，如圖2所示。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)設(shè)備的特點(diǎn)。

（1）懸臂式掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)緊湊，整機(jī)穩(wěn)定性強(qiáng)。這種設(shè)計(jì)不僅使得機(jī)器能夠在各種復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，還確保了掘進(jìn)作業(yè)的安全性和效率。

（2）懸臂式掘進(jìn)機(jī)采用小直徑切割頭，具有單刀力大、破巖能力強(qiáng)、切割振動(dòng)小的特點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)使得掘進(jìn)機(jī)能夠快速、有效地切割各種硬度的巖石，提高了掘進(jìn)效率。

（3）懸臂式掘進(jìn)機(jī)的切割部可以伸縮，有效增加了切割面的面積。這意味著機(jī)器可以適應(yīng)不同寬度的巷道或隧道，實(shí)現(xiàn)更大范圍的掘進(jìn)作業(yè)。

1.3拱架安裝臺(tái)車技術(shù)

拱架安裝臺(tái)車是一種具備鋼拱架快速安裝的新型隧道施工機(jī)械，外形尺寸為13.8m×2.9m×2.97?;m。臺(tái)車采用機(jī)械臂與吊籃相結(jié)合，精確吊裝拱架，實(shí)現(xiàn)拱架安裝全范圍作業(yè)，具有安裝速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

1.4濕噴機(jī)械手

配置濕噴機(jī)械手，外形尺寸為9.38m×2.5m×3.5m，濕噴機(jī)械手采用遙控噴錨作業(yè)，可有效控制噴頭角度及噴射距離，大大降低了作業(yè)區(qū)粉塵濃度，改善了作業(yè)環(huán)境，噴射人員遠(yuǎn)離噴射面，保障了作業(yè)人員安全健康，可動(dòng)態(tài)調(diào)整速凝劑摻量，具有噴射速度快、動(dòng)作靈活、操作簡(jiǎn)單、回彈率低等優(yōu)點(diǎn)。

2二次襯砌智能作業(yè)

2.1大跨度伸縮式移動(dòng)棧橋技術(shù)

配置大跨度伸縮式移動(dòng)棧橋，棧橋總長(zhǎng)度為61m，有效施工長(zhǎng)度為36m，配備環(huán)向滑膜、自動(dòng)行走系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了仰拱開挖支護(hù)、仰拱襯砌、仰拱填充平行同步作業(yè)，縮短了工序循環(huán)時(shí)間，確保仰拱步距合格，消除了仰拱施工進(jìn)度對(duì)掌子面開挖施工的制約；布料采用仰拱布料小車，使仰拱澆筑連續(xù)，提高仰拱混凝土質(zhì)量，減少工序作業(yè)時(shí)間及勞動(dòng)力，提高了仰拱施工工效[2]。

大跨度伸縮式移動(dòng)棧橋設(shè)備特點(diǎn)：（1）伸縮式移動(dòng)棧橋有效施工長(zhǎng)度36m，可實(shí)現(xiàn)仰拱開挖支護(hù)、仰拱襯砌、仰拱填充平行同步作業(yè)，縮短了工序循環(huán)時(shí)間；（2）環(huán)向滑膜，實(shí)現(xiàn)了仰拱弧形輪廓成型，確保結(jié)構(gòu)受力，同時(shí)利于振搗，提高了施工質(zhì)量；（3）使用仰拱布料小車，可確保仰拱澆筑連續(xù)，提高仰拱混凝土質(zhì)量，減少工序作業(yè)時(shí)間及勞動(dòng)力，提高仰拱施工工效；

2.2自行式防水板自動(dòng)鋪掛臺(tái)車技術(shù)

配置自行式防水板自動(dòng)鋪掛臺(tái)車，臺(tái)車采用遙控伸縮臂及卷軸鋪掛，便于控制防水板鋪掛松緊度，使用激光定位器精確定位熱熔墊圈，電磁焊機(jī)焊接，操作簡(jiǎn)單，施工效率高；臺(tái)車平臺(tái)采用臺(tái)階形式，工人上下施工方便，輪胎式行走，臺(tái)車移動(dòng)快捷。

自行式防水板自動(dòng)鋪掛臺(tái)車設(shè)備特點(diǎn)：（1）采用輪胎行走，移動(dòng)、定位方便；（2）土工布、防水板采用鋪掛系統(tǒng)進(jìn)行鋪掛，通過可伸縮式旋轉(zhuǎn)臂+卷軸的方式將土工布、防水板從一側(cè)牽引至另一側(cè)，解決了以往防水板鋪掛較慢的問題，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3門架式智能化襯砌臺(tái)車技術(shù)

采用門架式智能化襯砌臺(tái)車，配置自動(dòng)澆筑系統(tǒng)、附著式及拱頂插入式振搗器、壓力傳感器、液位繼電器、軟搭接和可伸縮端頭模板，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)分倉(cāng)澆筑，有效控制澆筑高度，氣動(dòng)附著式振搗、拱頂插入式振搗裝置提高了混凝土密實(shí)度，壓力傳感器、液位繼電器、拱頂透明端頭模板及溢漿孔等裝置可實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土澆筑，掌握澆筑進(jìn)程，預(yù)防拱頂脫空問題，保障襯砌混凝土澆筑質(zhì)量[3]。

門架式智能化襯砌臺(tái)車設(shè)備特點(diǎn)：（1）臺(tái)車為框架式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，凈空大；（2）配備三維激光掃描處理系統(tǒng)，可預(yù)判混凝土澆筑方量，準(zhǔn)確預(yù)估最后一車混凝土需求量，確?；炷翝仓枬M，嚴(yán)防拱頂脫空；（3）配備自動(dòng)澆筑系統(tǒng)，分5層，共56窗口澆筑（拱頂4個(gè)），利用混凝土輸送泵壓力，通過混凝土輸送管將混凝土送進(jìn)每個(gè)澆筑窗口，布料小車可前后移動(dòng)、左右旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)分層、分窗澆筑，只需一人操作即可，更換窗口時(shí)間可控制在10～15s之間，提高了效率，減少澆筑時(shí)間；（4）配置氣動(dòng)附著式振搗器56臺(tái)，插入式振搗器16臺(tái)，實(shí)現(xiàn)環(huán)向、縱向、厚度方向全覆蓋振搗，可有效解決拱頂振搗不到位及局部堵塞造成的拱頂混凝土空洞及不密實(shí)問題，提升混凝土澆筑質(zhì)量。拱頂插入式振搗器設(shè)置于可旋轉(zhuǎn)圓盤上，可360°調(diào)整振搗棒插入位置，避免混凝土澆筑時(shí)振搗棒頂碰鋼筋；（5）配置自動(dòng)行走系統(tǒng)，無須人工搬運(yùn)軌道，可自助鋪軌，有效降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少作業(yè)人數(shù)；（6）配置可伸縮端頭模板及軟搭接，可伸縮端頭模板適應(yīng)性強(qiáng)、拆裝方便，模板可多次重復(fù)使用，降低施工成本，軟搭接?？梢杂行Х乐苟r臺(tái)車頂裂成品襯砌，改善襯砌接縫質(zhì)量；（7）設(shè)置壓力傳感器、液位繼電器、拱頂透明端頭模板和溢漿孔配合使用，觀測(cè)監(jiān)控拱頂部分二襯混凝土澆筑情況，有效避免隧道混凝土拱頂空洞。

2.4雙臺(tái)車隧道襯砌聯(lián)合養(yǎng)護(hù)技術(shù)

采用“固定蒸養(yǎng)臺(tái)車+往返噴淋臺(tái)車”聯(lián)合養(yǎng)護(hù)的方式，既能確保固定蒸養(yǎng)臺(tái)車對(duì)新拆模襯砌混凝土及時(shí)進(jìn)行蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)，又能利用往返噴淋跟養(yǎng)臺(tái)車對(duì)養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)的襯砌混凝土進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)，并根據(jù)襯砌齡期進(jìn)行靈活調(diào)整[4-5]。

養(yǎng)護(hù)臺(tái)車設(shè)備特點(diǎn)：（1）蒸養(yǎng)臺(tái)車采用溫度濕度智能精確控制裝置，對(duì)新拆模襯砌混凝土進(jìn)行精準(zhǔn)蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)；（2）前3天采用蒸養(yǎng)臺(tái)車，確?；炷帘砻媾c水溫差在15℃以內(nèi)，避免混凝土表面突然受冷出現(xiàn)裂紋，提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量；（3）后期采用往返噴淋跟養(yǎng)臺(tái)車，對(duì)襯砌混凝土養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)的所有隧道襯砌進(jìn)行全覆蓋往返噴淋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)效率高，并根據(jù)襯砌齡期進(jìn)行靈活調(diào)整，保障了襯砌混凝土質(zhì)量。

3全電驅(qū)設(shè)備

為秉承打造綠色環(huán)保施工、生態(tài)文明工程的目標(biāo)理念，隧道施工機(jī)械優(yōu)先選用電驅(qū)裝載機(jī)、電驅(qū)挖掘機(jī)、電動(dòng)混凝土運(yùn)輸車、電驅(qū)出渣車等全電驅(qū)設(shè)備，較傳統(tǒng)的燃油設(shè)備在節(jié)能降造、使用成本、環(huán)境保護(hù)等方面具備突出優(yōu)勢(shì)，助力打造綠色節(jié)能環(huán)保工程[6]。

4結(jié)語

在高速鐵路隧道建設(shè)中，機(jī)械化施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用為工程進(jìn)展提供了強(qiáng)大支持。本文介紹了一系列先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)，如全電腦三臂鑿巖臺(tái)車、大跨度伸縮式移動(dòng)棧橋等，這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了施工效率和質(zhì)量，同時(shí)也降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，高速鐵路隧道建設(shè)將迎來更加美好的未來。

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