隧道機械化配套安全快速施工技術(shù)

李中華

（中鐵五局集團成都工程有限責(zé)任公司，四川成都 610031）

0 引言

某鐵路隧道全長為15.013 km，屬于一級風(fēng)險隧道，加上隧道貫穿地層時間較長，自進口開始直至出口巖層結(jié)構(gòu)均有巨大變化，并且隧道洞身周圍包含著灰?guī)r、砂頁巖及石英砂巖等眾多土質(zhì)材料，另外還包含著特殊性巖土、斷層破碎帶、巖溶及軟質(zhì)巖變形等不良土質(zhì)。為確保隧道施工安全，需要施工單位集中采用機械化配套施工技術(shù)。

1 以往傳統(tǒng)隧道建設(shè)施工實際情況

根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示可知，以往鐵路隧道建設(shè)施工過程中最常見方法便是鉆爆法，普遍具有投資成本較少、適應(yīng)性較強及靈活多變等特點。

（1）土質(zhì)預(yù)報設(shè)備?；阼F路隧道建設(shè)施工角度來說，大多數(shù)土質(zhì)預(yù)報設(shè)備都采用國產(chǎn)型號地質(zhì)鉆機工具，極少數(shù)使用進口地質(zhì)鉆機設(shè)備。

（2）初期支護設(shè)備。在對鐵路隧道展開錨噴工作時，大多數(shù)施工單位都會采用小型濕噴機或是潮噴機設(shè)備，但如果隧道總長度較長，則需采用大型濕噴機設(shè)備，而錨桿施工則大多都是以人工方式為主，錨桿臺車使用頻率非常少。

（3）挖裝運設(shè)備。通常來說，在進行鐵路隧道開挖時主要使用到的設(shè)備工具包括人工手持風(fēng)鉆、電動空壓機及簡易形式鉆孔臺架等設(shè)備。對于簡易鉆孔臺架來說，存在著一定缺陷，即規(guī)模較大、移動不便及無法充分保證臺架位置處于準(zhǔn)確狀態(tài)等，再加上鉆孔臺架結(jié)構(gòu)全是由鋼結(jié)構(gòu)組合而成，因而無法循環(huán)使用且鉆孔臺架高度始終處于一種狀態(tài)，僅能應(yīng)用于一種斷面隧道開挖結(jié)構(gòu)之中。但如果是在隧道地質(zhì)條件較好環(huán)境下，則可采用鉆孔鑿巖臺車展開具體開挖建設(shè)施工[1]。

（4）仰拱設(shè)備。對于隧道仰拱施工來說，最常使用的設(shè)備便是標(biāo)準(zhǔn)形式鋼模板和簡易形式仰拱棧橋，極少會使用自行移動仰拱棧橋，而該種模式之所以使用頻率較低，原因在于其并無任何防護型裝置，自身整體安全系數(shù)較低，并且在具體施工移動時還需要挖掘機為其配合幫助。

（5）防排水設(shè)備。在鐵路隧道建設(shè)施工環(huán)境下，如果不具備標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)防水板設(shè)備，那么則要使用自制形式簡易鋪設(shè)臺架，但往往也存在著一定不足之處。例如，可能面臨種種安全隱患，自身安全系數(shù)較低，并且需將防水板移放置簡易臺架上，方可開展下一環(huán)節(jié)工作，不僅需要大量勞動人員，而且勞動人員自身工作量也較大[2]。

2 隧道機械化配套快速施工技術(shù)

2.1 超前土質(zhì)預(yù)報

基于當(dāng)前鐵路隧道建設(shè)施工實際情況來看，使用最為廣泛的鉆機設(shè)備便是日本研發(fā)的RPD-180C多功能形式土質(zhì)鉆機設(shè)備，具有鉆進速度較快，平均可達(dá)到（20～40）m/h速度，安全環(huán)保無污染，可操作性能較強，堅固使用壽命較長等綜合性優(yōu)勢。該類鉆機設(shè)備包含MWD（Measurement While Drilling，隨鉆測量）快速超前預(yù)報功能，利用多種傳感器設(shè)備，可對隧道建設(shè)施工信息數(shù)據(jù)進行全面詳細(xì)收集并傳遞，隨后由中央處理器展開針對性處理工作，充分考慮到各種因素，如推進壓力、破壞因素、排水壓力、送水壓力、送水量及排水量等，并將上述所有數(shù)據(jù)全部以曲線形式表示出來，便于施工人員能對其展開更加深入化分析探討，進而準(zhǔn)確判斷所有可能發(fā)生的數(shù)據(jù)變化情況，有效保證隧道機械化配套施工的順利進行，為達(dá)到隧道施工良好質(zhì)量狀態(tài)奠定基礎(chǔ)保障[3]。

2.2 隧道開挖施工

基于現(xiàn)階段實際情況來說，鐵路隧道開挖施工最常見使用設(shè)備便是YT-28人工手持風(fēng)鉆和自行研發(fā)多功能鉆孔臺架設(shè)備，其中多功能鉆孔臺架設(shè)備（應(yīng)使用3臂鑿巖臺車，如圖1所示，2臺鑿巖臺車全斷面施工，全電腦3臂臺車可以進行超前地質(zhì)預(yù)報，并可對地質(zhì)情況進行描述。）具有諸多優(yōu)勢：臺架可完全自動運行且靈活多變，不單能直線運行還可轉(zhuǎn)彎行駛，并且鉆孔臺架高度可根據(jù)自身實際情況隨意調(diào)整，可廣泛適用于多個不同類型隧道建設(shè)工程，甚至鉆孔臺架設(shè)置起吊設(shè)備，可達(dá)到一車多用效果，進而大大降低勞動人員實際工作量，而鉆孔臺架上布置安排也是十分合理得當(dāng)，便于切實提高隧道機械施工效率。而以往傳統(tǒng)的隧道建設(shè)施工，在鉆孔臺車使用過程中，往往都因受到某種因素影響導(dǎo)致臺架運行期間面臨較多問題，在這種情況下就愈發(fā)突出了鉆孔臺架存在的優(yōu)勢。

2.3 初期支護作業(yè)

據(jù)當(dāng)前情況來看，隧道施工初期支護混凝土作業(yè)主要采用大功率濕噴機設(shè)備，最大噴射高度可達(dá)到17.5 m左右，并且噴射寬度約28.7 m，實際噴射量可達(dá)到（15～25）m3/h，實際承受噴射壓力為7.8 MPa，行駛速度較快、無尾氣排放，污染影響較小及隧道建設(shè)施工期間故障出現(xiàn)可能性較低。具體包括2點：①大大提高了施工成效。通常施工人員在具體使用混凝土噴射機械手之前，均應(yīng)開展干噴機作業(yè)，平均每間隔6 h左右循環(huán)操作1次，在此步驟完成后，可平均每間隔4 h循環(huán)1次。②有利于充分保障隧道施工安全環(huán)保性。往往在混凝土噴射機機械設(shè)備使用完后，錨噴粉塵含量會大幅度下降，機械設(shè)備運行周圍粉塵含量幾乎處于零的狀態(tài)，再加上混凝土噴射作業(yè)大多都是使用電動驅(qū)動形式，因而并無任何尾氣污染排放，能夠有效防止施工人員吸入大量粉塵及尾氣。除此之外，不但能有效保障施工人員人身安全性，還能促使隧道施工快速完成，進一步凸顯了快速施工、安全高效工作理念，實現(xiàn)了隧道機械化配套施工理想效果[4]。

圖1 全電腦3臂臺車全斷面開挖

2.4 隧道仰拱作業(yè)

根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示可知，在進行鐵路隧道仰拱作業(yè)時最常見使用形式便為第三代大跨度自行移動仰拱棧橋，基于傳統(tǒng)棧橋基礎(chǔ)上，增設(shè)了行走裝置及電氣運行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，極大提高了棧橋升降等實際功能，并且在棧橋?qū)嶋H運行期間，隧道初期支護、鋼筋綁扎等環(huán)節(jié)施工還能共同實行開展，進而不但對混凝土澆筑提供了一定便利性，還能充分保證車輛行駛安全可靠性。同時棧橋自身攜帶液壓行走系統(tǒng)還能實現(xiàn)橫向縱向自由移動，與第一代棧橋相比較而言，其最大的優(yōu)勢便是可靈活改變移動方向，為實現(xiàn)隧道機械化配套快速施工最佳效果創(chuàng)造了良好條件。

2.5 防排水工作

基于鐵路隧道建設(shè)施工角度來說，防排水工作通常使用防水板鋪設(shè)臺車，適用于防水板鋪設(shè)施工作業(yè)，不僅僅能完全獨立實現(xiàn)作業(yè)要求，還能基于初期支護條件下自動行走鋪設(shè)，極大減少勞動工作量，為工作人員更加快速施工提供了極大便利性，最大限度提高了隧道防排水施工效率。同時施工人員還可在防水板鋪設(shè)臺車結(jié)構(gòu)上進行寬度約為3.5 m規(guī)格防水板的設(shè)置，并且將防水卷材由左側(cè)位置延伸到右側(cè)位置，工作人員僅僅需要在適當(dāng)位置進行焊接工作即可，可進一步保證工作人員自身安全性。除此之外，施工人員還能對防水板進行徑向裝置調(diào)整，適當(dāng)縮小防水板和隧道內(nèi)壁之間距離，并在鉆孔臺車上增加橫移裝置，從而可結(jié)合鐵路隧道施工實際情況將臺車移送到適當(dāng)位置，從而促使隧道機械配套施工能夠更加高效順利展開[5]。

2.6 二襯施工

二襯施工，自動分層澆筑襯砌臺車，傳統(tǒng)門架式的襯砌臺車，受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支撐桿眾多，內(nèi)部空間狹小，不方便操作，很容易引起跑模，混凝土離析，“人”字坡冷縫等質(zhì)量缺陷，自動分層逐窗澆筑襯砌臺車克服了傳統(tǒng)臺車的種種弊端，大大提高了施工效率與澆筑質(zhì)量。

3 結(jié)束語

對于現(xiàn)階段的鐵路隧道建設(shè)施工來說，不斷朝向機械化配套安全施工方向轉(zhuǎn)變已經(jīng)是必然趨勢，不僅有利于極大節(jié)省時間和投資成本，有效降低勞動人員實際工作量，還能進一步保證勞動人員施工安全性，在達(dá)到較高質(zhì)量水平的基礎(chǔ)上實現(xiàn)較高經(jīng)濟收益，進而促使鐵路隧道機械化配套安全施工順利進行，便于為后期隧道機械化更深層次發(fā)展提供切實可行的參考依據(jù)。

［1］劉進軍.高速鐵路長大隧道施工機械配套技術(shù)研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2012.

［2］朱琴生.高原高寒特長鐵路單線隧道機械化施工配套技術(shù)應(yīng)用［J］.中國設(shè)備工程，2017（10）：147-148.

［3］張偉，陳建民，金明亮，等.基于雙臂鑿巖臺車隧道機械化施工配套技術(shù)經(jīng)濟性研究［J］.筑路機械與施工機械化，2015（06）：99-102，106.

［4］賴滌泉，汪西應(yīng)，王金祥.隧道安全快速施工機械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究［J］.建設(shè)機械技術(shù)與管理，2009（11）：107-113.

［5］萬姜林，李檜祥，時圣文，等.單線鐵路長隧道機械化配套與快速施工技術(shù)［J］.中國鐵道科學(xué)，2002（03）：110-116.