高速公路長(zhǎng)大隧道機(jī)械化施工設(shè)備配套技術(shù)

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摘 要：以廣連高速公路高峰隧道為實(shí)例，圍繞機(jī)械化施工設(shè)備配套技術(shù)進(jìn)行探討，分析其需考慮的因素及配備原則，并結(jié)合實(shí)際工況，確定了設(shè)備配置情況及作業(yè)生產(chǎn)線，其中涉及掘進(jìn)、初期支護(hù)、仰拱、二次襯砌及防排水施工等方面，希望為相關(guān)單位提供參考。

關(guān)鍵詞：高峰隧道 機(jī)械化 配套設(shè)備

1.工程概況

廣州從化至連州高速公路高峰隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，左線全長(zhǎng)4350m；右線全長(zhǎng)4315m；屬于特長(zhǎng)隧道。左線起訖樁號(hào)為ZK152+470至ZK154+645，長(zhǎng)度為2175m，右線起訖樁號(hào)為Y K 1 5 2+ 49 5至YK154+652.5，長(zhǎng)度為2157.5m。單洞累計(jì)總長(zhǎng)4332.5m。隧道穿越第四系殘坡積粉質(zhì)黏土（Q4el+dl），下伏泥盆系上統(tǒng)（D3）泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r夾砂質(zhì)頁(yè)巖。隧道具有洞口淺埋段、溶洞及富水帶，施工時(shí)容易發(fā)生坍方、突泥涌水等不良地質(zhì)。其中Ⅲ級(jí)圍巖占51.5%；Ⅳ級(jí)圍巖占38.5%；Ⅴ級(jí)圍巖占10%。

2.機(jī)械化配套需考慮的因素及配備原則

2.1機(jī)械化配套需考慮的因素

在高峰隧道機(jī)械化配套設(shè)備的選型和配置數(shù)量應(yīng)遵循科學(xué)先進(jìn)以及實(shí)用性的原則，避免設(shè)備的閑置和資源浪費(fèi)，并符合施工方法、HSE、質(zhì)量、工期、圍巖級(jí)別、隧道的斷面尺寸、截面形狀和建設(shè)規(guī)模要求，還應(yīng)充分考慮到各種機(jī)械與設(shè)備之間的協(xié)同效應(yīng)。

2.2機(jī)械化配套施工適應(yīng)條件

機(jī)械化施工對(duì)掘進(jìn)方法有嚴(yán)格的要求，目前其適應(yīng)范圍主要局限于Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面法開(kāi)挖，對(duì)于Ⅳ、Ⅴ級(jí)軟弱圍巖條件下采用單雙側(cè)壁、三臺(tái)階預(yù)留核心土等開(kāi)挖工法尚未實(shí)現(xiàn)機(jī)械化配套技術(shù)。仍然依靠傳統(tǒng)的YT28風(fēng)鉆機(jī)人工鉆孔掘進(jìn)。

對(duì)于長(zhǎng)度>2500m的長(zhǎng)隧道采用機(jī)械化施工具有一定的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于長(zhǎng)度在<2500m的隧道采用機(jī)械化施工成本相對(duì)較高。

3.機(jī)械化配套施工技術(shù)

高峰隧道機(jī)械化施工設(shè)備主要包括掘進(jìn)、支護(hù)、仰拱、防排水、二襯等主要工序。針對(duì)高峰隧道施工機(jī)械選型，經(jīng)過(guò)多次調(diào)研，方案比選，確定了高峰隧道機(jī)械化配套設(shè)備配置情況及5條機(jī)械化配套作業(yè)生產(chǎn)線：

（1）掘進(jìn)：Boomer XL3D三臂鑿巖機(jī)（開(kāi)挖兼顧錨桿、超前小導(dǎo)管作業(yè)）2臺(tái)、SY205C9挖掘機(jī)（開(kāi)挖）2臺(tái)、ZL50GV輪胎式裝載機(jī)（出渣）2臺(tái)、40t雙橋四驅(qū)自卸汽車(chē)（出渣）8臺(tái)；

（2）初期支護(hù)：WXHLC1215自動(dòng)拱架安裝機(jī)（拱架安裝）2臺(tái)、ZTC30濕噴機(jī)械噴射手（濕噴砼）1臺(tái)；

（3）仰拱：38m全自動(dòng)仰拱模板及一體化棧橋（拱架安裝）2臺(tái)；

（4）二次襯砌：12m全自動(dòng)液壓二襯模板臺(tái)車(chē)（二襯砼施工）、6m自動(dòng)養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)（砼養(yǎng)護(hù)）、12m側(cè)溝電纜槽模板臺(tái)車(chē)（側(cè)溝、電纜槽施工），上述設(shè)備各2臺(tái)；

（5）防排水：6m自動(dòng)防水掛布鋼筋一體化臺(tái)車(chē)（防水布兼二襯鋼筋安裝）2臺(tái)。

3.1施工工序

錨桿施工→掌子面開(kāi)挖→超欠挖處理、網(wǎng)片和鋼拱架安裝→初支混凝土噴射→仰拱及弧形底板施工→防水層安裝及二襯鋼筋綁扎→二襯混凝土澆筑→水溝、電纜槽襯砌施工→養(yǎng)護(hù)。

3.2開(kāi)挖作業(yè)機(jī)械化

3.2.1鉆爆機(jī)械化

（1）斷面測(cè)量。因三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆桿與頂推梁之間有0.1m的固定距離，在隧道掘進(jìn)超欠挖控制方面比手持風(fēng)鉆開(kāi)挖難度大，因此，每循環(huán)開(kāi)挖前，測(cè)量組均應(yīng)采用全站儀對(duì)隧道斷面準(zhǔn)確放樣、拱頂標(biāo)高、底板標(biāo)高、拱墻分界線標(biāo)高以及開(kāi)挖輪廓線和設(shè)計(jì)的炮眼位置，并用紅油漆標(biāo)示，將爆破設(shè)計(jì)參數(shù)準(zhǔn)確的反映到工程實(shí)際中。

（2）鉆爆開(kāi)挖。III級(jí)及IV-b圍巖采用上下臺(tái)階法掘進(jìn)，利用2臺(tái)Boomer XL3D三臂液壓鑿巖機(jī)并排同時(shí)施鉆，臺(tái)階長(zhǎng)度8～10m。IV及V級(jí)圍巖采用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)，采用1臺(tái)三臂鑿巖機(jī)進(jìn)行掌子面鉆眼、清孔，人工裝藥、爆破開(kāi)挖，遇軟弱圍巖無(wú)爆破作業(yè)需求時(shí)，運(yùn)用挖掘機(jī)微臺(tái)階法開(kāi)挖；上臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m，中臺(tái)階長(zhǎng)度8～10m。

據(jù)圍巖的堅(jiān)硬程度和巖體的完整性、采用光面爆破設(shè)計(jì)，減少超欠挖現(xiàn)象。采用最快捷的鉆孔順序，精準(zhǔn)的定位，提高炮孔利用率。盡量減少對(duì)周邊圍巖的破壞，節(jié)約支護(hù)成本。

（3）超欠挖控制。因鑿巖機(jī)鉆桿與推進(jìn)梁之間有0.1m的固定距離，并且鉆臂與巖面之間預(yù)留至少5cm的保護(hù)間距，致使鉆機(jī)鉆桿與支護(hù)面不可避免的存在至少15cm的固定距離，因此對(duì)鉆桿定位的精度要求較高，為控制現(xiàn)場(chǎng)超挖量，對(duì)于III級(jí)以上的圍巖超挖平均值控制在10cm以內(nèi)；對(duì)于IV級(jí)圍巖，超挖平均值控制在12cm以內(nèi)。

3.2.2出渣機(jī)械

高峰隧道進(jìn)口段配置了1臺(tái)SY205C9挖掘機(jī)爬渣，配置了2臺(tái)ZL50GV裝載機(jī)裝載機(jī)配合裝渣，配置了8臺(tái)40t以上的雙橋驅(qū)動(dòng)自卸汽車(chē)進(jìn)行掌子面出碴運(yùn)輸，出渣時(shí)可安排其他作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，在條件允許的情況下，形成多點(diǎn)不同工序同時(shí)作業(yè)的局面，提高施工效率。

3.3支護(hù)作業(yè)機(jī)械化

3.3.1錨噴機(jī)械

錨桿孔采用三臂鑿巖機(jī)鉆眼，拱架安裝機(jī)掛網(wǎng)安裝拱架，擠壓式注漿泵進(jìn)行注漿。噴射混凝土采用三一重工制造的ZTC30濕噴機(jī)械手進(jìn)行施工，該設(shè)備采用專(zhuān)用汽車(chē)底盤(pán)與混凝土噴射機(jī)械臂完美結(jié)合，采用發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，噴敷面積大、速度快，粉塵小、噴敷回彈少、原材料省、噴敷質(zhì)量高，以及快速轉(zhuǎn)場(chǎng)，操作維護(hù)方便。

3.3.2拱架安裝機(jī)械

根據(jù)拱架節(jié)段編號(hào)，拱架均勻擺放于隧道兩側(cè)，并利用臺(tái)車(chē)1#、2#工作臂同時(shí)抓取拱架進(jìn)行組裝，各拱架節(jié)段安裝時(shí)，利用拱架安裝機(jī)自帶工作吊籃人工配合精準(zhǔn)就位，采用定位短鋼筋、連接鋼筋固定拱架，混凝土墊塊支墊，確保鋼架穩(wěn)固、間距受控。

3.4仰拱作業(yè)機(jī)械化

仰拱施工均配置自行式全液壓仰拱棧橋，完成初期支護(hù)后，仰拱混凝土澆筑一模9～12m 與二襯澆筑長(zhǎng)度一致一次性澆筑成型確保施工縫對(duì)齊。

高峰隧道仰拱混凝土優(yōu)先于拱墻施工，仰拱整體澆筑，仰拱與仰拱填充分開(kāi)施作，有利于襯砌結(jié)構(gòu)的整體受力。仰拱在棧橋下進(jìn)行混凝土施工，可讓車(chē)輛從填充層通過(guò)棧橋直達(dá)下臺(tái)階，完美配合各類(lèi)臺(tái)階法開(kāi)挖方式下的仰拱（底板）混泥土施工，實(shí)現(xiàn)早封閉、早成環(huán)的施工要求。

采用液壓控制，具有前、后、左、右移動(dòng)功能；行走采用履帶機(jī)構(gòu)，整個(gè)棧橋就位無(wú)需鋪設(shè)鋼軌，1人可以操控，自動(dòng)化程度高、安全可靠。能快速移動(dòng)和就位，完成一次移動(dòng)和就位僅需1～1.5h，能夠提高隧道仰拱混凝土施工進(jìn)度。

3.5防排水作業(yè)機(jī)械化

自動(dòng)防排水及鋼筋施作一體臺(tái)車(chē)為全液壓平臺(tái)主要由行走系統(tǒng)、門(mén)架系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)、拱圈系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等6部分組成。

通過(guò)拱圈和提升系統(tǒng)，將防水板固定在旋轉(zhuǎn)的鋼輥?zhàn)由希撦佔(zhàn)友刂叭\(yùn)動(dòng)的小車(chē)固定，小車(chē)通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)提升并與電動(dòng)機(jī)配合作業(yè)，并用電動(dòng)控制上下、左右移動(dòng)，外側(cè)設(shè)置環(huán)形槽道，鋪設(shè)小車(chē)在環(huán)形槽道內(nèi)運(yùn)動(dòng)以完成防水板鋪設(shè)。

3.6二次襯砌作業(yè)機(jī)械化

高峰隧道進(jìn)口段二襯鋼筋施工采用防水板及鋼筋施工自動(dòng)臺(tái)車(chē)安裝；二次襯砌模板混凝土施工采用12m全自動(dòng)液壓整體式模板臺(tái)車(chē)，在臺(tái)車(chē)上配備混凝土分層布料機(jī)進(jìn)行混凝土泵送入模，二襯混凝土的養(yǎng)護(hù)采用二襯砼移動(dòng)式養(yǎng)護(hù)臺(tái)架。臺(tái)架外側(cè)設(shè)一環(huán)灑水養(yǎng)護(hù)噴嘴，利用電機(jī)自動(dòng)行走，移動(dòng)時(shí)控制左右側(cè)勻速前移進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)配備2臺(tái)400KW發(fā)電機(jī)以防停電，確保施工連續(xù)作業(yè)。二襯配備止水帶安裝夾具，增強(qiáng)了施工縫防水保障能力，實(shí)現(xiàn)安裝止水帶和封端兩道工序互不干擾，既提高了止水帶安裝的質(zhì)量，又提高了工效。在圍巖變形發(fā)展加快或不穩(wěn)定，或出現(xiàn)安全隱患的情況下，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)支護(hù)、早封閉、緊襯砌的措施，以確保隧道施工安全。

外側(cè)水溝、電纜溝槽澆筑采用整體式液壓水溝電纜槽箱體結(jié)構(gòu)臺(tái)車(chē)，模板強(qiáng)度、剛度大、穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了水溝電纜槽整體澆筑。內(nèi)置附著式振搗器振搗，保證了水溝電纜槽的線型美觀、外觀質(zhì)量。兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱(chēng)一次性澆筑與二次襯砌澆筑長(zhǎng)度一致，確保施工縫對(duì)齊。全自動(dòng)臺(tái)車(chē)模板拼裝完成就位后，無(wú)需安拆模板，相比小型模板簡(jiǎn)便。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高峰隧道進(jìn)口段作為大型機(jī)械化隧道施工的標(biāo)準(zhǔn)化工點(diǎn)，通過(guò)對(duì)各隧道機(jī)械化施工裝備進(jìn)行不斷嘗試，加大了創(chuàng)新和應(yīng)用力度，形成了一整套機(jī)械化施工成果，為今后隧道機(jī)械化施工積累了經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，長(zhǎng)大公路隧道機(jī)械化施工設(shè)備配套技術(shù)是成功的。

參考文獻(xiàn)：

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