機(jī)械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應(yīng)用

邢賀虎

（中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

我國(guó)傳統(tǒng)的高速鐵路隧道施工，通常情況使用人工鉆爆法。人工鉆爆法存在危險(xiǎn)系數(shù)較大、施工效率較低等一系列問(wèn)題。這在一定程度上影響到高速鐵路隧道施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。機(jī)械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應(yīng)用能夠改善這些問(wèn)題。為此，本文針對(duì)機(jī)械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應(yīng)用進(jìn)行探究。

1 機(jī)械化施工配套概述

在高速鐵路隧道施工過(guò)程中，合理有效運(yùn)用機(jī)械化施工配套能夠很大程度上提高施工機(jī)械化水平。機(jī)械化施工配套已經(jīng)成為高速鐵路隧道工程的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械化施工配套是指在高速鐵路隧道施工中的開(kāi)挖施工環(huán)節(jié)、初期支護(hù)施工環(huán)節(jié)以及二次襯砌環(huán)節(jié)中通過(guò)機(jī)械化作業(yè)線展開(kāi)施工，能夠快速達(dá)到施工目標(biāo)。在高速鐵路隧道施工過(guò)程中運(yùn)用機(jī)械化施工配套主要目標(biāo)就是提高施工水平以及施工進(jìn)度，還要在一定程度上有效降低施工人員的施工強(qiáng)度以及施工難度。機(jī)械化施工配套在高速鐵路隧道主體工程施工過(guò)程中運(yùn)用，在隧道開(kāi)挖施工環(huán)節(jié)中主要是運(yùn)用全電腦三臂鑿巖臺(tái)車。在初期支護(hù)施工環(huán)節(jié)過(guò)程中應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備主要是噴濕機(jī)械手和鋼拱架拼裝機(jī)。一般情況下，在仰拱施工環(huán)節(jié)主要用到的施工機(jī)械設(shè)備是仰拱模板及自行式仰拱棧橋。拱部襯砌施工機(jī)械主要采用防水板自動(dòng)鋪設(shè)臺(tái)車、數(shù)字化襯砌臺(tái)車。然后再開(kāi)展相關(guān)施工工作[1]。在高速鐵路隧道施工過(guò)程中運(yùn)用機(jī)械化施工配套能夠有效提高各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量以及施工效率。

2 高速鐵路隧道施工中機(jī)械化施工配套的注意事項(xiàng)

（1）機(jī)械化施工配套在高速鐵路隧道施工過(guò)程中應(yīng)用時(shí)，必須嚴(yán)格在高速鐵路隧道機(jī)械化施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及要求的基礎(chǔ)上，選擇機(jī)械設(shè)備的型號(hào)和數(shù)量。還要充分結(jié)合高速鐵路隧道施工實(shí)際情況進(jìn)行選擇，選擇出最合理的機(jī)械化設(shè)備。

（2）在展開(kāi)機(jī)械化施工配套前，相關(guān)施工人員必須要充分了解高速鐵路隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，以及機(jī)械化施工配套相關(guān)技術(shù)，確保機(jī)械化施工配套能夠滿足高速鐵路隧道施工的實(shí)際需求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）對(duì)于機(jī)械化施工配套，機(jī)械設(shè)備質(zhì)量十分關(guān)鍵，這在一定程度上影響高速鐵路隧道施工質(zhì)量，也決定著機(jī)械化施工配套的應(yīng)用效率以及效果。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)人員采購(gòu)機(jī)械設(shè)備時(shí)，一定要確保機(jī)械設(shè)備質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)機(jī)械設(shè)備在維修方面也應(yīng)具備方便簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

（4）機(jī)械化施工配套對(duì)于施工人員的要求以及標(biāo)準(zhǔn)非常高。因此，在機(jī)械化施工配套實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，施工單位應(yīng)注意對(duì)施工人員開(kāi)展定期培訓(xùn)，以此提高施工人員的工作能力，以及操作機(jī)械化設(shè)備的水平，這樣才能真正保證機(jī)械化施工配套能夠在高速鐵路隧道施工過(guò)程中充分發(fā)揮作用價(jià)值。

3 高速鐵路隧道施工中機(jī)械化施工配套的應(yīng)用策略

3.1 在隧道開(kāi)挖施工中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的高速鐵路隧道施工過(guò)程中，在隧道開(kāi)挖施工環(huán)節(jié)通常使用人工鉆爆法。人工鉆爆法一般使用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)。風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔精準(zhǔn)度不足、施工效率較為低下，嚴(yán)重影響高速鐵路隧道開(kāi)挖施工質(zhì)量。在高速鐵路隧道施工過(guò)程中應(yīng)用機(jī)械化施工配套能夠解決這些問(wèn)題。施工人員可以運(yùn)用全電腦三臂鑿巖臺(tái)車展開(kāi)隧道開(kāi)挖施工。

（1）采用定位與掃描一體式裝置，實(shí)現(xiàn)鑿巖臺(tái)車在隧道內(nèi)的精確定位，爆破設(shè)計(jì)圖導(dǎo)入電腦，無(wú)需掌子面描點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆孔。鉆孔角度、位置、深度等參數(shù)由電腦控制，鉆孔精確，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并采集鉆孔壓力、鉆孔速度和鉆桿旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)。通過(guò)MWD 軟件分析復(fù)原地質(zhì)情況，優(yōu)化爆破方案。

（2）全電腦三臂鑿巖臺(tái)車具有自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)3D 掃描日志功能，用于檢查超挖、欠挖情況，還可以計(jì)算出超挖及欠挖的土石方量。

（3）作業(yè)人員僅用5～7 人即可，體力勞動(dòng)很少，鑿巖臺(tái)車的鑿巖機(jī)功率大，鉆孔速度快，最快速度可達(dá)3～5 m/min。

與使用傳統(tǒng)的YT-28 鑿巖機(jī)配備開(kāi)挖臺(tái)架相比，使用全電腦三臂鑿巖臺(tái)車施工優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）作業(yè)人員節(jié)省很多，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，工作效率提高，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

（2）光面爆破效果更好，超欠挖控制效果提高，減少了噴射混凝土方量，節(jié)約噴射作業(yè)時(shí)間。

（3）噪聲和灰塵污染有效降低，減少施工對(duì)工作人員身體傷害。

3.2 在初期支護(hù)施工環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

在高速鐵路隧道初期支護(hù)施工環(huán)節(jié)中運(yùn)用機(jī)械化施工配套時(shí)，首先，施工人員應(yīng)該合理選擇機(jī)械設(shè)備，具體應(yīng)選擇拱架拼裝機(jī)和雙臂混凝土濕噴機(jī)。

使用支護(hù)架立拱架拼裝機(jī)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工配備開(kāi)挖臺(tái)車立架施工。拱架拼裝機(jī)定位后，電腦自動(dòng)掃描斷面，精準(zhǔn)定位架立位置。機(jī)械臂調(diào)控拱架做到精準(zhǔn)拼裝，拱架連接法蘭孔精準(zhǔn)對(duì)位，拱架連接牢固可靠。整榀拱架調(diào)節(jié)，可達(dá)到設(shè)計(jì)位置要求。鋼拱架施工作業(yè)較傳統(tǒng)施工人員減少4～5 人，勞動(dòng)強(qiáng)度和施工安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)降低，作業(yè)時(shí)間節(jié)約50%，施工質(zhì)量大大提升。

高速鐵路隧道噴射混凝土作業(yè)采用雙臂混凝土濕噴機(jī)，最大噴射速度可達(dá)50 m3/h。濕噴機(jī)操作手遠(yuǎn)距離操作遙控裝置，可以隨時(shí)調(diào)整噴射角度、噴射距離和噴射速度，還可以遙控調(diào)整車載液體速凝劑摻量。雙臂混凝土濕噴機(jī)臂架為折疊伸縮臂結(jié)構(gòu)，一次定位噴射高度覆蓋16 m、噴射寬度覆蓋30 m、噴射縱向覆蓋14 m，實(shí)現(xiàn)噴射無(wú)死區(qū)、死角。相對(duì)于傳統(tǒng)小濕噴機(jī)和臺(tái)車組合，使用雙臂混凝土濕噴機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）可遠(yuǎn)距離遙控操作，減少操作手吸入的霧狀速凝劑及速凝劑濺射人身的可能性，提高了作業(yè)人員的施工安全系數(shù)。

（2）雙臂混凝土濕噴機(jī)噴射速度快、力量大，降低了初支面空洞概率，減少了噴射作業(yè)時(shí)間。

（3）機(jī)械移動(dòng)方便，噴射角度、噴射距離和噴射速度易于調(diào)整，使得分層噴射效果更好，混凝土噴射回彈率降低，提高了施工質(zhì)量。

3.3 在仰拱施工環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的高速鐵路隧道仰拱施工環(huán)節(jié)過(guò)程，主要是通過(guò)仰拱弧形模板開(kāi)展施工。運(yùn)用模板過(guò)程中需要通過(guò)挖掘機(jī)輔助施工，存在一定的安全隱患，且施工速度慢。傳統(tǒng)棧橋在剛度與重量上限制了棧橋長(zhǎng)度，無(wú)法做到仰拱襯砌工序與仰拱開(kāi)挖工序同時(shí)作業(yè)，使得高速鐵路隧道仰拱施工進(jìn)度被拖慢。在高速鐵路隧道仰拱施工環(huán)節(jié)，運(yùn)用機(jī)械化施工配套包含的液壓仰拱模板以及自行式仰拱棧橋開(kāi)展施工，能夠解決以上問(wèn)題。由于液壓仰拱模板以及自行式仰拱棧橋能夠?qū)崿F(xiàn)自主移動(dòng)，且自行式仰拱棧橋長(zhǎng)度可達(dá)41.7 m。因此，在仰拱施工環(huán)節(jié)中運(yùn)用液壓仰拱模板以及自行式仰拱棧橋，能夠使得仰拱襯砌施工工序以及仰拱開(kāi)挖施工工序同時(shí)作業(yè)，有效降低高速鐵路隧道仰拱施工難度，有效提高高速鐵路隧道仰拱施工質(zhì)量以及施工效率[4]，同時(shí)還能保證隧道施工安全步距，降低隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

3.4 在拱部襯砌施工環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

在高速鐵路隧道施工過(guò)程中，拱部襯砌是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。合理選用機(jī)械化配套對(duì)提高拱部襯砌施工質(zhì)量和施工效率尤為重要。防水板鋪設(shè)施工與鋼筋綁扎施工采用防水板鋼筋鋪設(shè)臺(tái)車，可滿足6 m 寬幅防水板鋪設(shè)，也可滿足12 m 鋼筋一次性綁扎。防水板鋼筋鋪設(shè)臺(tái)車自帶吊裝系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，可以自動(dòng)鋪展防水板。防水板鋼筋鋪設(shè)臺(tái)車整機(jī)作業(yè)遙控控制，自帶縱向行走和橫向平移功能。相對(duì)于使用傳統(tǒng)的鋼筋鋪設(shè)臺(tái)車，使用新型防水板鋼筋鋪設(shè)臺(tái)車，人工鋪設(shè)防水板從3 m 幅寬防水卷材改進(jìn)為6 m 幅寬防水板，且可以自動(dòng)鋪展，減少了防水板焊縫次數(shù)，提高防水板施工質(zhì)量，減少作業(yè)人員，節(jié)省工作時(shí)間。

高速鐵路隧道拱部襯砌采用數(shù)字化襯砌臺(tái)車。數(shù)字化襯砌臺(tái)車安裝有分層溜槽裝置，可以做到自動(dòng)分層分窗帶壓灌注。數(shù)字化襯砌臺(tái)車電腦系統(tǒng)可以做到可視化灌注液面，灌注方量統(tǒng)計(jì)。數(shù)字化襯砌臺(tái)車安裝的高頻氣動(dòng)振動(dòng)器，振動(dòng)范圍廣、深度大，與氣囊堵頭相配合，有效避免端頭模板漏漿，使混凝土振搗密實(shí)。數(shù)字化襯砌臺(tái)車拱頂具備信號(hào)反饋和壓力檢測(cè)雙重監(jiān)測(cè)，確保拱頂灌滿要求。使用數(shù)字化襯砌臺(tái)車可以更有效地控制襯砌施工質(zhì)量，減少襯砌脫空現(xiàn)象。根據(jù)電腦數(shù)據(jù)分析混凝土澆筑方量與澆筑時(shí)間，可以發(fā)現(xiàn)后續(xù)施工過(guò)程中的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

4 總結(jié)

在高速鐵路隧道施工過(guò)程運(yùn)用機(jī)械化施工配套，能夠很大程度提高施工效率以及施工質(zhì)量，有效降低施工人員的施工難度以及施工強(qiáng)度，保障施工人員的生命安全。因此，應(yīng)注重研究機(jī)械化施工配套在高速鐵路隧道施工過(guò)程的應(yīng)用，充分發(fā)揮機(jī)械化施工配套作用價(jià)值，在保證高速鐵路隧道整體質(zhì)量的同時(shí)，促使高速鐵路隧道工程能夠更好更健康的發(fā)展。