高速公路隧道機械化配套快速施工技術探討

李廣山

（保利長大工程有限公司，廣東廣州 510630）

0 引言

近年來，我國不斷加大高速公路的建設力度，也逐漸提高了建設的標準，各個行業(yè)的施工逐漸朝著機械化、標準化方向發(fā)展。但是對于隧道工程來說，其結構上的復雜性、埋深大等問題給隧道工程的各個方面提出了一定的要求，尤其是質量、安全和環(huán)保方面?；诖耍谒淼拦こ淌┕さ倪^程中，不僅要做到以人為本，還需要有節(jié)能環(huán)保的意識，實施低碳建設，積極進行創(chuàng)新，并將此作為施工的主要的目標，充分利用機械化配套技術，安全、快速進行隧道施工，提升隧道施工技術水平，保障隧道施工安全和質量。

1 機械配套基本原則和總體方案

1.1 機械配套基本原則

首先，在施工的實際需求上，展開相應的設備選型，并以此為導向，從機械設備入手，合理進行配置，從各類機械設備的運用角度上看，不僅需要對運行的狀態(tài)進行維持，還需要從現場環(huán)境入手，實施協調工作，避免給環(huán)境帶來不良影響。其次，機械設備應協同作業(yè)，其施工工序上，要安排組織合理，促進各項工作的順利實施，更好地推進。然后，機械設備要實現自動化，使自動化的水平不斷提高，與此同時，在實際運行的過程中，不僅要注重節(jié)能和環(huán)保，還要注重高效。最后，加大控制力度，控制好施工的質量，為機械設備能安全施工作業(yè)提供重要的保障。在專員上，針對其操作的相關設備進行安排，使設備獲得良好的使用效果。

1.2 機械配套的總體方案

根據隧道現場施工條件，將各個方面的要求充分地考慮到位，尤其是質量和施工工期方面。在機械化配套上，方案先行，方案指導現場機械化施工便于各項工作的順利實施，隧道的開挖可通過三臂鑿巖臺車來實施，先實施鉆孔，然后裝藥進行光面爆破，并噴射混凝土，在實際開展過程中，充分利用濕噴機械手，以自動化方式來實施；在仰拱施工環(huán)節(jié)中，應以自行式移動棧橋為主，配套使用自行式仰拱移動邊模，對施工起到輔助的作用。

2 機械化配套快速施工技術的應用

2.1 超前地質預報

從隧道施工的角度上來看，由于隧道具有較強的隱蔽性，地質條件具有一定的復雜性，為了能夠預判掌子面前方的圍巖情況，進而指導現場開挖作業(yè)，這就離不開多功能地質鉆機。應從施工區(qū)域入手，實施取樣并展開相應的分析，這些結果是施工作業(yè)的主要依據。

為了能有效地實施超前預報作業(yè)，從超前地質預報儀器選用的角度上來看，主要以TSP-206系列為主。該系列儀器主要有以下特點：有較遠的預報距離，具有一定穩(wěn)定性，有較高的分辨率，不會給隧道施工帶來影響。結合工程施工的實際特點，在實施地質超前預報的前期需要將以下工作落實到實處[1]。

首先，積極對照勘探階段的地質條件狀況，根據后續(xù)地質條件和設計資料進行合理預測。其次，在區(qū)域上，針對很有可能發(fā)生塌方的區(qū)域，對塌方發(fā)生的規(guī)模和發(fā)展趨勢展開相應的預報，并結合實際情況，采取有效的措施，做到有針對性。對于隧道來說，穿越不穩(wěn)定地層時，需要實施超前預報，以預防為主，提出相S應的解決措施。除此之外，也要注重涌水現象，重點是預防涌水給施工帶來的不利影響。最后，隧道還會穿越瓦斯，那么相應地段的實際情況需要預報出來，尤其是此處賦存的范圍[2]。

2.2 開挖作業(yè)

在洞身開挖這一環(huán)節(jié)中，其具有擾動性，這可充分利用新奧法原理，并在此原理指導下，組織施工人員進行施工。對于穩(wěn)定性較好的圍巖來講，采用機械化鉆爆設備，可加快施工進度，同時減少爆破擾動。通過三臂鑿巖臺車的應用，實現隧道的快速安全施工[3]。

對于洞內出碴作業(yè)來說，為了有效地完成作業(yè)，可充分利用無軌運輸的方式，在掌子面上，通過反鏟挖掘機來清理，利用自卸車進行運輸，將其在堆放場所中放入，從棄碴的角度上來看，其質量上如果滿足其需求的話，在填石路機施工的過程中，可以進行運用[4]。

2.3 初期支護

初期支護的拱架安裝采用拱架安裝臺車，將部分拱架于洞外提前預拼連接，減少洞內作業(yè)任務，縮短洞內作業(yè)時間及掌子面人員設備暴露的時間，進而實現提高效率、降低風險。這樣也是我們所謂“空間多維度、平面多工序”的體現。拱架安裝完成后，采用濕噴機械手進行初噴，使噴射混凝土與拱架有效結合，形成整體受力，保證隧道開挖過程中的圍巖穩(wěn)定。

2.4 仰拱和仰拱填充

其開挖實施完之后，需要實施仰拱施工作業(yè)，并組織施工人員展開實施?？蓪鷰r等級作為施工依據，之后從開挖長度入手，合理進行調整。通常情況下，在單次開挖的過程中，其3m為最大的量，如果超過此值，會給施工控制工作帶來一定的難度。仰拱開挖之后，也就是初噴封閉，其圍巖上，并將各方面的情況考慮好，在仰拱和掌子面上，將相應的間距調整好[6]。同時將全液壓自行式仰拱棧橋充分考慮好，進而為能順利實施仰拱施工和掘進作業(yè)提供重要的保障。

在圍巖上，如果穩(wěn)定性比較弱的情況下，可準備鋼筋，從仰拱和拱墻入手，進行相應的設置，可通過混凝土澆筑調平層，來開展圍巖施工。其中在施工仰拱上，為了使其順利實施，在開挖過程中，要按照分段的方式施工，但是需要加大控制力度，進行相應的控制。其中這主要針對的是澆筑時間，在實際澆筑的過程中，需要從拱墻入手，優(yōu)先來實施。對于仰拱開挖這項工作來說，具有一定難度，但是為了能順利的實施，可充分利用鉆爆開挖這種方式，并實施破碎處理，交給配套挖掘機來負責。從施工人員的角度上來看，需充分利用工具來開展處理，尤其要利用好風鎬，挖掘機、自卸車協同作業(yè)，并將洞渣運至指定堆放場地。

對于C25素混凝土來說，在以上實施的前期，需要從澆筑區(qū)域入手，清理好此區(qū)域中的相關雜物，尤其需處理好積水的問題，準備分段端頭處配套模板，并將其設置在施工縫和變形縫上。

在澆筑這一期間，尤其要注重混凝土面的高度，并加大控制力度，進行有效的控制。在測量劃線上，應防止劃線過低的現象發(fā)生。其中對于混凝土來說，可充分利用振搗這種方式，使其密實度獲得提高，但是在這期間還要做好防護工作，其中此工作主要針對的是仰拱鋼筋。

3 施工效率分析

3.1 三臂鑿巖臺車施工工效

如果只選用三臂鑿巖臺車，顯然無法達到預期施工要求，此時有必要對該設備的工效進行分析，具體數據見表1。

表1 三臂鑿巖臺車施工功效分析

由表1可知，單臺三臂鑿巖臺車所能創(chuàng)造的效率較高，相當于傳統(tǒng)方式7個人的效率，但依然未達到高效掘進的要求。之所以出現此現象，是因為設備單次成孔數量僅為3個，同時在成孔后還需要對其位置進行調整，此過程將會耗費大量時間，因此最終的效率與7人鉆進幾乎相當。通過調配后，單洞配備了2臺設備，能夠縮短38%的時間。出于成本控制的考慮，應將左右洞室的鉆孔時間進行錯調，確保2臺設備能夠同時服務于同一洞內施工，此時進尺深度得到提升，由原132m上升到144m。

3.2 濕噴機械

對現場情況進行分析可知，盡管引入了單臺濕噴機械手，但工作效率依然遠遠不足，當引入2臺相同設備進行同時作業(yè)后，此時所需的施工時間縮短至3h，相比以往單臺設備作業(yè)方式，縮減了2h。當利用濕噴機械手進行作業(yè)時，對混凝土產生的回彈率進行檢測，所得結果為10%左右，由此可知，基于此方式能夠對回彈現象進行良好控制。

3.3 現場初期支護施工耗時

在進行初期支護開挖作業(yè)時，對其單個循環(huán)所需的時間進行統(tǒng)計，當單次進尺為3.6m時，對應所需的時間為970min。以此為基礎進行分析，將單月進尺設定為30d，基于下述資源配置方式可以創(chuàng)造的開挖深度達161m。以三臂鑿巖臺車為主，在此基礎上引入了濕噴機械手以及仰拱棧橋等設備，通過彼之間的協同作業(yè)下，對于單個循環(huán)為3.6m的施工要求而言，月進尺深度達到了161m，這對于Ⅳ級圍巖工程而言表現出高度的效益性。

3.4 環(huán)保功效

工程引入了濕噴機械設備，在進行噴錨作業(yè)時可以顯著降低區(qū)域內的粉塵濃度。相較于干噴混土方式而言，全新方式下對應的呼吸粉塵量由原來的21.7mg/m大幅縮減至0.4mg/m。此外全塵也已經降低到1.5mg/m。噴射混凝土施工時均以電機作為主要驅動動力，整個過程不存在尾氣排放問題，同時也不會對掌子面的穩(wěn)定性造成影響，設備的安全性極高，所創(chuàng)造的施工效率優(yōu)良，充分彰顯了“安全快速，以人為本”的核心工程理念。

4 結語

總而言之，對于高速公路隧道工程來說，其具有一定的復雜性，再加上所涉及的施工環(huán)節(jié)比較多。那么為確保這項施工工作的順利完成，對于施工人員來說，一定要意識到高速公路隧道機械化配套快速施工技術重要性，積極學習這項技術，在學習的過程中，給予充分了解，并逐漸的掌握，逐步實現隧道的機械化、自動化施工，進而為隧道工程帶來一定的經濟效益和社會效益，而且對我國隧道工程行業(yè)的發(fā)展具有重要推動意義。