成套機(jī)械化施工技術(shù)在公路隧道中的應(yīng)用

匙 珣

（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

現(xiàn)階段，國內(nèi)隧道建設(shè)已經(jīng)逐步向“以大型機(jī)械為主、人工為輔”的方向邁進(jìn)，并通過使用大型機(jī)械設(shè)備的配套化，在保證施工安全性的同時，提高施工效率。本文從圍巖地質(zhì)條件出發(fā)，圍繞隧道機(jī)械施工方案的應(yīng)用效果展開多角度的對比分析，得出了“合理的機(jī)械化配套方案能夠改善作業(yè)環(huán)境、提高施工質(zhì)量及效率”的結(jié)論。

1 工程概況

某特長公路隧道全長11.775 km，隧址區(qū)以高中山地貌區(qū)為主，局部夾雜丘陵及山間溝谷，屬高中山深谷類型。天山以北進(jìn)口坡面地勢總體較為平緩，生長較豐富的植被；天山以南的出口坡面則存在植被不發(fā)育的情況，局部有少量灌木和雜草，植被條件較差。天山南北兩側(cè)沖溝均較為發(fā)育，總體呈V 形，溝谷切割深度較大，溝底普遍存在洪積物覆蓋情況。出口圍巖等級Ⅳ級，根據(jù)該部分地質(zhì)特點(diǎn)，采取全斷面掘進(jìn)施工方案。

本項目現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，施工難度較大，機(jī)械設(shè)備的配套對于“筑安全、保質(zhì)量、提效率、增效益”而言均具有重要意義，具體類別、型號及數(shù)量如表1 所示。

表1 某隧道進(jìn)、出口主要機(jī)械設(shè)備

2 成套機(jī)械配套方案

2.1 機(jī)械配套的基本要求

（1）需滿足現(xiàn)場施工要求?？v觀現(xiàn)階段的隧道工程，大型機(jī)械已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)力，但對于分步開挖的隧道機(jī)械而言，其運(yùn)行期間所能獲得的空間有限，施工機(jī)械與現(xiàn)場環(huán)境的適配性較差[1]。對此，需要根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件（地質(zhì)、空間等）合理選擇機(jī)械，以便充分發(fā)揮出施工機(jī)械的應(yīng)用優(yōu)勢。

（2）除了滿足空間要求外，各機(jī)械設(shè)備之間應(yīng)形成協(xié)調(diào)的作業(yè)關(guān)系，從而形成工作合力，以達(dá)到1+1＞2 的效果。對此，需從機(jī)械設(shè)備的規(guī)格、運(yùn)行性能、施工工序等方面做綜合分析，確定合適的協(xié)調(diào)方案。

（3）需具有高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。隧道的工程量較大，施工期間存在諸多干擾因素，所配套的機(jī)械應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)行，在不影響施工質(zhì)量的前提下縮短時間、提高效率，以減少在機(jī)械設(shè)備、材料等方面的成本投入，切實彰顯出成套機(jī)械化方案的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

（4）需滿足安全和質(zhì)量的雙重要求。配套的機(jī)械設(shè)備應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行，在此前提下有序施工，保證隧道的施工質(zhì)量。

2.2 超前地質(zhì)預(yù)報

某特長隧道工程配備目前業(yè)內(nèi)主流的C6xp 多功能鉆機(jī)，其適應(yīng)性較強(qiáng)，可以根據(jù)需求搭載特定規(guī)格的動力頭，從而在各類地質(zhì)條件下高效完成鉆探、取樣、鉆進(jìn)作業(yè)。

另外，鉆機(jī)配備高精度傳感器以及分析系統(tǒng)，可實時采集鉆孔出水量、鉆進(jìn)壓力等相關(guān)參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)對鉆進(jìn)施工情況作出判斷并進(jìn)行超前預(yù)報，給后續(xù)工作提供可靠的參考依據(jù)。

2.3 開挖作業(yè)

隧道開挖采用光面爆破法，根據(jù)炮眼施工要求，可配備Boomer XL3D 大型三臂鑿巖臺車，而將其應(yīng)用于長大隧道施工，能充分發(fā)揮出其鉆進(jìn)效率高、安全性好、噪聲污染小等多重優(yōu)勢[2]。

隧道Ⅳ級圍巖斷面高8.74～9.7 m、寬12.50 m，三臂鑿巖臺車的鉆孔范圍較大，可以滿足隧道開挖斷面的炮眼布置要求。對此，需按照底板眼→周邊眼→輔助眼→掏槽眼的順序依次鉆孔，共154 個，單孔深度約4 m（根據(jù)各孔的類型以及地質(zhì)條件靈活調(diào)整），單孔作業(yè)時間約2～3 min，鉆孔后由專員裝藥。

2.4 初支作業(yè)

在初支施工中，立架選用多功能立架臺車，共3 層，能夠給鋼拱架工作的開展提供可靠支撐。對此，要以設(shè)計配比為準(zhǔn)，合理摻入適量的水泥、骨料、水、外加劑等相關(guān)材料，均勻攪拌，制得混合料后由運(yùn)輸罐車及時轉(zhuǎn)運(yùn)至施工現(xiàn)場，卸載至噴射機(jī)中，啟用噴射機(jī)泵，利用該裝置帶動混凝土，將其轉(zhuǎn)移至噴頭處，借助高壓空氣噴出。

濕噴機(jī)兼具自動行走、泵送、噴射功能，運(yùn)行能力較高，最大噴射高度17.5 m、噴射寬度31.4 m、最遠(yuǎn)噴射距離15.3 m。濕噴機(jī)的應(yīng)用，能夠在高效完成混凝土噴射作業(yè)的同時，減少員工工作量，更好地保證混凝土的粘結(jié)。

2.5 仰拱作業(yè)

（1）合理協(xié)調(diào)作業(yè)關(guān)系，盡快施作混凝土仰拱，從而讓支護(hù)閉合成環(huán)，以進(jìn)一步保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性。

（2）待初支全斷面施作工作均落實到位后，組織開挖作業(yè)，并灌注仰拱混凝土。

（3）根據(jù)施工規(guī)劃，出碴和進(jìn)料運(yùn)輸與仰拱應(yīng)呈平行作業(yè)的關(guān)系，同時各道工序應(yīng)緊密銜接，以便在短時間內(nèi)高效掘進(jìn)掌子面，對此，采用全自動液壓棧橋[3]。

3 施工效率分析

3.1 三臂鑿巖臺車施工工效

從施工初期的實際情況來看，三臂鑿巖臺車的運(yùn)行效果尚未滿足預(yù)期要求，技術(shù)人員對其工效做出統(tǒng)計，具體如表2 所示。

表2 三臂鑿巖臺車施工工效分析

結(jié)合表2 內(nèi)容可知，1 臺三臂鑿巖臺車所創(chuàng)造的工作量約等于7 名員工的人工工作量，但相較于高效掘進(jìn)的作業(yè)要求而言，依然有較大的差距。究其原因，與三臂鑿巖臺車的成孔數(shù)量較少有關(guān)，同時在成孔后需經(jīng)過調(diào)整方可鉆下一孔，且期間間隔時間偏長。對此，在單洞配備2 臺三臂鑿巖臺車，通過2臺設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行，可有效提高單個斷面的鉆孔作業(yè)效率，用時縮短約38%。

本項目共采購2 臺三臂鑿巖臺車，并以現(xiàn)場施工情況以及施工進(jìn)度規(guī)劃為準(zhǔn)，合理錯調(diào)左右洞室的鉆孔時間，從而保證2臺機(jī)械在同一洞內(nèi)高效運(yùn)行。經(jīng)優(yōu)化后，單月進(jìn)尺量有較大幅度的提高（由132 mm 增加至144 mm），且機(jī)械施工的方式可以保證成孔爆破的施工質(zhì)量，超欠挖可控制在5%～10%。

3.2 濕噴機(jī)械手

在項目施工初期，就需要采用濕噴機(jī)械手的作業(yè)方式。實際結(jié)果表明，單臺濕噴機(jī)械手的運(yùn)行效率偏低，若采取2 臺設(shè)備同步作業(yè)的方式，初期支護(hù)噴砼施工所需時間約3 h，相比于單臺機(jī)械設(shè)備的配置方案而言可縮短約2 h。此外，濕噴機(jī)械手的應(yīng)用，還可有效控制回彈率約10%[4]。

3.3 初期支護(hù)耗時分析

根據(jù)施工期間的統(tǒng)計結(jié)果可知，全斷面施工中，在采取合適的機(jī)械化配套技術(shù)后，單次進(jìn)尺量可達(dá)到3.6 m，用時約16.167 h，按每月施工30 d 計算，在該機(jī)械設(shè)備配套方案下，隧道的月開挖量可達(dá)到161 m。

4 結(jié)語

綜上所述，本文以某隧道Ⅳ級圍巖地質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，對比分析成套機(jī)械化配套方案，給出相應(yīng)的結(jié)果。

（1）采用三臂鑿巖臺車、濕噴機(jī)械手、自行式液壓仰拱棧橋等機(jī)械設(shè)備后，可以形成較完善的機(jī)械配套組合方案，單個循環(huán)進(jìn)尺達(dá)到3.6 m，月進(jìn)尺161 m，可有效提高施工效率，解決傳統(tǒng)方式下施工效率低、周期長的問題。

（2）施工現(xiàn)場配備1 臺三臂鑿巖臺車后，其創(chuàng)造的掘進(jìn)效率與7 名員工的人工鉆孔量相當(dāng)，既能滿足施工效率層面的要求，還可減少人力資源投入；采用2 臺三臂鑿巖臺車后，施工效率可提升約38%，且三臂鑿巖臺車的運(yùn)行具有規(guī)范化的特點(diǎn)，因此可以減少施工安全隱患，營造更加優(yōu)質(zhì)的施工環(huán)境。

（3）通過濕噴機(jī)械手的合理應(yīng)用，可降低噴射混凝土的回彈率，在2 臺濕噴機(jī)械手協(xié)同運(yùn)行之下，初支噴砼環(huán)節(jié)施工效率可提高約1.6 倍。

（4）承臺機(jī)械化施工技術(shù)的綜合應(yīng)用價值較高，可以滿足安全、質(zhì)量、效率、效益等多層面的要求，在后續(xù)的隧道工程中，應(yīng)按科學(xué)思路合理配備機(jī)械設(shè)備，形成完善的機(jī)械設(shè)備體系，推動隧道建設(shè)工作的高效開展。