公路隧道機(jī)械化施工技術(shù)分析

余輝

（浙江交工宏途交通建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310051）

基礎(chǔ)設(shè)施的完善使得公路隧道規(guī)模越來越大，所以，提升公路隧道機(jī)械化施工效率和質(zhì)量、改善施工環(huán)境、控制施工成本、節(jié)約施工資源等成為現(xiàn)代化公路隧道機(jī)械化施工的重點(diǎn)內(nèi)容，傳統(tǒng)施工工藝已經(jīng)無法應(yīng)對這些問題，這就需要施工單位通過先進(jìn)的機(jī)械化施工工藝，推動(dòng)公路隧道工程施工的順利進(jìn)行。

1 公路隧道機(jī)械化施工技術(shù)發(fā)展歷程

1.1 施工方法的發(fā)展

隨著公路隧道工程建設(shè)施工工藝的創(chuàng)新發(fā)展，相關(guān)部門在總結(jié)梳理工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了適用于現(xiàn)代公路隧道機(jī)械化施工的新奧法、挪威法以及淺埋暗挖法等方式，并在公路隧道機(jī)械化施工中得到了廣泛應(yīng)用，確保公路隧道機(jī)械化施工取得了良好效果，全面提升了公路隧道機(jī)械化施工的安全性以及施工效率。

1.2 施工設(shè)備的發(fā)展

要想確保施工工藝的有效性，就要以配套施工設(shè)備為前提。在公路隧道機(jī)械化施工設(shè)備革新的過程中，TBM 掘進(jìn)機(jī)、鑿巖臺車以及盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)開始了針對不同地質(zhì)條件巖層的實(shí)踐，全面提高了公路隧道機(jī)械化施工的作業(yè)效率，增強(qiáng)了公路隧道機(jī)械化施工的質(zhì)量。且通過對全液壓鉆孔臺車、液壓襯砌臺車和大型裝載機(jī)械的研發(fā)，增強(qiáng)了公路隧道工程的掘進(jìn)速度以及施工效率，有效地改善了公路隧道機(jī)械化施工的作業(yè)環(huán)境。

2 公路隧道機(jī)械化施工準(zhǔn)備及管理

2.1 公路隧道機(jī)械化施工場地和設(shè)備的準(zhǔn)備

在公路隧道工程施工過程中，需要明確拌和站的場地布局，確保各項(xiàng)功能的明確性，在原有場地面積的基礎(chǔ)上，確保原材量倉的數(shù)量能夠滿足對應(yīng)的生產(chǎn)需求，保障各個(gè)標(biāo)識和標(biāo)牌的齊全，加強(qiáng)原材料堆放的規(guī)范性和有序性。對于公路隧道機(jī)械化施工來說，不僅需要先進(jìn)的施工機(jī)械設(shè)備，還需要具備充足的施工空間，并安裝合適的水電裝置，確保公立隧道施工的順利進(jìn)行。

2.2 公路隧道機(jī)械化施工過程的管理

（1）公路隧道開挖注意事項(xiàng)。施工單位需要在公路隧道機(jī)械化施工前制定完善的施工方案，并積極推廣零開挖的公路隧道施工進(jìn)洞理念，避免開挖過程對山體造成破壞，使山體能夠保持原本的生態(tài)環(huán)境和地貌。如果公路隧道施工場地洞口圍巖不具備良好的施工條件，施工人員就需要及時(shí)調(diào)整公路隧道機(jī)械化施工的順序，并在實(shí)際施工中嚴(yán)格遵循先明洞后暗洞的基本原則，在公路隧道二次襯砌50m 后，就可以啟動(dòng)綠化工程施工程序。

（2）公路隧道機(jī)械化施工期間內(nèi)的洞口管理。在公路隧道機(jī)械化施工過程中，洞口管理工作需要嚴(yán)格按照機(jī)械化施工的要求，安裝帶有人臉識別的門禁系統(tǒng)，并做好對洞內(nèi)環(huán)境及施工人員的全面監(jiān)督和管理。并且，施工單位還需要在公路隧道洞內(nèi)裝設(shè)預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急通信設(shè)備以及人車分流設(shè)施等，加強(qiáng)公路隧道洞內(nèi)環(huán)境的安全性。施工單位還需要成立公路隧道洞口管理值班團(tuán)隊(duì)，安裝信號警示燈，并在洞口位置建設(shè)固定的值班室，由值班人員對經(jīng)過公路隧道洞口的往來車輛和人員進(jìn)行檢查，并由值班人員看守隧道爆破警告信號燈。

3 公路隧道機(jī)械化施工技術(shù)

3.1 全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔代替人工鉆孔

對于公路隧道機(jī)械化施工來說，現(xiàn)階段，很多施工單位往往會使用全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工鉆孔作業(yè)，這種全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔設(shè)備具有高頻率的沖擊和精準(zhǔn)的爆破度，而施工人員在使用鉆孔設(shè)備時(shí)需要配合超高的沖擊能，全面提升挖孔鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度和效率，最大程度減少超欠挖。如果公路隧道施工人員在進(jìn)行鉆孔作業(yè)的過程中，使用全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔進(jìn)行作業(yè)，就足以超過傳統(tǒng)多人共同開展鉆孔作業(yè)的速度。使用挖改鉆機(jī)能夠有效減少人工作業(yè)人數(shù)，在提升鉆孔作業(yè)工作效率和質(zhì)量的同時(shí)，有效縮短公路隧道機(jī)械化施工中的循環(huán)作業(yè)時(shí)間，降低人工作業(yè)傷亡風(fēng)險(xiǎn)的概率。

3.2 拱架作業(yè)臺車和裝藥車替代臺車作業(yè)

拱架作業(yè)臺車和裝藥車在公路隧道機(jī)械化施工過程中主要起到了裝藥、立架、掛網(wǎng)作業(yè)的作用，具有性能比較穩(wěn)定且操作性比較好的特點(diǎn)。拱架作業(yè)臺車主要包括了臺車本體、提升殼體、底部輪座等幾個(gè)部門組成，拱架作業(yè)臺車實(shí)際使用過程中，車輪的安裝和拆卸非常簡便，工具和物料運(yùn)輸也更加快捷；裝藥車的使用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)與隧道工程的良好匹配，還能夠通過智能化的機(jī)械送管裝置和定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化化的運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)裝運(yùn)一體的智能化無人操作。因此，拱架作業(yè)臺車和裝藥車等工具相比傳統(tǒng)的臺車工具來說，能夠有效減少操作占用空間，減少操作人員的數(shù)量，可以更好地輔助公路隧道進(jìn)行施工。

3.3 噴膜防水替代傳統(tǒng)防水板

在公路隧道工程施工過程中，滲漏水問題已經(jīng)成為其質(zhì)量通病，尤其是我國現(xiàn)階段，很多公路隧道在實(shí)際施工過程中，復(fù)合式襯砌防水作業(yè)大多采用防水卷材，這種防水卷材雖然性價(jià)比高，但實(shí)際使用效果卻未達(dá)到期望值。而近年來，一些專家學(xué)者開始研究隧道噴膜防水技術(shù)，并將其應(yīng)用到了公路隧道機(jī)械化施工中。強(qiáng)黏合性隧道噴膜防水技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中主要將合成膠乳作為噴涂成型膠膜的主要材料，其輔助材料為熱塑型橡膠改性乳化瀝青，這兩種材料能夠使工作人員在進(jìn)行噴涂工藝的過程中，使其表面瞬間凝結(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對異型結(jié)構(gòu)的無縫隙整體結(jié)構(gòu)防水。

一般來說，強(qiáng)黏合性隧道噴膜防水技術(shù)噴涂膜的厚度主要在0.1 ～0.4cm，且能夠一次性成膜，在實(shí)際使用過程中具有省時(shí)、省力、均勻性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠有效適應(yīng)公路隧道機(jī)械化施工現(xiàn)場的多樣需求。再加上公路隧道機(jī)械化施工條件的要求較為寬泛，沒有苛刻的施工條件，強(qiáng)黏合性隧道噴膜防水技術(shù)就可以適用于各種異型基面。并且，強(qiáng)黏合性隧道噴膜防水技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，如果遇到冬季天氣惡劣而影響公路隧道順利施工的問題，就需要暫停強(qiáng)黏合性隧道噴膜防水技術(shù)的應(yīng)用。

3.4 二氧化碳爆破代替炸藥爆破

在公路隧道機(jī)械化施工過程中，使用后二氧化碳爆破代替炸藥爆破，主要是利用液態(tài)二氧化碳吸熱功效，使其能夠迅速膨脹起來，壓力也迅速增大，進(jìn)而對公路隧道施工現(xiàn)場的圍巖進(jìn)行破裂，進(jìn)而避免傳統(tǒng)炸藥爆破時(shí)產(chǎn)生的高震動(dòng)、高危險(xiǎn)和有效氣體多的缺點(diǎn)，為施工人員實(shí)際操作營造一個(gè)安全性強(qiáng)、環(huán)保程度高且更加經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，進(jìn)而起到保護(hù)圍巖并改善公路隧道工程施工環(huán)境的作用。

3.5 濕噴機(jī)械臺車的應(yīng)用

傳統(tǒng)的公路隧道施工主要采取人工干噴方式或者潮噴混凝土作業(yè)方式，這兩種方式的應(yīng)用使得公路隧道洞內(nèi)粉塵過大，不利于公路隧道洞內(nèi)形成良好的作業(yè)環(huán)境，甚至容易在超挖較大時(shí)填塞部分填充物，進(jìn)而形成空洞局面，直接影響了隧道的整體使用壽命，再加上人工干噴混凝土的用水量控制程度不夠精準(zhǔn)，無法有效確?；炷恋膹?qiáng)度。一般來說，使用傳統(tǒng)干噴方式時(shí)主要采取的噴漿機(jī)為小型的噴漿機(jī)，這種噴漿機(jī)的功率比較小，噴射的持續(xù)時(shí)間比較長，如果施工人員長時(shí)間暴露在這種噴射環(huán)境下，就容易感染塵肺和硅肺等多種職業(yè)性疾病。而施工人員在使用濕噴臺車施工時(shí)，則主要由混凝土拌和站集中性開展拌和工作，并經(jīng)過罐車將其運(yùn)送到指定位置區(qū)域，這種方式不僅有效降低了操作中的粉塵含量，更是提升了噴射效率和質(zhì)量，能夠有效減少施工人員在公路隧道洞內(nèi)的作業(yè)時(shí)間，降低了施工人員獲職業(yè)病的概率。

3.6 仰拱液壓棧橋

在公路隧道仰拱施工過程中，傳統(tǒng)的仰拱施工工藝主要采取分幅施工方式或者施工單位自制的仰拱棧橋方式進(jìn)行施工，這兩種方式在公路隧道機(jī)械化施工中的運(yùn)用，都容易造成填充的混凝土進(jìn)入二襯，直接導(dǎo)致公路隧道拱腳位置形成了一個(gè)非常薄弱的環(huán)節(jié)，再加上公路隧道機(jī)械化施工中的自制仰拱棧橋方式主要根據(jù)施工人員自身經(jīng)驗(yàn)形成，并沒有經(jīng)過科學(xué)系統(tǒng)的受力計(jì)算，不僅安全系數(shù)比較低，仰拱棧橋的移動(dòng)也主要依靠挖掘機(jī)或者裝載機(jī)的拖動(dòng)。而公路隧道機(jī)械化施工在采取自行式液壓棧橋配套仰拱模板進(jìn)行施工的過程中，自動(dòng)化的液壓仰拱棧橋能夠通過履帶，帶動(dòng)自身行走，并利用液壓系統(tǒng)對模板進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，加強(qiáng)其行走的靈活性，確保液壓仰拱棧橋施工的便捷性。

3.7 防水板掛設(shè)臺車

對于公路隧道機(jī)械化施工來說，傳統(tǒng)工藝防水板的掛設(shè)需要施工人員先將工藝防水板鋪設(shè)在公路隧道洞壁上面，工藝防水板鋪設(shè)根據(jù)施工面積的不同需要至少三個(gè)的施工人員，再加上防水板施工鋪設(shè)勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，使得工藝防水板在鋪設(shè)過程中很難控制松緊程度。并且，施工單位在公路隧道機(jī)械化施工中采取防水板自動(dòng)掛設(shè)臺車設(shè)備，能夠充分利用其自帶的弧形軌道系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)，將帶有防水板的小車從底部移動(dòng)到另一側(cè)的底部，使其能夠自動(dòng)展開防水板，在降低施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，對防水板進(jìn)行固定，從而有效調(diào)節(jié)防水板掛設(shè)的松緊程度。

3.8 電纜溝槽臺車

公路隧道機(jī)械化施工需要采取電纜溝槽臺車行走就位的方法，確保施工人員能夠通過液壓系統(tǒng)，對公路隧道內(nèi)部模板進(jìn)行整體控制和移動(dòng)就位，省卻了人工進(jìn)行模板拼接的時(shí)間，縮短了整個(gè)公路隧道工程的施工周圍，施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和壓力也有所降低。這種移動(dòng)模架不僅安裝快捷，拆除也比較方便，能夠在施工中重復(fù)循環(huán)使用，有效降低了公路隧道機(jī)械化施工的成本。且在公路隧道機(jī)械化施工過程中，混凝土澆筑工作的開展主要利用了附著式的振動(dòng)器，防止人工振搗工作開展的隨意性，有效避免了混凝土澆筑過程中流砂現(xiàn)象和蜂窩麻面現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4 公路隧道機(jī)械化施工數(shù)字化管理模式

4.1 視頻監(jiān)控

公路隧道機(jī)械化施工過程中，還需要建立完善的隧道監(jiān)控視頻系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)公路隧道工程施工管理空間的全面覆蓋，并根據(jù)氣候溫度和施工類別進(jìn)行側(cè)重管理。一般來說，公路隧道機(jī)械化施工中應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠加強(qiáng)施工單位對隧道掌子面作業(yè)人數(shù)、作業(yè)時(shí)間、通風(fēng)量等各項(xiàng)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化掌握，這就表示施工單位在信息化管理的基礎(chǔ)上，建立完善的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)公路隧道機(jī)械化施工設(shè)備協(xié)同遠(yuǎn)程調(diào)度系統(tǒng)。在公路隧道機(jī)械化施工中應(yīng)用視頻監(jiān)控后，公路隧道機(jī)械化施工作業(yè)的開展，能夠加強(qiáng)各要素之間的集成，加強(qiáng)對各要素之間的遠(yuǎn)程控制，確保各要素之間的協(xié)調(diào)配合，推動(dòng)公路隧道機(jī)械化施工的順利開展。

4.2 人員定位和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

BIM 技術(shù)在公路隧道機(jī)械化施工中的應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對進(jìn)入隧道人員和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確定位，還能夠在出現(xiàn)意外情況時(shí)，對進(jìn)入隧道人員和設(shè)備的數(shù)量進(jìn)行精準(zhǔn)掌控。而上述視頻監(jiān)控在公路隧道中的應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，將其與隧道內(nèi)部設(shè)置的遠(yuǎn)程控制平臺相結(jié)合，能夠真正實(shí)現(xiàn)對公路隧道內(nèi)部的空壓機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)和射流風(fēng)機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程無線控制。

5 結(jié)語

綜上所述，要想確保公路隧道機(jī)械化施工作業(yè)質(zhì)量和效果，就需要加強(qiáng)公路隧道機(jī)械化施工準(zhǔn)備及管理，通過全電腦多臂鑿巖臺車鉆孔代替人工鉆孔、拱架作業(yè)臺車和裝藥車替代臺車作業(yè)、噴膜防水替代傳統(tǒng)防水板、二氧化碳爆破代替炸藥爆破的方式，強(qiáng)化濕噴機(jī)械臺車應(yīng)用的質(zhì)量，并通過仰拱液壓棧橋、防水板掛設(shè)臺車以及電纜溝槽臺車等施工工藝，加快公路隧道工程的施工進(jìn)程，能夠有效解決當(dāng)前公路隧道機(jī)械化施工中存在的掘進(jìn)速度以及施工效率低下等問題，確保公路隧道機(jī)械化施工的安全性，進(jìn)而改善公路隧道機(jī)械化施工的作業(yè)條件，推動(dòng)公路隧道機(jī)械化施工的順利有效開展。