高速公路长大隧道机械化施工设备配套技术

苟号平

摘 要：以广连高速公路高峰隧道为实例，围绕机械化施工设备配套技术进行探讨，分析其需考虑的因素及配备原则，并结合实际工况，确定了设备配置情况及作业生产线，其中涉及掘进、初期支护、仰拱、二次衬砌及防排水施工等方面，希望为相关单位提供参考。

关键词：高峰隧道 机械化 配套设备

1.工程概况

广州从化至连州高速公路高峰隧道设计为分离式隧道，左线全长4350m；右线全长4315m；属于特长隧道。左线起讫桩号为ZK152+470至ZK154+645，长度为2175m，右线起讫桩号为Y K 1 5 2+ 49 5至YK154+652.5，长度为2157.5m。单洞累计总长4332.5m。隧道穿越第四系残坡积粉质黏土（Q4el+dl），下伏泥盆系上统（D3）泥质灰岩、灰岩夹砂质页岩。隧道具有洞口浅埋段、溶洞及富水带，施工时容易发生坍方、突泥涌水等不良地质。其中Ⅲ级围岩占51.5%；Ⅳ级围岩占38.5%；Ⅴ级围岩占10%。

2.机械化配套需考虑的因素及配备原则

2.1机械化配套需考虑的因素

在高峰隧道机械化配套设备的选型和配置数量应遵循科学先进以及实用性的原则，避免设备的闲置和资源浪费，并符合施工方法、HSE、质量、工期、围岩级别、隧道的断面尺寸、截面形状和建设规模要求，还应充分考虑到各种机械与设备之间的协同效应。

2.2机械化配套施工适应条件

机械化施工对掘进方法有严格的要求，目前其适应范围主要局限于Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法开挖，对于Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩条件下采用单双侧壁、三台阶预留核心土等开挖工法尚未实现机械化配套技术。仍然依靠传统的YT28风钻机人工钻孔掘进。

对于长度>2500m的长隧道采用机械化施工具有一定的优势，对于长度在<2500m的隧道采用机械化施工成本相对较高。

3.机械化配套施工技术

高峰隧道机械化施工设备主要包括掘进、支护、仰拱、防排水、二衬等主要工序。针对高峰隧道施工机械选型，经过多次调研，方案比选，确定了高峰隧道机械化配套设备配置情况及5条机械化配套作业生产线：

（1）掘进：Boomer XL3D三臂凿岩机（开挖兼顾锚杆、超前小导管作业）2台、SY205C9挖掘机（开挖）2台、ZL50GV轮胎式装载机（出渣）2台、40t双桥四驱自卸汽车（出渣）8台；

（2）初期支护：WXHLC1215自动拱架安装机（拱架安装）2台、ZTC30湿喷机械喷射手（湿喷砼）1台；

（3）仰拱：38m全自动仰拱模板及一体化栈桥（拱架安装）2台；

（4）二次衬砌：12m全自动液压二衬模板台车（二衬砼施工）、6m自动养护台车（砼养护）、12m侧沟电缆槽模板台车（侧沟、电缆槽施工），上述设备各2台；

（5）防排水：6m自动防水挂布钢筋一体化台车（防水布兼二衬钢筋安装）2台。

3.1施工工序

锚杆施工→掌子面开挖→超欠挖处理、网片和钢拱架安装→初支混凝土喷射→仰拱及弧形底板施工→防水层安装及二衬钢筋绑扎→二衬混凝土浇筑→水沟、电缆槽衬砌施工→养护。

3.2开挖作业机械化

3.2.1钻爆机械化

（1）断面测量。因三臂凿岩台车钻杆与顶推梁之间有0.1m的固定距離，在隧道掘进超欠挖控制方面比手持风钻开挖难度大，因此，每循环开挖前，测量组均应采用全站仪对隧道断面准确放样、拱顶标高、底板标高、拱墙分界线标高以及开挖轮廓线和设计的炮眼位置，并用红油漆标示，将爆破设计参数准确的反映到工程实际中。

（2）钻爆开挖。III级及IV-b围岩采用上下台阶法掘进，利用2台Boomer XL3D三臂液压凿岩机并排同时施钻，台阶长度8～10m。IV及V级围岩采用超前小导管注浆支护，采用1台三臂凿岩机进行掌子面钻眼、清孔，人工装药、爆破开挖，遇软弱围岩无爆破作业需求时，运用挖掘机微台阶法开挖；上台阶长度3～5m，中台阶长度8～10m。

据围岩的坚硬程度和岩体的完整性、采用光面爆破设计，减少超欠挖现象。采用最快捷的钻孔顺序，精准的定位，提高炮孔利用率。尽量减少对周边围岩的破坏，节约支护成本。

（3）超欠挖控制。因凿岩机钻杆与推进梁之间有0.1m的固定距离，并且钻臂与岩面之间预留至少5cm的保护间距，致使钻机钻杆与支护面不可避免的存在至少15cm的固定距离，因此对钻杆定位的精度要求较高，为控制现场超挖量，对于III级以上的围岩超挖平均值控制在10cm以内；对于IV级围岩，超挖平均值控制在12cm以内。

3.2.2出渣机械

高峰隧道进口段配置了1台SY205C9挖掘机爬渣，配置了2台ZL50GV装载机装载机配合装渣，配置了8台40t以上的双桥驱动自卸汽车进行掌子面出碴运输，出渣时可安排其他作业面同时进行作业，在条件允许的情况下，形成多点不同工序同时作业的局面，提高施工效率。

3.3支护作业机械化

3.3.1锚喷机械

锚杆孔采用三臂凿岩机钻眼，拱架安装机挂网安装拱架，挤压式注浆泵进行注浆。喷射混凝土采用三一重工制造的ZTC30湿喷机械手进行施工，该设备采用专用汽车底盘与混凝土喷射机械臂完美结合，采用发动机与电动机双动力驱动系统，喷敷面积大、速度快，粉尘小、喷敷回弹少、原材料省、喷敷质量高，以及快速转场，操作维护方便。

3.3.2拱架安装机械

根据拱架节段编号，拱架均匀摆放于隧道两侧，并利用台车1#、2#工作臂同时抓取拱架进行组装，各拱架节段安装时，利用拱架安装机自带工作吊篮人工配合精准就位，采用定位短钢筋、连接钢筋固定拱架，混凝土垫块支垫，确保钢架稳固、间距受控。

3.4仰拱作业机械化

仰拱施工均配置自行式全液压仰拱栈桥，完成初期支护后，仰拱混凝土浇筑一模9～12m 与二衬浇筑长度一致一次性浇筑成型确保施工缝对齐。

高峰隧道仰拱混凝土优先于拱墙施工，仰拱整体浇筑，仰拱与仰拱填充分开施作，有利于衬砌结构的整体受力。仰拱在栈桥下进行混凝土施工，可让车辆从填充层通过栈桥直达下台阶，完美配合各类台阶法开挖方式下的仰拱（底板）混泥土施工，实现早封闭、早成环的施工要求。

采用液压控制，具有前、后、左、右移动功能；行走采用履带机构，整个栈桥就位无需铺设钢轨，1人可以操控，自动化程度高、安全可靠。能快速移动和就位，完成一次移动和就位仅需1～1.5h，能够提高隧道仰拱混凝土施工进度。

3.5防排水作业机械化

自动防排水及钢筋施作一体台车为全液压平台主要由行走系统、门架系统、平台系统、拱圈系统、提升系统、液压控制系统等6部分组成。

通过拱圈和提升系统，将防水板固定在旋转的钢辊子上，钢辊子沿着拱圈运动的小车固定，小车通过卷扬机提升并与电动机配合作业，并用电动控制上下、左右移动，外側设置环形槽道，铺设小车在环形槽道内运动以完成防水板铺设。

3.6二次衬砌作业机械化

高峰隧道进口段二衬钢筋施工采用防水板及钢筋施工自动台车安装；二次衬砌模板混凝土施工采用12m全自动液压整体式模板台车，在台车上配备混凝土分层布料机进行混凝土泵送入模，二衬混凝土的养护采用二衬砼移动式养护台架。台架外侧设一环洒水养护喷嘴，利用电机自动行走，移动时控制左右侧匀速前移进行洒水养护。现场配备2台400KW发电机以防停电，确保施工连续作业。二衬配备止水带安装夹具，增强了施工缝防水保障能力，实现安装止水带和封端两道工序互不干扰，既提高了止水带安装的质量，又提高了工效。在围岩变形发展加快或不稳定，或出现安全隐患的情况下，实现了强支护、早封闭、紧衬砌的措施，以确保隧道施工安全。

外侧水沟、电缆沟槽浇筑采用整体式液压水沟电缆槽箱体结构台车，模板强度、刚度大、稳定性好，实现了水沟电缆槽整体浇筑。内置附着式振捣器振捣，保证了水沟电缆槽的线型美观、外观质量。两侧同时对称一次性浇筑与二次衬砌浇筑长度一致，确保施工缝对齐。全自动台车模板拼装完成就位后，无需安拆模板，相比小型模板简便。

4.结束语

综上所述，高峰隧道进口段作为大型机械化隧道施工的标准化工点，通过对各隧道机械化施工装备进行不断尝试，加大了创新和应用力度，形成了一整套机械化施工成果，为今后隧道机械化施工积累了经验，通过现场实践，长大公路隧道机械化施工设备配套技术是成功的。

参考文献：

[1]周爱国.隧道工程现场施工技术[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]胡威东，杨家松，陈寿根.长隧道快速施工机械选型配套技术[J].东北水利水电，2009（02）： 13-15+18.