机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用研究

宋吉伟

摘 要 经济的发展推动了我国交通的发展，高速铁路隧道工程的建设量快速增加，隧道建设往往有着工程施工工期短、施工质量要求高、施工技术要求高等特点，因此其对机械化的需求日益增强。隧道建设品质化是未来发展必然趋势，其中机械化更是隧道建设品质化的首要任务与前提条件。基于此，本文主要对机械化施工配套在高速铁路隧道施工中的应用作具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词 施工机械化;高速铁路;隧道施工;应用

1隧道施工械化配套

1.1 超前地质预报作业机械化

隧道施工械化配套之一是超前地质预报作业机械化。超前地质预报工作结合地质调查法、TSP地震波探测法、地质雷达探测法、超前钻孔及加深炮孔法等多种手段，在符合相关行业规范前提下，发挥各探测法优势，进行长短结合、相互验证的综合性超前地质预报作业。超前钻孔及加深炮孔法：主要利用全电脑三臂凿岩台车进行超前地质预报，在钻孔作业时，可以实时监测推进速度、冲击压力和水流量等参数，并通过MWD软件分析复原地质条件。

1.2 开挖施工作业机械化

隧道施工械化配套之二是开挖施工作业机械化。隧道开挖施工作业按照钻孔—装炸药—爆破—运输出渣—排险清理有序进行。所用机械化设备为三臂凿岩台车、装载机与自卸车。①三臂凿岩台车：具有钻爆掘进、超前地质钻探、超前小导管施工等多种功能。每一台车仅配备3或4人，且台车距掌子面超过10m，易于观察围岩变化及施工质量。②装载机与自卸车：侧翻（后翻）式装载机与双桥式自卸车合理搭配，可有效提升爆破后出渣速度。

1.3 仰拱作业机械化

隧道施工械化配套之三是仰拱作业机械化。所用机械化设备为自行式液压带弧模仰拱栈桥：具有液压自行走、自带弧模、可满足有效施工长度24m要求，实现自带止水带定位装置、钢筋定位卡具，达到了仰拱与填充层分开浇筑的施工要求，并可自行振捣及收面[1]。

2基于工程特点及岩爆特征的施工方法

2.1 地质综合分析法

基于工程特点及岩爆特征的施工方法之一是地质综合分析法。地质综合分析法采用地质调查、超前钻孔、地震波探测相结合的方式对待开挖区域围岩的地质情况进行分析。具体步骤如下：首先，利用地质调查法，对掌子面及附近围岩进行地质素描，确立揭露出的结构面、地下水等条件;其次，利用加深炮孔的方式，分析掌子面前方3m左右未开挖区域的地质变化情况;然后，利用地震波反射法分析掌子面前方区域是否有大型构造、空洞、地下水等情况;最后，综合确定该区域内的围岩地质情况。预判别标准：①地质调查法：通过地质素描的方式，对掌子面及两侧边墙的露头所揭露的地质信息进行调查。分析开挖区域的岩性、风化程度、地下水条件及毛开挖面的稳定性情况。利用窗口法或者测线法对露头区域的结构面产状进行调查。综合判断掌子面及两侧围岩的质量等级。②加深炮孔法：加深炮孔探测是利用风钻或凿岩台车等机械设备，在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔获取地质信息的一种超前地质探测方法。一般在掌子面布设与炮孔孔径相同的加深孔，获取掌子面前方6m左右待开挖区域的地质信息。加深炮孔深度应超过每循环进尺3m以上。通过加深炮孔的方式，从凿岩的时间、速度、压力，冲洗液颜色、成分，卡钻、地下水等情况分析地质资料，大致确定掌子面前方的不良地质体及其規模。

2.2 潜在岩爆风险等级确定

基于工程特点及岩爆特征的施工方法之二是潜在岩爆风险等级确定。基于地质综合分析结果，结合岩石单轴抗压强度、最大主应力、洞壁最大切向应力等参数，评估隧道开挖过程中潜在的岩爆风险等级。岩爆可划分为4个等级：轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆和极强岩爆[2]。

3掌子面高压注浆工艺

3.1 注浆顺序控制

掌子面高压注浆工艺之一是注浆顺序控制。首先是跳孔注浆原则注浆过程中，受前期注浆孔的影响，后期注浆孔所注入的浆液会由于注浆压力或其他因素而发生偏流，同时注入量也会减少。在注浆施工中，采取分序跳孔注浆，可以有效地逐步实现约束注浆，使浆液注浆达到挤压密实，促进注浆帷幕的连续性。逐序提高注浆压力，有利于浆液扩散并提高浆液结石体的密实性。同时，后续注浆孔也是对前序孔注浆效果的检查与评定。其次是由外侧到内侧原则在注浆施工中，先对外圈孔注浆，将注浆区域围住，然后逐步注内圈孔，形成注浆的挤密、压实。有效地实现约束注浆，更有利于提高注浆效果。

3.2 注浆参数控制

掌子面高压注浆工艺之二是注浆参数控制。浆液的凝胶时间不但影响着浆液的扩散范围，还影响着浆液的堵水性能。在注浆施工中，单液浆的凝胶时间原则上不宜超过8h，否则难以控制浆液的扩散范围。对于双液浆，浆液的凝胶时间与地层的涌水量及现场注浆操作人员对工艺掌握的数量程度有关。一般情况下，双液浆凝胶时间宜控制在30s～180s。注浆浆液前期以普通水泥单液浆为主，中后期以普通水泥-水玻璃双液浆为主，注浆过程中为有效控制注浆范围，凝胶时间取值为25s～40s，有水孔取较小值，无水孔取较大值。

4防水板作业线

在隧道施工中，使用防水板进行铺设，不但能减少人员使用和劳动强度，还能增加防水板铺设的质量和效率，在相邻两幅防水板中，实现宽度和定位的准确，符合使用要求。使用防水板铺设机，其支撑能力需要30根油缸作为基础，并能在隧道轮廓面上，快速展开防水板面并固定上，方便后期多人焊接工作。在使用时，增加铺设速度的同时，还具有防水前进和后退的作用。

5结束语

总之，隧道采用机械化集成设备进行施工代替以往的人工施工工艺，一方面能够大幅提高隧道工程施工技术水平，另一方面，也能解决当下施工工力紧缺危机。通过实际工程施工过程中的不断改进，细化各工序实施、转换，提高了整体机械化施工的可操作性、规范性，实现了隧道工程高效、环保节能，减少劳动力配给，提高施工安全性，达到了预期的理想效果，为北京城市地下空间开发规划、设计、施工提供一定的借鉴。

参考文献

[1] 付庭茂.隧道机械化配套施工新模式分析[J].工程技术研究，2018，（1）：37-38，130.

[2] 王志坚.高速铁路隧道机械化修建技术创新与智能化建造展望——以郑万高速铁路湖北段为例[J].隧道建设，2018，38（3）：339-348.