高速铁路长大隧道施工机械配套技术

冯 微

（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

0 引言

铁路长大隧道施工难度较大，必须借助高水平的施工机械完成，施工单位技术人员必须根据施工现场实际情况总结经验，采取有效措施保障机械的合理配套。经过对长大隧道工程施工经验的积累，进一步研究长大铁路隧道施工机械配套技术，以期不断提高工程质量。

1 项目概述

某长大隧道全长13 981 m，全线风险为一级，工程地质情况较为复杂，有较高的地下水，同时有粉质土、软弱围岩，这给工程的设计与实施造成了较大的难度。

2 机械配套技术的基本要求

铁路长大隧道一般采取钻爆法和掘进法，本工程经过详细论证，结合现场实际决定采用钻爆法施工。在实施机械配套技术时，施工单位必须综合考虑隧道情况、工期和成本等因素。在机械详细型号的选择中，必须提供设备型号和制造商的重要信息。从总体上看，应该指出的是，设计部门需要使用相对先进的设备，以使项目更加稳定和安全。由于本项目使用钻孔和爆破方法，进行项目机械配套时必须注意以下4个事项：

（1）设备型号的选择。在符合技术要求的前提下，可以有针对性的选择一些中小型易于更换的设备，出现问题可以及时更换，避免施工中因设备故障导致工期拖延。

（2）施工部门选择配套设备时，不仅要应用于目前的工程，还应考虑隧道的后续工程。因此，所选设备应该是通用的，对于多种隧道形式都能适用，对节约施工单位机械使用成本具有重要意义。

（3）施工单位应根据实际选择现代工程机械设备，并且该设备还必须具有一定的技术和经济水平。施工单位在考察设备时，要根据设备的生产效率、维护、成本、售后等方面做出综合评价，以实现设备采购的技术经济性。

（4）机械配套计划应与隧道施工计划同步规划，有利于工程进展的一致性。应根据地质预报-运输-支护-通风等辅助设备及其他相关程序，确保主体开挖工作的顺利进行，确保不同作业线的顺利开通。

3 铁路隧道施工技术要点

3.1 建立监测测量信息平台

铁路隧道施工技术要将现代技术与先进的信息化技术相结合，在机械配套中引入先进的网络管理系统，以实现机械的电子监控平台，对施工结构进行监视程序，并且管理过程中应包含测量技术和监视系统。使用该技术时，必须特别注意：①创建数据监视平台，使用GPS和其他现代技术监视和监视实时数据，记录隧道建设初始支护的特定条件。监测平台确保员工施工过程的安全，以实现施工现场安全预警处置机制；②通过信息化平台，对记录和监测围岩变化情况具有良好的作用，保证工程的安全运行。在此基础上，可以预留围岩的变形，以避免过多的开挖和隧道穿入，实现成本控制；③利用电子基站的测量结果对支护结构进行再设计，通过与信息化平台的协调，实现动态参数的监测，依据工程进展和参数质量调整支护结构。

3.2 大断面开挖和初始支护

隧道可以通过机械施工进行开挖，以便尽早封闭。使用这种方法，可以将全截面方法与相关的构造技术（例如阶梯法）结合使用。在实际施工中，通常先对掌子面进行预支撑和预加固，以加固软弱的围岩、软土隧道等，以提高围岩施工中的安全性，同时也可以对后期大面积施工提供参考，必须使用CD（中隔壁）法，CRD（交叉中隔壁）法等。在特定的操作过程中，应及时关闭初始支撑，闭合初始支撑以形成环，并应及时设定步骤。在对脆弱的围岩隧道进行初始支撑和密封期间，掌子面和孔跨度之间的距离应控制为两倍。使用3台阶法时，环和掌子面之间的距离应控制在孔跨度的两倍范围内。

3.3 围岩区域爆破均匀度控制

隧道的正常掘进，必须实施爆破技术。施工中需要依据工程实际，不断调整爆破方案，通过全区爆破技术进行爆破试验，在获得较好的均匀度后，可以推广进行大面积的爆破施工。

3.4 挖掘装载工作线

在长大隧道施工中，多功能平台用于高度方面的操作，以便为手动钻孔和喷射混凝土支撑提供操作空间。如果开挖采用爆破方法，则必须同时操作多个气动凿岩机，也可以使用液压凿岩机，同时手动加载爆破和开挖作业以进行钻孔操作。有轨运输方式可以有效改善运输中的环境破坏，但使用该方法需要对机械进行长期维护，不仅增加人工成本，也会对施工造成一定的影响。无轨运输方式可以有效解决以上弊端，但需要采取有效的通风措施，避免隧道内废气聚集。如果隧道位于杂物外部，必须使用无标记的运输方法用翻转式装载机装载挖掘区域的杂物，以将大吨位的轿厢运输和卸载杂物，并将其直接卸载到杂物场。通常，当通过有轨运输时，可以将轻钢轨放置在隧道中，然后将大容量自卸车从电瓶车中拉到隧道中。杂物被运出并扔掉，第二回程运输也可以使用装载机和自卸车进行。施工期间通常会限制施工时间，此时，通常可以使用水平孔和斜坡作为辅助构造。无轨运输也可用于偏转斜轴和水平孔，如果倾斜轴的倾斜度较大，且不能使用无轨运输方法，则需要有轨运输。在这一点上，必须使倾斜井筒底部的侧向倾斜矿车中的压舱物倒转，然后将其从带刺绞盘拉至井口，最后运行到车场位置。

4 长大隧道机械配套分析

4.1 湿喷机械手（图1）

在长大隧道施工过程中，有必要增加隧道初始支撑的强度和稳定性，湿喷能力需达到15 m3/h。湿喷机械手在工程中的应用可以有效改善湿喷混凝土能力，通过与现场施工工艺相结合，可以达到最优效果，其主要优点：①优化混凝土质地、压实密度、抗压强度、抗剪强度和抗渗性，对保证工程质量、避免工程质量通病的出现具有重要意义；②可以实现远程操控，同时施工中也可以保护现场环境；③与手工操作相比，该方法可以大大提高操作效率，减轻手工操作的劳动强度，并能控制成本。

4.2 自行式长弓栈桥（图2）

长大隧道施工过程需要控制填充层的接缝，对保证施工质量具有重要作用。要控制整个隧道拱，使其每个超过24 m，并调整高度以确定滑架长度，通常在9～12 m的范围内确定薄板和填充层之间的分段距离。使用自行式长弓桥技术的主要优点：①可以同时实现多个施工过程，提高工作效率，减轻劳动强度，节省生产成本；②确保隧道基础的长度在同一时间标准，并减少操作期间出现渗水等质量问题；③能够连续浇筑，保持结构的整体性，对于控制结构裂缝具有积极作用。

4.3 二次衬砌车的模具设备

施工中使用二级衬砌分流槽，会发生诸如效率低、连续更换联锁和冷连接等问题。此时，可以使用分流器解决此类问题。通过浇筑适当的材料，将混凝土井筒放入模具中以确保有效浇筑。该施工设备的优势：①在拱顶中大型歧管通道与歧管缸结合使用，以有效利用同一窗层。使用常规浇筑方法时，应避免由于物质浓度过高而引起的偏析问题；②可以对管道复杂的结构进行简化，在一定程度上避免管道堵塞问题。在该施工技术的模式下，对实现混凝土连续浇筑同时避免施工中出现裂缝具有重要作用。

图1 湿喷机械手

图2 自行式长弓栈桥

4.4 顶拱注浆设备

二次衬砌在顶拱位置具有较高的浇筑难度。可以使用工具转换技术来优化砌体车，并且可以将顶部保留注浆孔，从而注入泥浆。初始设置混凝土后，可以对其进行校正，并使用拱顶注浆设备进行灌浆过程。

4.5 自动定位安全警告系统

工程中使用自动定位系统，保证工程监测的精准性，建立合理的安全预警体系，可以接收数据来记录隧道中的人数、工作状态等。然后与计算机系统建立电缆连接，并将地图数据通过屏幕、通信接口等传输到服务室。在此过程中，必须注意接收器的距离控制，以确保信号不会互相干扰。使用该技术构建系统的主要优点：自动记录人员进出隧道的情况和时间，可以在计算机上显示危险区域的地点、管理人员和危险状况等，同时可以为安全预警系统管理人员提供网络警报，对于实现工程安全具有十分重要的意义。