公路隧道机械化配套快速施工技术

陈子伟

（中铁二十三局集团第三工程有限公司，四川成都 611137）

在经济发展之下，公路网呈持续扩大趋势，受地形条件等因素影响，通常要展开大长隧道施工作业。基于此，在保障隧道整体质量的同时若要创造更高施工效率，需基于工程实际情况做好机械化配套工作，此方式可缓解工程人员作业强度，将隧道施工风险降到最低。总体上，隧道机械化配套施工已经被广泛应用于多数工程中，且这一技术也将成为未来主流趋势，针对该技术做进一步探讨具有高度现实意义。

1 工程概况

石羊山隧道位于广东省恩平市郎北村，为典型的左右分离式隧道形式，项目左线桩号为ZK36+620~ZK39+455，总长度2835m，最大埋深约292m；右线起讫桩号为YK36+610~YK39+465，总长度2855m，隧道最大埋深约285m。其中，项目左线进口处于半径2200m 平曲线上，右线部分则处于半径2700m 平曲线上，两线出口均在直线上。总体上坡度大体相当，左线纵坡2.022%，右线2.0%。

2 机械配套方案

2.1 机械配套原则

（1）立足于工程实际需求，以此为指导针对性适配机械设备。纵观当前隧道工程，大型机械是贯穿于多数环节的重要设备，当采用分步开挖的方式时，不具备宽广的操作空间，大型机械设备虽然具有较高施工效率但依然停留在全断面施工阶段。所以，机械设备配套必须充分考虑到现场环境，彼此之间需达到相协调状态，推动施工有序展开。

（2）为隧道施工适配的机械设备必须达到协同作业状态，充分将各设备联动起来，以提升施工效率。同时，要确定合适的施工工序，这是提升设备协作性能的关键。

（3）充分考虑工程技术经济性原则，在配置机械设备时要充分考虑成本因素。尽管机械设备可创造优良效益，但无法与工程成本达到相适应状态，在此情形下要求设备选型以低成本、高效率的方式为宜。所选用的机械设备需具备自动化功能，在运行过程中能耗相对较低，在降低施工成本的同时也可发挥出优良环保效益。

除上述三点外，还需要高度重视安全保障工作。要求设备操作者具有高度专业素质，但这一问题依然是国内隧道工程的痛点，相关人员的操作技能不够成熟，同时对设备作业的重视程度欠佳，在此情形下尽管为工程适配了高效率设备，依然难以达到效率最大化的效果。

2.2 机械化配套方案

立足于隧道实际情况，加之对工期的考虑，针对隧道进出口作业区展开针对性分析，做好机械化配套，主要涉及三个阶段：

（1）开挖阶段，适配2 台三臂凿岩台车，二者协同作业完成钻孔施工，以便给后续光面爆破提供优良条件。

（2）喷锚阶段，依然使用到三臂凿岩台车，但数量需提升到3台，以确保锚杆钻孔作业顺利进行，在此基础上利用湿喷机械手做进一步施工。

（3）仰拱施工阶段，需得到自动移动栈桥的支持，同时还需适配自行式仰拱移动边模，二者协同作业全方位保障仰拱施工质量。

3 机械化配套快速施工技术

3.1 超前地质预报

本工程中选用JXU—1000 的钻机，关于其具体示意图如图1所示。该设备操纵性良好，依据实际情况的不同可灵活更换动力头，因此广泛适用于锚杆、钻探等多环节之中。钻机能够实现对钻孔出水的实时监测，以此为指导自动调节钻进压力与速度，同时还可依据现有工程环境对前方区域做进一步预测，理论预测距离为30m。

3.2 开挖作业

隧道开挖环节采用的是光面爆破的方式，有别于常规人工手持风枪钻孔方式的是，此方法更加注重机械化施工，可提升炮眼施工效率，具体使用的是三臂凿岩台车，若隧道施工距离较长，基于此设备具有较高可行性，可大幅提升钻井效率且兼具低噪声、低污染等多重优点。为保障钻孔施工质量，需严格遵循底板眼、周边眼、辅助眼、掏槽眼的顺序展开，最后结束断面施工后所得钻孔总量为154 个。要求所有钻孔深度均为4m，为保障工程整体施工效率，单孔作业时间需控制在2~3min 以内。经由三臂凿岩台车完成钻孔作业后，进一步安排工程人员装药。由于工程钻孔均为机械化操作，因此整体施工时间得到有效控制，同时也能够提升爆破轮廓线精确度。

表1 三臂凿岩台车施工功效分析

图1 钻机

3.3 初支作业

展开初期支护作业，此环节选用的是多功能立架台车，采用的是三层构造，可适用于钢拱架施工需求。为保障初支喷射混凝土效率，需得到GSP-D 湿喷机的支持，可实现对材料的均匀搅拌，大幅提高了配合料质量，基于运输罐车的辅助将所得材料进一步转移至施工区域，转入喷射机中并在机泵的推动下将材料置于喷头处，通过预先设定的电脑自动化程序可持续性展开高压喷射施工。工程中所用的湿喷机性能优良，运行灵活度高，可满足泵送、喷射等多重要求，理论喷射高度达17.5m，且宽度可达到31.4m，喷射范围明显大于其他工程设备，基于湿喷机施工的方式，大幅缩减了人员量，改变高强度施工作业的局面，所得混凝土整体性能良好，密实度满足工程要求且具备优良粘结水平。

3.4 仰拱作业

随即展开仰拱混凝土施工作业，以达到尽早闭合成环的效果。结束施工后，要确保支护结构具有足够稳定性，以便顺利展开开挖作业，在做好上述工作后随即灌注仰拱混凝土。为在最大程度上缓解施工干扰，创造可观的掌子面施工效率，工程中引入了液压栈桥结构，可实现自动化控制效果，保障现场交通运输能力，在此过程中仰拱浇筑施工并不会受到影响。

4 施工效率分析

4.1 三臂凿岩台车施工工效

当然，若仅凭三臂凿岩台车，依然无法满足高质量、高速率的施工要求。基于此，针对该设备做进一步分析，具体情况如表1所示。

基于上述分析得知，单台三臂凿岩台车所具备的施工效率较为优良，大体与7 人作业总量相当，但就项目实际需求而言依然存在一定差距。进一步分析原因：设备单次成孔量为3 个，而结束钻孔后还需要做进一步调整，这一环节会浪费大量时间。考虑到这一问题，为单洞适配了2 台相同设备，此方式所带来的施工时间缩减了38%。且为了有效控制工程成本，要求左右洞室钻孔时间错调，以保障2 台设备可在同一时间应用于相同洞内施工环境，此方式进尺深度也得到有效提升，由原来的132m 变为144m。

4.2 湿喷机械

经实地分析后得知，虽然为工程适配了单台湿喷机械手设备，但相较于工程预期要求而言依然有较大差距。对此，若适配2台相同设备，相同环节的施工时间将缩短3h。同时，对湿喷机械手运行质量展开分析，得知混凝土回弹率约为10%，总体来说符合工程预期要求，虽出现了回弹现象但控制在工程许可范围内。

4.3 现场初期支护施工耗时

关于初期支护开挖施工，工程人员深入现场分析了单个循环施工时间，若单次进尺为3.6m，实际投入的施工时间为970min。以此为基准做进一步分析，若单月施工时间为30d，以三臂凿岩台车为核心设备，为之适配湿喷机械手等高度自动化装置，基于协同作业的方式能够有效提升施工效率，所得到的开挖深度为161m，且对Ⅳ级围岩工程而言具有优良适用性，能够彰显出可观效益。

4.4 环保功效

所使用的湿喷机械手设备，在展开喷锚作业时有效控制了粉尘浓度。有别于干喷混土的是，该方式所产生的呼吸粉尘量大幅下降，由原本的21.7mg/m 明显降低到0.4mg/m。不仅于此，全尘量也得到合理控制，此时仅为1.5mg/m。在整个喷射混凝土过程中，电机是主要的动力支持，这种运作方式并不会带来尾气排放问题，也有助于保护掌子面，使其达到相对稳定状态。总体上，设备安全性能良好，施工效率优良，与环保施工的理念相符，充分彰显出现代化工程的种种特性。

5 结语

综上所述，本文以隧道施工为背景，提出了适用于工程实际情况的机械化配套方式，涉及三臂凿岩台车以及湿喷机械手等现代化设备，彼此之间的配合大幅提升了施工效率，保障工程整体安全性，同时也发挥出优良经济效益与环保效益。总体上，机械化配套的方式具有高度现实意义，对未来公路隧道施工作业起到推动性作用。