山区高速公路隧道项目的机械化施工技术探讨

陈创

摘要 山区高速公路隧道项目在复杂地质条件下的施工难度比较大，文章以某高速山岭隧道施工为例，对复杂地质条件下山区隧道项目施工工艺进行了总结，具体包括施工准备工作、超前地质预报、隧道开挖、初期支护、仰拱、二次衬砌和电缆沟槽施工这七大关键工序的机械化施工技术要点。基于以往项目的实践经验，期望能为后续复杂地质条件下的隧道施工，提供技术参考和借鉴。

关键词 山区公路隧道项目；复杂地质条件；机械化施工；施工技术要点

中图分类号 U455.3文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）11-0076-03

0 引言

山地、丘陵地区机械化施工水平提高，对改善高速公路隧道项目施工效率有积极作用，也是促进隧道工程技术创新的有效措施。现阶段，国内学者对山岭隧道机械化施工方案及其配套技术进行了分析，结果显示智能化水平低、协同作业难度大、关键技术设备缺失是影响山岭隧道施工效率提升的重要因素。该文基于某高速山岭隧道项目施工实例，对复杂地质条件下隧道机械化施工工艺应用策略进行了分析，为提高隧道机械施工效率奠定了基础。

1 工程概况

某高速公路项目位于山岭重丘区，项目全长18 km，为双向4车道设计，荷载为公路I级，最高时速100 km/h，路基长度4 km，路基宽度26 m，桥梁13座，桥隧比72%，项目海拔600～1 000 m，所在区域山地较多，为侵蚀剥蚀地貌单元。隧道穿越砂岩、砂质泥岩等，基岩暴露，土层稀薄，工程地质条件差，抗风化能力强，力学指标不佳。设计院实地勘测结果显示，工程所在区域有地质构造破碎带。施工区域降雨明显，夏季雨水充分，秋冬季雨水少，大气降水为主要水流补给来源，多存于土层孔隙或基岩节理内，隧道内地下水储量丰富，易发生突水、突泥等地质灾害。隧道全长3.8 km，坡长3 km。隧道通风条件差，地下水丰富，施工安全风险高，项目建设工期36个月，地质构造破碎带存在增加了施工难度。

2 隧道施工准备工作

隧道施工前需做好準备工作，其要点如下：

2.1 施工场地准备

拌合场地合理布局，场地面积、料仓数量需满足实际需求，科学布设功能区，满足生产基本需求，标识牌齐全且分类明确，各类生产材料整齐摆放、规范有序，合理布设排水系统。采用集中拌和混凝土方案，加强信息化管理提高数据精准性。

2.2 施工设施准备

以南方路机SL3系列干式整形高品质制砂设备施工，日产1 600 t，提高了施工环保性能，工程智能化水平明显提升。合理应用砂石污水智能压滤器与砂石分离机，有效分离砂石并控制污水，净化后重复使用，提高了环保效益，实现了零污染物排放，符合资源回收和绿色发展理念[1]。

2.3 施工现场管理

科学统筹隧道洞口布局，确保各功能区分布符合规范，清晰布设交通运输路线导流，统一放置引导牌，科学调整应急物资库、监控室、值班室、员工通道、作业人员显示屏等设备，采取人车分流双向管理，认真落实九牌一图方案，做好施工现场监管。

2.4 通风设施要求

（1）射流风机需与洞口保持30 m以上间距，施工区域内合理布设警示标识牌，以黄黑色彩合理搭配，采用型钢支架进行安装。

（2）管线布设需顺直，整齐，统一布设风水管并清晰标识。

（3）高压风管布设距离需大于30 m，利用分风器将高压软风管连接，线路以三相五线系统连接。

（4）空压机组的功率，应当满足项目设计的要求和施工参数。

（5）隧道口附近选择合适的位置建设空压机房，风机风量、风压等须符合设计规范。

2.5 隧道开挖注意事项

（1）隧道开挖施工前需制定完善的方案，进洞科学设置支护结构，并以零开挖理念施工，以减少项目操作对山体产生的破坏。

（2）坚持绿色理念和环保意识，减少植被砍伐，恢复区域生态并保护自然环境。

（3）隧道洞口围岩不具备施工条件的情况下，应当对施工顺序进行调整，按照“先明洞后暗洞”的顺序进行施工[2]。

2.6 隧道施工期洞口管理

（1）按照项目设计规范进行隧道洞口建设，采用门禁系统严格控制人员出入，加强对隧道洞口环境的监控。

（2）应用警报系统并实行人车分流，提高信息化水平，加强现场管理。

（3）设置值班室并成立值班管理小组，对人员和车辆的进出严格控制，于洞口位置设置醒目标识，确保隧道内相关工作顺利进行。

（4）设置洞口应急物资库并配备照明设备和生产防护用品。

（5）隧道起爆前发出安全警告，确保人员处于安全范围后方可操作，解除警报前所有工程施工人员不得进入洞内，并安装警示灯进行提示。

3 机械化施工工艺

隧道施工阶段，不断探索并创新施工方法，借助隧道施工大型机械化配套和信息技术的科学应用，实现软硬兼顾，为智能化隧道建设创造条件[3]。该隧道施工明显节约了人力成本，且提高了施工安全系数，确保项目施工质量，此隧道项目机械化施工，工艺要点如下：

3.1 超前地质预报

采取物探与钻探相结合、掘进区间长距离与短距离相结合的方案验证，实施中坚持超前预报、物探先于钻探的方案，并合理应用物探法、超前导坑预报法、超前钻探法、地质调查法等技术，超前地质预报方法如图1所示。

隧道项目施工前，借助地震波反射法与超前地质预报法有机结合，了解特定范围内岩层结构面变化情况，判断施工区域地质断层、岩性界面、空洞等分布状态，基于地质雷达法获得不同介质位置，同时利用钻神ZML-160型多功能地质钻机进行物探，提高探测结果的同时准确评估施工区域地质和水文条件，为项目工程的顺利实施奠定基础，以降低事故风险[4]。

3.2 隧道开挖

该隧道Ⅲ级围岩采用全断面法和两台阶法施工，Ⅳ级围岩采用两台阶法施工，Ⅴ级围岩采用三台阶法和环形开挖预留核心土法施工。选用全断面法施工时，凿岩钻孔施工设备选用BoomerXL3D型全液压三臂凿岩台车，整车作业高度7 m，作业长度17 m，装机半径45 m，装机总功率293 kW。与传统施工方案相比，该机械设备的应用提高了施工作业效率，用电量明显减少，综合效率显著提升[5]。4.5 m炮眼操作时间仅为2 min，传统操作则需要15 min，钻孔工序控制在2.5 h以内，相比于传统手风钻施工节约了1 h。

隧道断面开挖及初期支护过程中，采用三维激光扫描仪验收，根据施工方案制定验收台账管控，避免出现超欠挖现象；严格控制施工参数和工序进展，避免混凝土浪费；充分利用仪器设备进行扫描，妥善处理欠挖部分，并确保二次衬砌施工达标。

3.3 初期支护

隧道开挖后初期支护应与开挖作业相协调，支护后及时撑紧掌子面，采取辅助方案为开挖提供便利。软弱围岩或稳定性差区域施工，需坚持早封闭、勤测量、强支护、短进尺的基本作业原则。施工过程中对测量结果严密观测，并结合施工现场情况进行支护方案的调整和参数的优化。施工环节做好地质预报工作，结合现场勘察结果与围岩参数，进行施工技术方案的适度调整[6]。

用隧道湿喷机械，完成混凝土喷射操作，以最新的拱架安装台车完成拱架安装工作。拱架安装台车的设备应用特点为：

（1）安全性高。采用多机械臂操作模式，通过与工作平台的协调，使操作人员远离掌子面，提高了作业环境安全性。

（2）节省人力。该设备可由4人操作完成钢筋网铺设和钢架安装，节约了大量人力投入，降低了人工成本。

（3）节时高效。30 min即可完成一榀拱架的安装，工作效率高，促进了工序循环，可有效控制项目施工进度[7]。

3.4 仰拱

隧道内设置仰拱时，需及时封闭支护结构使其成环，以有效改善围岩受力情况，提高结构稳定性确保项目施工安全，有效降低围岩变形概率。仰拱施工宜全断面一次成型，全幅完成拱架、钢筋、支护施工，并及时铺筑混凝土，并设置填充层。

利用液压移动栈桥，确保隧道洞内交通通畅。通过液压模板的优化同步施作水沟、仰拱、盲沟等附属工程，快速移动定位，使仰拱、水沟、盲沟三位一体化成型。优化后方案施工效率提升20%，12 m仰拱可同步施工，便于拆卸和安装，结构强度明显改善，有效节约了劳动力。

3.5 二次衬砌

初期支护完工后进行二次衬砌，及时将支护结构封闭成环，以提高围岩结构稳定性，改变其受力状态，而防止围岩结构变形，做到切实提高施工安全性[8]。隧道二次衬砌的操作流程如下：

（1）RPI五点定位法预留洞室，以智能挂布台车施作防水无纺布工序，通过对液压装置的调节提升无纺布，借助卷扬机沿轨道挂设。

（2）改装台车端头，使钢模板翻转并有效固定背贴式止水带。

（3）二衬施工要点：①混凝土衬砌之前，以注浆管位置为基础严格控制钢筋网绑扎高度，预留空隙避免影响升管过程，可根据实际操作需求适当拨动钢筋网，解决预留空隙问题；②注浆管上升的过程中，根据台车面板与防水板的实际距离进行调整，以保护防水板，避免损坏；③通过钢模应用，提高项目整体质量，确保混凝土成型符合规范；④模板就位前完成防水板等隐蔽工程的施工，随后对其中线位置、高程值等进行校核，严格控制曲线隧道的弧度值，有效减少接缝节点，提高通畅度。

3.6 电缆沟槽施工

采用移动电缆沟槽台车进行电缆槽的布设施工，施工前对边墙进行统一清理，彻底清洁基底以提高附着质量。沟槽盖板铺设时，两端对齐且平稳放置，微小缝隙以砂浆填平，以提高其结构稳定性，避免缝隙存在导致其晃动；统一盖板尺寸，采用增设短钢筋的方案，对电缆边墙或沟槽进行加固[9]。

3.7 安全管理措施

建立健全组织体系，严格执行岗位责任制，并明确具体责任人的工作责任。通过成立安全生产管理小组进行全面协调管理，规范管理责任，明确工作细则。加强现场施工监管，安全管理部，需协调现场施工的各部门管理，妥善分工，切实提高施工质量。

强化人员责任，加强人员管理，做好劳动保护，保障施工人员的安全；科学穿戴劳保用具，严格落实安全责任制，具体到责任人；严格执行操作规程与细则，加强安全执法，全面查处安全隐患，及时采取措施防范，杜绝违章作业[10]。

加强岗前培训，严格技术交底，对施工技术人员进行安全教育培训，以增强人员安全意识和执行力度，确保各项管理规范有效落实。严格执行技术交底的基础上，加强安全文明施工，有效保障项目进度，确保施工质量。

4 结语

综上所述，道路交通运输业的高速发展，为经济建设的顺利开展奠定了良性基础，而高速公路隧道机械施工技术水平的不断提升，为公路建设行业作出了突出贡献。该文基于复杂地质环境条件下的山区高速公路隧道项目施工工艺特点，对现阶段施工中存在的具体问题进行了分析，以项目建设需求为基础，提出了隧道机械化施工的作业要点，指出了项目建设环节存在的技术难题及其处置措施，期望为相关项目的开展提供技术保障。

参考文献

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