公路隧道机械化施工技术分析

余辉

（浙江交工宏途交通建设有限公司，浙江 杭州 310051）

基础设施的完善使得公路隧道规模越来越大，所以，提升公路隧道机械化施工效率和质量、改善施工环境、控制施工成本、节约施工资源等成为现代化公路隧道机械化施工的重点内容，传统施工工艺已经无法应对这些问题，这就需要施工单位通过先进的机械化施工工艺，推动公路隧道工程施工的顺利进行。

1 公路隧道机械化施工技术发展历程

1.1 施工方法的发展

随着公路隧道工程建设施工工艺的创新发展，相关部门在总结梳理工程实践经验的基础上，提出了适用于现代公路隧道机械化施工的新奥法、挪威法以及浅埋暗挖法等方式，并在公路隧道机械化施工中得到了广泛应用，确保公路隧道机械化施工取得了良好效果，全面提升了公路隧道机械化施工的安全性以及施工效率。

1.2 施工设备的发展

要想确保施工工艺的有效性，就要以配套施工设备为前提。在公路隧道机械化施工设备革新的过程中，TBM 掘进机、凿岩台车以及盾构机已经开始了针对不同地质条件岩层的实践，全面提高了公路隧道机械化施工的作业效率，增强了公路隧道机械化施工的质量。且通过对全液压钻孔台车、液压衬砌台车和大型装载机械的研发，增强了公路隧道工程的掘进速度以及施工效率，有效地改善了公路隧道机械化施工的作业环境。

2 公路隧道机械化施工准备及管理

2.1 公路隧道机械化施工场地和设备的准备

在公路隧道工程施工过程中，需要明确拌和站的场地布局，确保各项功能的明确性，在原有场地面积的基础上，确保原材量仓的数量能够满足对应的生产需求，保障各个标识和标牌的齐全，加强原材料堆放的规范性和有序性。对于公路隧道机械化施工来说，不仅需要先进的施工机械设备，还需要具备充足的施工空间，并安装合适的水电装置，确保公立隧道施工的顺利进行。

2.2 公路隧道机械化施工过程的管理

（1）公路隧道开挖注意事项。施工单位需要在公路隧道机械化施工前制定完善的施工方案，并积极推广零开挖的公路隧道施工进洞理念，避免开挖过程对山体造成破坏，使山体能够保持原本的生态环境和地貌。如果公路隧道施工场地洞口围岩不具备良好的施工条件，施工人员就需要及时调整公路隧道机械化施工的顺序，并在实际施工中严格遵循先明洞后暗洞的基本原则，在公路隧道二次衬砌50m 后，就可以启动绿化工程施工程序。

（2）公路隧道机械化施工期间内的洞口管理。在公路隧道机械化施工过程中，洞口管理工作需要严格按照机械化施工的要求，安装带有人脸识别的门禁系统，并做好对洞内环境及施工人员的全面监督和管理。并且，施工单位还需要在公路隧道洞内装设预警报警系统、应急通信设备以及人车分流设施等，加强公路隧道洞内环境的安全性。施工单位还需要成立公路隧道洞口管理值班团队，安装信号警示灯，并在洞口位置建设固定的值班室，由值班人员对经过公路隧道洞口的往来车辆和人员进行检查，并由值班人员看守隧道爆破警告信号灯。

3 公路隧道机械化施工技术

3.1 全电脑多臂凿岩台车钻孔代替人工钻孔

对于公路隧道机械化施工来说，现阶段，很多施工单位往往会使用全电脑多臂凿岩台车钻孔代替传统的人工钻孔作业，这种全电脑多臂凿岩台车钻孔设备具有高频率的冲击和精准的爆破度，而施工人员在使用钻孔设备时需要配合超高的冲击能，全面提升挖孔钻机的钻进速度和效率，最大程度减少超欠挖。如果公路隧道施工人员在进行钻孔作业的过程中，使用全电脑多臂凿岩台车钻孔进行作业，就足以超过传统多人共同开展钻孔作业的速度。使用挖改钻机能够有效减少人工作业人数，在提升钻孔作业工作效率和质量的同时，有效缩短公路隧道机械化施工中的循环作业时间，降低人工作业伤亡风险的概率。

3.2 拱架作业台车和装药车替代台车作业

拱架作业台车和装药车在公路隧道机械化施工过程中主要起到了装药、立架、挂网作业的作用，具有性能比较稳定且操作性比较好的特点。拱架作业台车主要包括了台车本体、提升壳体、底部轮座等几个部门组成，拱架作业台车实际使用过程中，车轮的安装和拆卸非常简便，工具和物料运输也更加快捷；装药车的使用不仅能够实现与隧道工程的良好匹配，还能够通过智能化的机械送管装置和定位系统，实现自动化化的运动轨迹移动，从而实现装运一体的智能化无人操作。因此，拱架作业台车和装药车等工具相比传统的台车工具来说，能够有效减少操作占用空间，减少操作人员的数量，可以更好地辅助公路隧道进行施工。

3.3 喷膜防水替代传统防水板

在公路隧道工程施工过程中，渗漏水问题已经成为其质量通病，尤其是我国现阶段，很多公路隧道在实际施工过程中，复合式衬砌防水作业大多采用防水卷材，这种防水卷材虽然性价比高，但实际使用效果却未达到期望值。而近年来，一些专家学者开始研究隧道喷膜防水技术，并将其应用到了公路隧道机械化施工中。强黏合性隧道喷膜防水技术在实际应用中主要将合成胶乳作为喷涂成型胶膜的主要材料，其辅助材料为热塑型橡胶改性乳化沥青，这两种材料能够使工作人员在进行喷涂工艺的过程中，使其表面瞬间凝结，进而实现对异型结构的无缝隙整体结构防水。

一般来说，强黏合性隧道喷膜防水技术喷涂膜的厚度主要在0.1 ～0.4cm，且能够一次性成膜，在实际使用过程中具有省时、省力、均匀性强等特点，能够有效适应公路隧道机械化施工现场的多样需求。再加上公路隧道机械化施工条件的要求较为宽泛，没有苛刻的施工条件，强黏合性隧道喷膜防水技术就可以适用于各种异型基面。并且，强黏合性隧道喷膜防水技术在实际应用中，如果遇到冬季天气恶劣而影响公路隧道顺利施工的问题，就需要暂停强黏合性隧道喷膜防水技术的应用。

3.4 二氧化碳爆破代替炸药爆破

在公路隧道机械化施工过程中，使用后二氧化碳爆破代替炸药爆破，主要是利用液态二氧化碳吸热功效，使其能够迅速膨胀起来，压力也迅速增大，进而对公路隧道施工现场的围岩进行破裂，进而避免传统炸药爆破时产生的高震动、高危险和有效气体多的缺点，为施工人员实际操作营造一个安全性强、环保程度高且更加经济的特点，进而起到保护围岩并改善公路隧道工程施工环境的作用。

3.5 湿喷机械台车的应用

传统的公路隧道施工主要采取人工干喷方式或者潮喷混凝土作业方式，这两种方式的应用使得公路隧道洞内粉尘过大，不利于公路隧道洞内形成良好的作业环境，甚至容易在超挖较大时填塞部分填充物，进而形成空洞局面，直接影响了隧道的整体使用寿命，再加上人工干喷混凝土的用水量控制程度不够精准，无法有效确保混凝土的强度。一般来说，使用传统干喷方式时主要采取的喷浆机为小型的喷浆机，这种喷浆机的功率比较小，喷射的持续时间比较长，如果施工人员长时间暴露在这种喷射环境下，就容易感染尘肺和硅肺等多种职业性疾病。而施工人员在使用湿喷台车施工时，则主要由混凝土拌和站集中性开展拌和工作，并经过罐车将其运送到指定位置区域，这种方式不仅有效降低了操作中的粉尘含量，更是提升了喷射效率和质量，能够有效减少施工人员在公路隧道洞内的作业时间，降低了施工人员获职业病的概率。

3.6 仰拱液压栈桥

在公路隧道仰拱施工过程中，传统的仰拱施工工艺主要采取分幅施工方式或者施工单位自制的仰拱栈桥方式进行施工，这两种方式在公路隧道机械化施工中的运用，都容易造成填充的混凝土进入二衬，直接导致公路隧道拱脚位置形成了一个非常薄弱的环节，再加上公路隧道机械化施工中的自制仰拱栈桥方式主要根据施工人员自身经验形成，并没有经过科学系统的受力计算，不仅安全系数比较低，仰拱栈桥的移动也主要依靠挖掘机或者装载机的拖动。而公路隧道机械化施工在采取自行式液压栈桥配套仰拱模板进行施工的过程中，自动化的液压仰拱栈桥能够通过履带，带动自身行走，并利用液压系统对模板进行调节和优化，加强其行走的灵活性，确保液压仰拱栈桥施工的便捷性。

3.7 防水板挂设台车

对于公路隧道机械化施工来说，传统工艺防水板的挂设需要施工人员先将工艺防水板铺设在公路隧道洞壁上面，工艺防水板铺设根据施工面积的不同需要至少三个的施工人员，再加上防水板施工铺设劳动强度比较大，使得工艺防水板在铺设过程中很难控制松紧程度。并且，施工单位在公路隧道机械化施工中采取防水板自动挂设台车设备，能够充分利用其自带的弧形轨道系统和牵引系统，将带有防水板的小车从底部移动到另一侧的底部，使其能够自动展开防水板，在降低施工人员劳动强度的同时，对防水板进行固定，从而有效调节防水板挂设的松紧程度。

3.8 电缆沟槽台车

公路隧道机械化施工需要采取电缆沟槽台车行走就位的方法，确保施工人员能够通过液压系统，对公路隧道内部模板进行整体控制和移动就位，省却了人工进行模板拼接的时间，缩短了整个公路隧道工程的施工周围，施工人员的劳动强度和压力也有所降低。这种移动模架不仅安装快捷，拆除也比较方便，能够在施工中重复循环使用，有效降低了公路隧道机械化施工的成本。且在公路隧道机械化施工过程中，混凝土浇筑工作的开展主要利用了附着式的振动器，防止人工振捣工作开展的随意性，有效避免了混凝土浇筑过程中流砂现象和蜂窝麻面现象的产生。

4 公路隧道机械化施工数字化管理模式

4.1 视频监控

公路隧道机械化施工过程中，还需要建立完善的隧道监控视频系统，进而实现对整个公路隧道工程施工管理空间的全面覆盖，并根据气候温度和施工类别进行侧重管理。一般来说，公路隧道机械化施工中应用视频监控系统，能够加强施工单位对隧道掌子面作业人数、作业时间、通风量等各项信息进行动态化掌握，这就表示施工单位在信息化管理的基础上，建立完善的物联网系统公路隧道机械化施工设备协同远程调度系统。在公路隧道机械化施工中应用视频监控后，公路隧道机械化施工作业的开展，能够加强各要素之间的集成，加强对各要素之间的远程控制，确保各要素之间的协调配合，推动公路隧道机械化施工的顺利开展。

4.2 人员定位和远程控制系统

BIM 技术在公路隧道机械化施工中的应用，不仅能够实现对进入隧道人员和设计的准确定位，还能够在出现意外情况时，对进入隧道人员和设备的数量进行精准掌控。而上述视频监控在公路隧道中的应用，不仅能够实现监控功能，还能够实现远程控制功能，将其与隧道内部设置的远程控制平台相结合，能够真正实现对公路隧道内部的空压机、轴流风机和射流风机等大型机械设备的远程无线控制。

5 结语

综上所述，要想确保公路隧道机械化施工作业质量和效果，就需要加强公路隧道机械化施工准备及管理，通过全电脑多臂凿岩台车钻孔代替人工钻孔、拱架作业台车和装药车替代台车作业、喷膜防水替代传统防水板、二氧化碳爆破代替炸药爆破的方式，强化湿喷机械台车应用的质量，并通过仰拱液压栈桥、防水板挂设台车以及电缆沟槽台车等施工工艺，加快公路隧道工程的施工进程，能够有效解决当前公路隧道机械化施工中存在的掘进速度以及施工效率低下等问题，确保公路隧道机械化施工的安全性，进而改善公路隧道机械化施工的作业条件，推动公路隧道机械化施工的顺利有效开展。