公路隧道成套机械化设备应用研究

摘要 为降低公路隧道作业人员的劳动强度，文章通过实践应用隧道成套机械化的智能化配套设备，不断总结形成适用性及经济性最优的组合方案及关键技术，旨在全面提升隧道整体安全管理水平和施工效率，保障安全、质量和工期目标。研究表明，该技术适用于开挖断面≥60 m2的公路隧道施工，可大幅降低作业人员的劳动强度。

关键词 隧道；成套机械化；设备应用

中图分类号 U455.4 文献标识码 B 文章编号 2096-8949（2024）13-0192-03

0 引言

目前，在采用部分工序机械化施工的隧道实践中，已有采用全电脑凿岩台车、钢拱架安装台车、液压仰拱栈桥、智能化二衬台车等多种设备。该文借鉴了大纵坡长斜井施工特长隧道的施工工序，提出了“成套机械化+智能化配套”的快速施工方式，通过对施工机械的实际应用，记录了各项施工数据，对成套机械化设备进行了分析，选取最优的配备原则从而确定出最佳的机械化配套及相应的用电配套设施[1-3]。

1 主要研究内容

（1）充分结合项目实际，在隧道开挖、支护、防排水、衬砌、养护及文明施工等各作业线中，均应用隧道成套机械化配套进行施工，大型机械智能化设备主要有：

①开挖作业线的三臂凿岩台车、多功能配合台架。

②支护作业线的万向锚杆机、智能拱架安装机、湿喷机械手。

③仰拱、调平层作业线的高分子定形模板、整体活络式小车。

④防排水作业线的自动铺挂台车。

⑤衬砌作业线的信息化多功能衬砌台车。

⑥养护作业线的抑尘、养生智能台车。

⑦沟槽作业线的整体移动式台车。

⑧干式除尘净化（降温）设备。

⑨湿式通风除尘（移动）设备。

⑩文明施工作业线的多功能清扫机等。

（2）小型机械智能化设备。隧道钢构加工采用了集中加工配送模式，并配备了成套的机械智能化设备，主要有数控型钢冷弯机、数控网片机、液压联合冲剪机、二保焊机、钢筋调直切断机、钢筋弯曲机、交流弧焊机、小导管尖头机、冲孔机等。

（3）监控量测应用高级全站仪和FMOS标准版等配套设施，实现自动化监控量测的同时可实时掌握围岩和支护的动态信息，保证隧道施工安全、结构安全耐久且经济合理。

2 通风移动湿式除尘设备

2.1 先进性分析

2.1.1 效率提高

掌子面爆破后在停运洞外压入式通风机的情况下，运行湿式空气净化系统约20 min后，掌子面端初支台车架即可清晰可见，在满足出渣条件的前提下实现了工序的快速衔接，提高了掘进效率。

2.1.2 环保节能

采用双洞互补通风技术后，隧道口处的压入式掌子面爆破后停用压入式通风机约20 min，单日进行两个循环、两次掌子面的爆破作业，洞口通风机累计停机时间约40 min，减少了电脑消耗，且双循环下的净化器配备了自动清洗过滤器，以保证一定时间内水资源的循环利用。

2.1.3 减少职业病

采用双洞互补通风技术可有效降低施工带来的粉尘污染，保证了作业人员的职业健康，减少了隧道施工职业病的发生。

2.2 创新性分析

通过左右洞行车坡度、交通流组成的不同，从而引发双洞需风量的差异。利用下坡隧道内富余且质量较好的新鲜空气，进而稀释上坡隧道内质量较差的污浊空气，降低了污染浓度的同时减少了能耗。

3 应用实例分析

山西省黎霍高速公路丁家湾1号、2号隧道、田家岭隧道的出口端左右线洞口位于中-缓坡上，为第四系坡洪积体，由碎石、块石和黏土组成，其中碎石约占75%、块石约占20%、黏土约占5%，破碎带长度约70 m。隧道边仰坡及洞口段在开挖过程中容易发生坍塌，为该项目的难点工程。

3.1 项目情况分析

3.1.1 地形地貌与地质条件

（1）地形地貌。该段落施工范围内属于黄土高原的太岳山系支脉、侵蚀剥蚀小起伏中山区和山间河谷区，山体植被发育，杂草茂盛，荆棘灌木丛生。山间河谷区表现为河床、河漫滩及各级阶地，河床大多由卵石及砂土互层组成，地下水位埋藏较浅，对桥梁工程基础有一定影响。

（2）地质条件。项目路线区域地质情况主要以地表覆盖浅层强分化泥岩和中分化砂岩为主，侵蚀剥蚀小起伏中山区，桥隧集中段落的地形复杂，丁家湾2号隧道出口段山体覆盖层属第四系坡洪积体，岩体节理破碎，在隧道施工时容易坍塌。

3.1.2 水文气象

（1）气象。项目区域属大陆性季风气候，四季分明且昼夜温差大，冬季寒冷干燥，秋季凉爽宜人，夏季炎热多雨，春季风沙肆虐。沁源县年平均气温8.7 ℃，年平均降雨量656.7 mm，无霜期90～150 d，冻土深0.5～0.75 m。

（2）水文。设计路线在K96+500与沁河交叉，沁河水水量充沛，年均径流量14.4亿立方米。路线在K102+200和K104+800分别与东河、狼尾河交叉，这两条河流均属山区泉溪性河流，水量随季节断续。其余沿线支沟中地表有一定的浅层裂隙水汇聚，水资源相对丰富。

3.1.3 交通、通信及水电情况

（1）交通。项目紧邻国道241线、省道222线，可充分利用现有道路作为施工主便道，进场道路主要依靠新建的横向便道完成，同时需沿路线纵向修建施工便道。

（2）通信。项目在分部安装高容量网络专线，各职能部门设置相对独立的有线和无线网络，保持与项目部、黎霍高速公路有限公司和监理单位的业务联系，与各施工队主要通过手机进行联络；对个别网络覆盖不到的区域或施工点（丁家湾2号隧道出口、田家岭隧道进口），分部与联通公司联系，建立了1座网络信号塔，为施工人员办理联通专用号码，确保施工期间通信畅通。分部按标准化建立了网络信息系统，配备了相应的硬件、软件系统。对拌和站、预制梁厂、隧道建立了远程监控系统，并设专人负责管理。

（3）水电情况。项目区域水源丰富，生活用水通过与当地相关部门协商，接入沁源县自来水系统。桥梁工程和现场养护用水计划通过河道水源解决，而隧道工程和拌和站用水则通过现场钻井方式解决。施工用电采用永临结合方式，通过与当地电业部门联系，在主要构造物附近安装变压器，通过架设电力专线接入当地电网，经测算该项目计划安装17台变压器。临时用电解决方式如下：在施工前期电力未接通的情况下，对隧道、桥梁和涵洞等控制性工程作业点，计划通过配置柴油发电机提供电力保障。

3.2 隧道成套机械化设备应用情况

（1）购置1台全电脑三臂液压隧道凿岩台车、1台全液压两臂凿岩台车进行隧道的开挖掘进，2台全自动二衬台车浇筑衬砌混凝土，2台自行式液压栈桥（含仰拱、中央排水沟模板）浇筑仰拱混凝土，通过对各个工序机械化设备的使用，加快隧道施工进度。隧道施工机械配备见表1所示：

（2）根据该项目构造物分布、现场临建布置以及地方电力线路布设的实际情况，该项目计划安装变压器17台，用电总负荷达到9 870 kVA。该段路基范围内现有变电站负荷能够满足施工生产需要，但丁家湾2号隧道和田家岭隧道的施工点集中，原有电力线路容量较小，需架立电力专线5.5 km；拌和站和项目部需架设专线0.7 km；丁家湾1号隧道进口端需接线长度为1.0 km，出口端接线4.0 km；东河大桥施工点附近电力线路容量较小，需架立电力专线0.2 km。其余构造物均需要架立不同长度的引线至作业点附近，保证施工生产用电。基于永临结合考虑，经与业主初步沟通，项目前期施工电力线路建设费用暂时由施工单位负责，其中丁家湾1号、2号隧道和田家岭隧道的变压器及相关设施及费用，初步考虑在业主确定永久电力线路及负荷后，再通过协商由业主进行回购处理。临时用电设施具体见表2～3所示：

4 结束语

综上所述，公路隧道成套机械化设备突破了静电除尘器、袋式除尘器、雾炮车等常规的隧道通风除尘技术，提供了隧道施工调风、控尘、风流回用的新路径，为公路隧道施工通风及环保提供了参考借鉴。

参考文献

[1]陈强， 王静华， 田万良， 等. 隧道斜井避车洞与集水仓一体化施工方法及隧道斜井结构[P]. 北京：CN115977657A， 2023-04-18.

[2]李红锋. 公路路基路面防水施工技术研究[J]. 黑龙江交通科技， 2021（5）： 56-57.

[3]吴顺. 高速公路桥梁桥面铺装施工控制技术研究[J]. 黑龙江交通科技， 2021（10）： 105+107.

收稿日期：2024-02-05

作者简介：樊玉洁（1982—），女，本科，工程师，从事道路建设管理工作。

通信作者：申铁军（1980—），男，本科，正高级工程师，从事隧道工程研究工作。