基于機(jī)械化施工的隧道工程施工技術(shù)分析

吳向東

廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司

基于機(jī)械化施工的隧道工程施工技術(shù)分析

吳向東

廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司

近年來，隨著隧道工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，很多隧道工程開始應(yīng)用機(jī)械化配套設(shè)備進(jìn)行隧道施工，并取得了較為滿意的成果。本文就以港珠澳大橋珠海連接線南灣隧道工程為例，對(duì)隧道工程的機(jī)械施工進(jìn)行了分析，為類似工程提供借鑒和參考。

隧道工程；機(jī)械化施工；應(yīng)用

1　工程概況

港珠澳大橋珠海連接線南灣隧道為長(zhǎng)隧道，雙向六車道，左、右線分離布設(shè)，左右線測(cè)設(shè)中線間距約16.95m，左線隧道里程ZK7+373～ZK9+554，長(zhǎng)2181m；右線隧道里程YK7+373～YK9+561，長(zhǎng)2188m。本隧道具有地質(zhì)復(fù)雜和施工工期緊等特點(diǎn)，為確保施工進(jìn)度、提高作業(yè)機(jī)械化，南灣隧道右線Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖擬采用多臂鑿巖臺(tái)車鉆孔，左線采用常規(guī)人工開挖，左右線均采用大型濕噴機(jī)組錨噴支護(hù)。

2　隧道施工中的機(jī)械化施工

2.1開挖作業(yè)

鑿巖臺(tái)車作為較先進(jìn)的開挖設(shè)備，能夠高效地進(jìn)行開挖。鑿巖臺(tái)車主要由底盤、鑿巖機(jī)、給進(jìn)器、鉆臂、工作平臺(tái)臂、控制及動(dòng)力裝置、自動(dòng)電纜卷盤及水管卷盤、安全頂蓋、照明系統(tǒng)和自動(dòng)防卡鉆裝置等構(gòu)成。按鉆臂數(shù)量可分為三臂鑿巖臺(tái)車、兩臂鑿巖臺(tái)車和單臂鑿巖臺(tái)車。按智能化程度高低可分為全液壓（THC）、半電腦（TCAD）、全電腦（TDATA、全智能（DTi）4種類型，根據(jù)隧道斷面大小、進(jìn)度要求、投入情況等靈活選用。

2.2出渣作業(yè)

出渣作業(yè)一般采用2種方式：一是采用傳統(tǒng)裝載機(jī)裝渣，配合使用反鏟挖掘機(jī)，以大容量運(yùn)輸車運(yùn)輸為主，運(yùn)輸方式分為有軌和無軌運(yùn)輸；另外一種則是選用出渣效率較高的隧道挖裝機(jī)，俗稱扒渣機(jī)。

2.3初期支護(hù)作業(yè)

隧道內(nèi)進(jìn)行初期支護(hù)施工時(shí)，采用濕噴法噴射混凝土，較為先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備配置濕噴機(jī)械手，由裝在輪式汽車底盤上的濕噴機(jī)、蠕動(dòng)劑量泵和噴射機(jī)械臂構(gòu)成，噴射混凝土效率一般可達(dá)15～30m3·h-1，對(duì)施工人員身體的危害小，在圍巖條件較好的全斷面法地段采用該設(shè)備效果最為明顯。此外，初期支護(hù)還要使用鋼拱架架設(shè)機(jī)，它能明顯提高鋼架架設(shè)效率，節(jié)約初期支護(hù)施作時(shí)間。

2.4仰拱鋪底作業(yè)

隧道仰拱鋪底作業(yè)工序較為復(fù)雜繁瑣，其施工速度直接影響著后續(xù)施工進(jìn)度。目前，大多數(shù)鉆爆法施工的隧道采用半側(cè)施作或簡(jiǎn)易棧橋的方法進(jìn)行仰拱施工；但由于傳統(tǒng)棧橋采用固定結(jié)構(gòu)，適應(yīng)性、靈活性差，不但仰拱施工質(zhì)量難以控制，而且開挖、襯砌不能同步進(jìn)行，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度高，安全事故頻發(fā)，功效非常低，大大影響了隧道施工速度。因此，為提高隧道施工效率、保證施工安全，可選用自行式液壓棧橋進(jìn)行施工，其主要由主體結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)4部分組成。

2.5防水作業(yè)

采用防水板鋪設(shè)裝置進(jìn)行防水作業(yè)。施工方自制工作平臺(tái)架，以雙縫爬焊機(jī)焊接防水板。防水板鋪設(shè)裝置能減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少作業(yè)人員投入，提高防水板鋪設(shè)速度及鋪設(shè)質(zhì)量。

2.6二次襯砌作業(yè)

隧道二次襯砌施工通用的施工機(jī)械主要為混凝土攪拌站、混凝土攪拌輸送車、混凝土輸送泵、模板臺(tái)車等設(shè)備。

3　機(jī)械設(shè)備配置方案

本隧道以Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖為主，洞身穿越地層巖性主要為花崗閃長(zhǎng)巖、黑云母斑狀花崗閃長(zhǎng)巖，具花崗巖類等，構(gòu)造帶內(nèi)后期石英脈填充廣泛，中風(fēng)化巖質(zhì)堅(jiān)硬。隧道內(nèi)Ⅱ級(jí)及Ⅲ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工。洞身主要通過的地層為花崗巖和閃長(zhǎng)巖，巖質(zhì)較硬，并且易發(fā)生巖爆。為突出“以人為本”的原則，對(duì)于易發(fā)生巖爆等施工風(fēng)險(xiǎn)的工序應(yīng)盡量減少作業(yè)人數(shù)和作業(yè)強(qiáng)度，采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工作業(yè)，隧道內(nèi)對(duì)施工的以下環(huán)節(jié)進(jìn)行了機(jī)械化配套加強(qiáng)。

（1）開挖作業(yè)線

正洞內(nèi)Ⅱ級(jí)及Ⅲ級(jí)圍巖段落均采用2臺(tái)三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行開挖作業(yè)，斜井及橫洞Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖段落采用1臺(tái)三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行開挖作業(yè)，洞身穿越斷層破碎帶段落時(shí)，若采用臺(tái)階法施工，空間受限，所以采用傳統(tǒng)風(fēng)鉆進(jìn)行開挖爆破作業(yè)。

（2）出渣作業(yè)線

為提高出渣效率，全隧道均采用挖裝機(jī)配合自卸汽車進(jìn)行出碴作業(yè)，挖裝機(jī)出碴效率一般可達(dá)250m3·h-1。

（3）初期支護(hù)作業(yè)線

采用濕噴機(jī)械手噴射混凝土，Ⅲ級(jí)圍巖局部設(shè)置鋼架段落采用鋼拱架安裝機(jī)進(jìn)行作業(yè)；短臺(tái)階法施工的Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖局部段落也采用濕噴機(jī)械手及鋼拱架安裝機(jī)。

（4）防水作業(yè)線

全隧道均采用移動(dòng)式作業(yè)臺(tái)車及雙縫爬焊機(jī)焊接防水板。

（5）仰拱鋪地作業(yè)線

由于空間限制，隧道內(nèi)仰拱鋪地施工工序較為復(fù)雜，各工序間相互干擾較大，使得隧道施工效率和安全受到很大影響。因此，為提高施工效率，保證施工安全，本隧道在此施工環(huán)節(jié)均采用自行式仰拱棧橋進(jìn)行作業(yè)。綜上所述，本隧道施工主要采用的施工機(jī)械配置如下表1

表1

4　結(jié)束語

綜上所述，隧道機(jī)械化施工的成功應(yīng)用，不僅提高了隧道的施工質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度。從隧道施工質(zhì)量、人身安全和節(jié)能環(huán)保角度出發(fā)，采用機(jī)械化施工，是今后我國(guó)隧道施工發(fā)展的主流方向。