機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用研究

宋吉偉

摘 要 經濟的發展推動了我國交通的發展，高速鐵路隧道工程的建設量快速增加，隧道建設往往有著工程施工工期短、施工質量要求高、施工技術要求高等特點，因此其對機械化的需求日益增強。隧道建設品質化是未來發展必然趨勢，其中機械化更是隧道建設品質化的首要任務與前提條件。基于此，本文主要對機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應用作具體論述，希望通過本文的分析研究，給行業內人士以借鑒和啟發。

關鍵詞 施工機械化;高速鐵路;隧道施工;應用

1隧道施工械化配套

1.1 超前地質預報作業機械化

隧道施工械化配套之一是超前地質預報作業機械化。超前地質預報工作結合地質調查法、TSP地震波探測法、地質雷達探測法、超前鉆孔及加深炮孔法等多種手段，在符合相關行業規范前提下，發揮各探測法優勢，進行長短結合、相互驗證的綜合性超前地質預報作業。超前鉆孔及加深炮孔法：主要利用全電腦三臂鑿巖臺車進行超前地質預報，在鉆孔作業時，可以實時監測推進速度、沖擊壓力和水流量等參數，并通過MWD軟件分析復原地質條件。

1.2 開挖施工作業機械化

隧道施工械化配套之二是開挖施工作業機械化。隧道開挖施工作業按照鉆孔—裝炸藥—爆破—運輸出渣—排險清理有序進行。所用機械化設備為三臂鑿巖臺車、裝載機與自卸車。①三臂鑿巖臺車：具有鉆爆掘進、超前地質鉆探、超前小導管施工等多種功能。每一臺車僅配備3或4人，且臺車距掌子面超過10m，易于觀察圍巖變化及施工質量。②裝載機與自卸車：側翻（后翻）式裝載機與雙橋式自卸車合理搭配，可有效提升爆破后出渣速度。

1.3 仰拱作業機械化

隧道施工械化配套之三是仰拱作業機械化。所用機械化設備為自行式液壓帶弧模仰拱棧橋：具有液壓自行走、自帶弧模、可滿足有效施工長度24m要求，實現自帶止水帶定位裝置、鋼筋定位卡具，達到了仰拱與填充層分開澆筑的施工要求，并可自行振搗及收面[1]。

2基于工程特點及巖爆特征的施工方法

2.1 地質綜合分析法

基于工程特點及巖爆特征的施工方法之一是地質綜合分析法。地質綜合分析法采用地質調查、超前鉆孔、地震波探測相結合的方式對待開挖區域圍巖的地質情況進行分析。具體步驟如下：首先，利用地質調查法，對掌子面及附近圍巖進行地質素描，確立揭露出的結構面、地下水等條件;其次，利用加深炮孔的方式，分析掌子面前方3m左右未開挖區域的地質變化情況;然后，利用地震波反射法分析掌子面前方區域是否有大型構造、空洞、地下水等情況;最后，綜合確定該區域內的圍巖地質情況。預判別標準：①地質調查法：通過地質素描的方式，對掌子面及兩側邊墻的露頭所揭露的地質信息進行調查。分析開挖區域的巖性、風化程度、地下水條件及毛開挖面的穩定性情況。利用窗口法或者測線法對露頭區域的結構面產狀進行調查。綜合判斷掌子面及兩側圍巖的質量等級。②加深炮孔法：加深炮孔探測是利用風鉆或鑿巖臺車等機械設備，在隧道開挖工作面鉆小孔徑淺孔獲取地質信息的一種超前地質探測方法。一般在掌子面布設與炮孔孔徑相同的加深孔，獲取掌子面前方6m左右待開挖區域的地質信息。加深炮孔深度應超過每循環進尺3m以上。通過加深炮孔的方式，從鑿巖的時間、速度、壓力，沖洗液顏色、成分，卡鉆、地下水等情況分析地質資料，大致確定掌子面前方的不良地質體及其規模。

2.2 潛在巖爆風險等級確定

基于工程特點及巖爆特征的施工方法之二是潛在巖爆風險等級確定。基于地質綜合分析結果，結合巖石單軸抗壓強度、最大主應力、洞壁最大切向應力等參數，評估隧道開挖過程中潛在的巖爆風險等級。巖爆可劃分為4個等級：輕微巖爆、中等巖爆、強烈巖爆和極強巖爆[2]。

3掌子面高壓注漿工藝

3.1 注漿順序控制

掌子面高壓注漿工藝之一是注漿順序控制。首先是跳孔注漿原則注漿過程中，受前期注漿孔的影響，后期注漿孔所注入的漿液會由于注漿壓力或其他因素而發生偏流，同時注入量也會減少。在注漿施工中，采取分序跳孔注漿，可以有效地逐步實現約束注漿，使漿液注漿達到擠壓密實，促進注漿帷幕的連續性。逐序提高注漿壓力，有利于漿液擴散并提高漿液結石體的密實性。同時，后續注漿孔也是對前序孔注漿效果的檢查與評定。其次是由外側到內側原則在注漿施工中，先對外圈孔注漿，將注漿區域圍住，然后逐步注內圈孔，形成注漿的擠密、壓實。有效地實現約束注漿，更有利于提高注漿效果。

3.2 注漿參數控制

掌子面高壓注漿工藝之二是注漿參數控制。漿液的凝膠時間不但影響著漿液的擴散范圍，還影響著漿液的堵水性能。在注漿施工中，單液漿的凝膠時間原則上不宜超過8h，否則難以控制漿液的擴散范圍。對于雙液漿，漿液的凝膠時間與地層的涌水量及現場注漿操作人員對工藝掌握的數量程度有關。一般情況下，雙液漿凝膠時間宜控制在30s～180s。注漿漿液前期以普通水泥單液漿為主，中后期以普通水泥-水玻璃雙液漿為主，注漿過程中為有效控制注漿范圍，凝膠時間取值為25s～40s，有水孔取較小值，無水孔取較大值。

4防水板作業線

在隧道施工中，使用防水板進行鋪設，不但能減少人員使用和勞動強度，還能增加防水板鋪設的質量和效率，在相鄰兩幅防水板中，實現寬度和定位的準確，符合使用要求。使用防水板鋪設機，其支撐能力需要30根油缸作為基礎，并能在隧道輪廓面上，快速展開防水板面并固定上，方便后期多人焊接工作。在使用時，增加鋪設速度的同時，還具有防水前進和后退的作用。

5結束語

總之，隧道采用機械化集成設備進行施工代替以往的人工施工工藝，一方面能夠大幅提高隧道工程施工技術水平，另一方面，也能解決當下施工工力緊缺危機。通過實際工程施工過程中的不斷改進，細化各工序實施、轉換，提高了整體機械化施工的可操作性、規范性，實現了隧道工程高效、環保節能，減少勞動力配給，提高施工安全性，達到了預期的理想效果，為北京城市地下空間開發規劃、設計、施工提供一定的借鑒。

參考文獻

[1] 付庭茂.隧道機械化配套施工新模式分析[J].工程技術研究，2018，（1）：37-38，130.

[2] 王志堅.高速鐵路隧道機械化修建技術創新與智能化建造展望——以鄭萬高速鐵路湖北段為例[J].隧道建設，2018，38（3）：339-348.