隧道Ⅳ級圍巖大斷面機械化施工技術

何 畏

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

1 工程概況

某隧道左線長2162 m、右線長2273 m，為分離式雙向6 車道形式，設計速度100 km/h，凈寬14.75 m，高5 m。隧址區地質條件較差，以Ⅳ級圍巖居多，巖溶分布范圍廣，施工期間易遇到諸多安全隱患。為在安全環境下完成隧道施工作業，擬采取機械化施工技術，配置鑿巖臺車和濕噴機機組，形成機械設備聯合作業模式。

2 鑿巖臺車鉆孔開挖施工工藝分析

2.1 施工工藝流程

根據設計要求將具體工藝參數（如鉆孔深度、孔徑、孔距等）輸入至鑿巖臺車系統內，使其按照設定的參數有序鉆孔。計算機系統具有自動化運行的特征，能夠控制臺車大臂、推進梁等各關鍵組件，鑿巖作業可自動完成。鑿巖機運行期間，僅需操作手根據現場情況操作車載電腦即可，無需投入大量的施工人員。

鑿巖臺車自動鉆孔的基本作業流程為：鉆孔前由設計人員根據施工需求合理設計鉆進參數，繪制鉆爆圖，將所得數據拷貝至臺車計算機系統中；隨后，由系統自動識別數據，根據數據要求自動生成作業流程；臺車計算機系統根據參數自動控制臺車大臂等相關裝置，根據布控圖確定鉆進點位，于該處自動鉆進至設計深度處并洗孔；在完成某孔的鉆進作業后，若無誤則轉至下一目標孔，按照此方式有序鉆進。必要時可采取手動操作的模式，此時由操作人員操縱控制器，順利完成鉆孔作業。

2.2 鉆孔注意事項

（1）鉆孔深度的控制。以圍巖特性為參考依據，鑿巖臺車電腦系統在獲取定位數據以及巖層特性（凹凸程度）后，自動計算并確定實際鉆孔深度，以該參數為作業標準，依次完成鉆孔作業，最終使各炮眼底共處相同的垂直面上。

（2）周邊眼鉆孔角度的控制。以圍巖類別、超挖量控制標準等參數為基本依據，經計算后確定合適的周邊眼鉆孔角度。若巖層處存在鋼拱架支護結構，宜采取長短孔交叉組合的方式，以免出現欠挖現象[1]。

（3）定位鉆臂鉆孔位置的控制。通常，此環節的鉆孔作業不宜選擇在凹凸不平的區域，否則在凸出部分鉆進時易出現孔深不足的情況，且將進一步影響后續的爆破效果；而對于凹入區域，在該處鉆孔時則容易導致孔深超過設計值，產生的爆破面偏大。

（4）傳感器誤差的控制。鉆孔施工期間孔深、孔徑等參數的測量均要得到傳感器的支持，為保證測量結果的準確性，需要做好誤差鑒定工作，以臺車電腦系統確定的隧道底角和中線位置標準為依據，判斷傳感器實測結果與之是否存在偏差，若確有存在，則需及時調整。

（5）眼孔開孔的精度控制。施工期間需要密切關注掌子面開挖以及鑿巖機開孔兩方面的具體情況，必要時采取人工干預手段，以確保鑿巖機的姿態具有合理性，使其始終維持在最佳開孔狀態。

（6）鉆孔期間的質量控制措施。以既定的鉆孔順序為準，按順序依次完成底板眼、掏槽眼等各部分的鉆進施工[2]。從底眼處開始鉆孔，達到設計深度要求后清理孔內的碎石、碎渣屑，完成鉆孔作業后洗孔，若孔內沉渣厚度達標，即可退出鉆桿，有效堵眼。鉆臂是鑿巖臺車結構體系中的關鍵部分，機械操作手需要嚴格控制鉆臂的移動方向和幅度，不可與洞臂巖石發生碰撞。其中以周邊眼眼孔的鉆進更為特殊，操作手必須嚴格控制鑿巖機的位置，禁止與周邊物體磕碰。存在欠挖現象時，應由施工人員根據實際情況合理處理。鑿巖臺車施工情況如圖1 所示。

圖1 鑿巖臺車施工

3 濕噴機組的噴錨支護施工工藝分析

3.1 施工工藝流程

拌合站按照設計配比要求取適量質量達標的原材料，經過集中拌和后生產滿足施工所需的混凝土，通過出廠質量檢查后及時運至現場，卸至濕噴機組的料斗內，通過輸送泵機組的作用將該部分混凝土進一步轉移至濕噴機的噴嘴處，用于濕噴作業。濕噴作業期間使用到適量的液體速凝劑，需將其倒入混合器內，與其中的壓縮空氣有效混合，組成均勻性較好的速凝劑氣液混合物，再將該部分轉入機組噴嘴中，在與混凝土混合后即可高壓噴射。在壓力的作用下，該混合料將被均勻噴至巖面上，由于使用到適量的速凝劑，因此混合料可以快速凝結，構成完整的支護結構。

3.2 前期準備工作

3.2.1 清理濕噴斷面

受噴巖面保持潔凈是濕噴作業的必要前提[3]，因此需在施工前做全面的清理。松動的石塊、浮碴等易于清理的部分可由施工人員完成；遇浮塵以及巖屑時，可利用高壓水清理干凈；若待噴射的巖面具有遇水易潮解的特點，則不宜采取高壓水清理的方式，較為可行的有高壓風清理。清理期間需采取防護措施，以免因雜物掉落而傷人。

3.2.2 機組準備

根據隧道Ⅳ級圍巖的地質情況以及工程施工需求，將合適型號的機組轉運至現場，將其平穩架設在預先經過平整和夯實處理的場地上，試運行，分析伸展噴射臂、起動液壓系統等裝置的運行情況，要求各部分均無異常。運輸車將混凝土運輸至現場后，先向料槽內倒入噴射料（達到槽容量的1/3 以上），在此基礎上方可正式開機，若未滿足此要求，則容易發生堵管現象。制作孔徑為15 mm 的鋼筋網，將其加裝至料斗口，目的在于攔截超粒徑骨料，確保混合料的質量。

3.3 濕噴施工

（1）啟動噴射機時需要按照“先送風、再加料”的順序操作，觀察噴嘴的實際情況，該處噴出混凝土后方可按照比例摻入適量的液態速凝劑。上料應具有連續性與均勻性，料斗應始終維持飽滿的狀態。噴射混凝土前需要初掃一遍整環噴射面，按照從邊墻到拱頂的順序有序完成噴射作業，全程速度應穩定在20～24 m3/h。

（2）機械臂包含大臂和小臂兩類，前者主要用于確定距離，后者主要用于確定位置，再通過噴嘴合理控制噴射角度，使整機設備保持最佳的噴射姿態。分層依次完成濕噴作業，初噴厚度以4～6 cm 為宜，復噴階段各層厚度的控制標準為拱頂不超過10 cm，邊墻處不超過15 cm。

（3）遵循先墻后拱、自下而上的噴射原則，并根據噴射范圍合理分段、分片，通常可采取縱向3 m 分段、寬2 m 分片的方式，而在分片噴射過程中則需要優先施工鋼架與壁面間的空隙，再轉向鋼架之間。噴射期間需控制噴頭的姿態，與巖面的夾角為75°～90°，噴嘴螺旋形轉動，噴射距離1～1.5 m。

（4）噴射料束應具有環形旋轉水平移動的特點，環形旋轉直徑30 cm 左右，每轉動一圈的持續時間以1～1.5 s 為宜。待坑噴平后，方可噴射第一層混凝土，此階段的用量應穩定在22～26 m3/h。

（5）噴射完成后的停機流程為：先關閉速凝劑計量泵，再終止加料，清理噴嘴，最后停風、停機。濕噴混凝土施工現場如圖2 所示。

圖2 濕噴機組施工現場

3.4 濕噴后的機組清理

（1）噴射混凝土過程中應盡可能將料斗內的混合料噴完，若因特殊情況而存在剩余部分時，需要及時開啟卸料門，在余料尚未凝結時清理干凈。向料斗內加入適量水并噴射，經過持續的噴射后，待噴出的部分為清水即可結束。

（2）噴嘴處混合料的清理可采取高壓水槍沖洗的方式，待噴嘴干凈后將其卸下，進一步清理噴嘴與周邊結構的連接部分。將機械臂展開，用高壓水槍清理。還需清洗遙控器引線，該部分恢復至潔凈狀態后再按照順序依次掛回原位。

（3）蓄能器的壓力需要緩慢釋放，隨后打開料斗格柵，拆除噴頭和出料口彎管，于該處置入海綿清洗球，然后再將相關結構裝回原位，通過噴射的方式使海綿球在管道內來回清洗，最后取出。

4 結束語

以隧道Ⅳ級圍巖地質條件為立足點，對此施工條件下的大斷面機械化施工技術展開探討，闡述具體施工要點，希望所提內容可作為類似工程的參考。