寧會(huì)隧道低碳智能裝備全工序應(yīng)用與實(shí)踐

文 G4126線寧南至攀枝花段高速公路設(shè)計(jì)施工總承包ZCB1-7/8項(xiàng)目部 王余 蔣云東 四川沿江攀寧高速公路有限公司 鄒育麟 吳勇

作為G4216屏山新市至攀枝花高速公路（以下簡(jiǎn)稱“沿江高速”）全線最長(zhǎng)的隧道，寧會(huì)隧道具有“一長(zhǎng)、二深、五難題”的特點(diǎn)。為保證項(xiàng)目安全及其質(zhì)量、進(jìn)度全面受控，滿足綠色智能建造要求，沿江高速寧南至攀枝花段項(xiàng)目部秉持“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人、綠色低碳環(huán)?！钡慕ㄔO(shè)理念，在寧會(huì)隧道推行成套設(shè)備，并取得了一系列成果。

寧會(huì)隧道洞口形象圖

寧會(huì)隧道的“一長(zhǎng)、二深、五難題”

一長(zhǎng)：超特長(zhǎng)隧道；

二深：1#豎井深508米，2#豎井深402米；

五難題：瓦斯、巖爆、大變形、巖溶突涌水、圍巖極其破碎（全部為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖）。

G4216屏山新市至攀枝花高速公路（以下簡(jiǎn)稱“沿江高速”）因路線沿金沙江布設(shè)而得名，是國(guó)家“一帶一路”倡議與“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”戰(zhàn)略的重大支撐項(xiàng)目，是推動(dòng)烏蒙山區(qū)、大小涼山彝族聚居區(qū)致富奔康的重要民生工程，是我國(guó)目前在建單體投資最大的高速公路，計(jì)劃于2025年建成通車。沿江高速主線全長(zhǎng)426.928公里，共分為宜賓新市至金陽(yáng)段、金陽(yáng)至寧南段和寧南至攀枝花段。其中，寧南至攀枝花段主線全長(zhǎng)166.167公里，橋梁120座/50.2公里，隧道36座/64.1公里，橋隧比69%，其中隧比39%。

作為沿江高速全線最長(zhǎng)且唯一超過(guò)10公里的隧道，全長(zhǎng)10.299公里的寧會(huì)隧道具有“一長(zhǎng)、二深、五難題”的特點(diǎn)。隧道進(jìn)出口均位于中山緩坡地帶,隧道穿越中山,通過(guò)地段沖溝不發(fā)育，巖性主要以頁(yè)巖、砂巖、白云巖、灰?guī)r為主，圍巖強(qiáng)度普遍偏低（最高44.5MPa），加之埋深偏大（最大埋深870米），地質(zhì)情況復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)較高。為保證項(xiàng)目安全及其質(zhì)量、進(jìn)度全面受控，滿足綠色智能建造要求，沿江高速寧南至攀枝花段項(xiàng)目部秉持“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人、綠色低碳環(huán)?！钡慕ㄔO(shè)理念，在寧會(huì)隧道推行成套設(shè)備。

寧會(huì)隧道低碳智能裝備展示圖

全工序配套機(jī)械化裝備應(yīng)用

寧會(huì)隧道引進(jìn)全球最先進(jìn)的安倍拓全電腦版三臂鑿巖臺(tái)車、多功能拱架安裝臺(tái)車、智能化二襯澆筑臺(tái)車等多類智能設(shè)備，在蜀道集團(tuán)隧道施工中，率先實(shí)現(xiàn)全工序機(jī)械化施工并形成全工序機(jī)械化配套施工技術(shù),主要作業(yè)人員（隧道單洞）由傳統(tǒng)的62人縮減至29人，降低53%。

掌子面開(kāi)挖

在開(kāi)挖工序上，寧會(huì)隧道采用安倍拓全電腦版三臂鑿巖臺(tái)車，實(shí)施全電腦集成控制、自動(dòng)定位、自動(dòng)鉆孔。三臂鑿巖臺(tái)車可根據(jù)不同的圍巖襯砌類型導(dǎo)入相應(yīng)的光面爆破炮眼布置圖，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的炮眼鉆孔順序及炮孔角度，在自行找點(diǎn)、鉆孔達(dá)到設(shè)定深度后，自動(dòng)退鉆，循環(huán)往復(fù)，直至完成對(duì)所有炮眼鉆孔。

全電腦三臂鑿巖臺(tái)車鉆眼作業(yè)圖

全電腦三臂鑿巖臺(tái)車鉆眼作業(yè)圖

通過(guò)采用配套先進(jìn)設(shè)備全面實(shí)行光面爆破施工工藝，寧會(huì)隧道的掌子面開(kāi)挖作業(yè)人員由傳統(tǒng)的16人至18人降低到2人至4人；單循環(huán)進(jìn)尺由3米提升至4.5米，超挖量較以往降低50%，每一次循環(huán)可減少出渣量3車至4車，排險(xiǎn)時(shí)間由30分鐘至50分鐘縮減到了15分鐘至30分鐘；隧道成型規(guī)整，殘眼率達(dá)96%以上，平均超欠挖控制在10厘米以內(nèi)，有效提高了隧道超欠挖控制水平和開(kāi)挖質(zhì)量；節(jié)約炸藥15公斤，雷管40發(fā)，噴射混凝土超耗量比傳統(tǒng)工藝節(jié)約30%左右；操作人員可在距掌子面約10米的駕駛室進(jìn)行操作，極大降低安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，可充分發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力。

單節(jié)段整體式多榀鋼拱架半成品圖

多功能智能拱架安裝臺(tái)車作業(yè)圖

拱架安裝

拱架安裝采用行業(yè)內(nèi)自主首創(chuàng)的隧道多榀鋼拱架整體式安裝施工工藝，設(shè)備為多功能智能拱架安裝臺(tái)車，可實(shí)現(xiàn)多榀拱架及鋼筋網(wǎng)片整體安裝。

采用多功能智能拱架安裝臺(tái)車后，人員方面，立架人員可由8人至10人減為4人至5人；效率方面，可將傳統(tǒng)的縱向連接鋼筋與鋼筋網(wǎng)片的焊接工作由洞內(nèi)轉(zhuǎn)移到鋼筋廠內(nèi)完成，將架單循環(huán)時(shí)間由原來(lái)的2.5小時(shí)縮減到了1小時(shí)，大幅提升效率的同時(shí)，焊接操作也更為方便；成本方面，在鋼筋加工廠安裝鋼筋網(wǎng)片后，可根據(jù)拱架間距及截?cái)嚅L(zhǎng)度整體制作鋪設(shè)，從而減少傳統(tǒng)網(wǎng)片搭接量，降低材料成本；質(zhì)量方面，鋼拱架間距合格率可達(dá)99%，連接筋及鋼筋網(wǎng)片施工質(zhì)量得到有效保證，整體加工及安裝質(zhì)量得到有效提高；安全性方面，減少了施工人員在危險(xiǎn)區(qū)域的施工時(shí)間，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

錨噴支護(hù)

初支方面采用濕噴施工工藝，主要設(shè)備為自動(dòng)噴射機(jī)械手。寧會(huì)隧道在沿江高速全線開(kāi)創(chuàng)使用濕噴車雙機(jī)作業(yè)先河，噴射進(jìn)尺可達(dá)8米到10米，噴射時(shí)間可縮短一半。

應(yīng)用自動(dòng)噴射機(jī)械手后，施工人員可由傳統(tǒng)的12人至13人減少到2人至3人；混凝土噴射臺(tái)車噴射時(shí)效可達(dá)30立方米，為普通濕噴機(jī)的3倍至5倍；通過(guò)開(kāi)展質(zhì)量控制活動(dòng)和技能比武，將濕噴回彈量由30%控制到4%左右，極大節(jié)約了初期支護(hù)噴射混凝土的成本；通過(guò)濕噴工藝有效控制混凝土結(jié)構(gòu)表面，保證混凝土表面平整度，避免出現(xiàn)干斑、流滑等質(zhì)量問(wèn)題，提高了混凝土的均勻度、密實(shí)性及強(qiáng)度，提升了初期支護(hù)施工質(zhì)量；操作人員通過(guò)遠(yuǎn)程操控，可降低罹患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。

中央水溝蓋板自行式預(yù)制及安裝臺(tái)車圖

仰拱及中央水溝施工

仰拱及中央水溝施工采用了自主創(chuàng)新的隧道中央水溝蓋板自行式預(yù)制及安裝施工工藝，可實(shí)現(xiàn)模板整體安裝、混凝土快速澆筑、蓋板隨制隨按、設(shè)備自動(dòng)行走，達(dá)到了提質(zhì)增效的目的。

采用該工藝及配套設(shè)備后，施工成效顯著。人員方面，由傳統(tǒng)的8人降至4人。效率方面，中央水溝實(shí)現(xiàn)整體化澆筑，施工效率得到提高；在施工現(xiàn)場(chǎng)直接預(yù)制安裝中央水溝蓋板，減少了周轉(zhuǎn)流程，進(jìn)而達(dá)到快速施工的目的。成本方面，蓋板隨制隨安，減少了運(yùn)輸損耗，節(jié)約了成本，同時(shí)減少了蓋板轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸過(guò)程中的人力、機(jī)械、材料損耗。質(zhì)量方面，減少了轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸所造成的缺角、掉邊等損壞，采用定型高分子模板施工，使蓋板規(guī)格和尺寸得以保障，提高了蓋板的整體質(zhì)量。

防水板鋪設(shè)及鋼筋安裝

防水層安裝采用智能化防水板掛布臺(tái)車，通過(guò)臺(tái)車的自動(dòng)鋪掛系統(tǒng)對(duì)無(wú)紡布和防水板進(jìn)行展鋪，人員輔助固定。二襯鋼筋采用后場(chǎng)加工現(xiàn)場(chǎng)焊接的施工方式，通過(guò)防水掛布臺(tái)車的起吊及傳送系統(tǒng)將分成小捆（5根至8根）的鋼筋輸送至安裝位置，作業(yè)人員通過(guò)鋼筋定位卡具完成二襯鋼筋的安裝。

經(jīng)此操作，不僅減少了50%的鋪掛人員，由傳統(tǒng)的3人至4人降為2人，防水板鋪掛質(zhì)量也得到了極大提升，實(shí)現(xiàn)了防水板鋪設(shè)無(wú)褶皺，表面平順，連接無(wú)空隙，搭接寬度控制在100毫米以內(nèi)、縫寬在10毫米以內(nèi)。此外，通過(guò)操控防水板操作臂架，建設(shè)方還實(shí)現(xiàn)了防水板起吊、展鋪的自動(dòng)化，使鋪掛質(zhì)量和效率得到大大提高。

二襯澆筑及養(yǎng)護(hù)

在二襯工序上，寧會(huì)隧道通過(guò)采用智能化澆筑二襯臺(tái)車，同時(shí)自主創(chuàng)新了二襯端頭封堵模板及中埋式止水帶快速施工工藝，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)分窗均勻布料、空洞檢測(cè)、帶模注漿、電纜溝壁一次成型，并在混凝土拆模后，采用自行式噴淋養(yǎng)護(hù)臺(tái)車，以此保證二襯混凝土養(yǎng)護(hù)效果，使作業(yè)人員由傳統(tǒng)的5人至6人降低到2人至3人；端頭封堵時(shí)間節(jié)約了50%，使電纜溝外側(cè)壁一次成型，減少了二次澆筑；采用可循環(huán)利用的堵頭定型模板，可避免端頭封堵漏漿，確保中埋式止水帶定位準(zhǔn)確（準(zhǔn)確中埋）、安裝順直，充分起到防滲止水的效果，有效提高了止水帶的施工質(zhì)量，并較傳統(tǒng)堵頭木板損耗大幅減少；分倉(cāng)分層澆注,振搗到位，保證了混凝土的密實(shí)性，避免了空洞現(xiàn)象，有效提升了二襯施工質(zhì)量。

自動(dòng)鋪掛防水板臺(tái)車圖

調(diào)平層

調(diào)平層自動(dòng)攤鋪整平機(jī)圖

調(diào)平層采用自動(dòng)攤鋪整平機(jī)施工，確保了水泥混凝土路面密實(shí)，特別是路面的平整度有了明顯的提高。此外，在人員方面，可將傳統(tǒng)10人至12人的作業(yè)人數(shù)降低到4人至6人；效率方面，可適應(yīng)隧道中主洞、停車帶、交通轉(zhuǎn)換帶等不同道面寬度，大幅度提高攤鋪整平施工效率；質(zhì)量方面，選配排式插入振搗裝置，振搗效率高，密實(shí)性好，有效提高了調(diào)平層的平整度。

低碳綠色裝備應(yīng)用

寧會(huì)隧道大力推行“油改電”，在行業(yè)中率先使用電動(dòng)裝載機(jī)、電動(dòng)挖掘機(jī)、電動(dòng)罐車、電動(dòng)運(yùn)渣車等綠色節(jié)能設(shè)備，大大減少了柴油燃燒產(chǎn)生的二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、碳煙等有毒有害物質(zhì)排放，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，具有良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

電動(dòng)挖掘機(jī)

電動(dòng)挖掘機(jī)額定存儲(chǔ)電量430千瓦時(shí)，雙槍同時(shí)充電平均耗時(shí)約1小時(shí)，單槍充電平均耗時(shí)約1.5小時(shí)。充滿電后，在滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下可持續(xù)工作6小時(shí)，此時(shí)電量會(huì)降至20%至30%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)挖掘機(jī)的動(dòng)力成本平均每小時(shí)約28.6元，柴油挖掘機(jī)動(dòng)力成本平均每小時(shí)約100元，兩者動(dòng)力成本差約為71.4元，設(shè)備運(yùn)行約3年左右，電動(dòng)挖掘機(jī)與柴油挖掘機(jī)總成本達(dá)到平衡。

電動(dòng)裝載機(jī)

電動(dòng)裝載機(jī)額定存儲(chǔ)能量為282千瓦時(shí)，雙槍同時(shí)充電平均耗時(shí)約40分鐘至60分鐘，單槍充電平均耗時(shí)約1.3小時(shí)。充滿電后，在滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航能力為6小時(shí)至10小時(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)裝載機(jī)動(dòng)力成本平均約每小時(shí)17.3元，柴油裝載機(jī)動(dòng)力成本平均約每小時(shí)90元，設(shè)備運(yùn)行約2年左右，電動(dòng)裝載機(jī)與柴油裝載機(jī)總成本達(dá)到平衡。

電動(dòng)自卸車

電動(dòng)自卸車額定存儲(chǔ)能量350千瓦時(shí)，出渣7車，工作時(shí)間約4小時(shí)。其行駛38.4公里，總耗電10%，耗電量約35千瓦時(shí)，平均每公里耗電0.91千瓦時(shí)，按每千瓦時(shí)0.6元計(jì)算，設(shè)備每公里消耗約0.55元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)自卸車與柴油自卸車的動(dòng)力成本差異約每小時(shí)6元，設(shè)備運(yùn)行達(dá)到5年左右，電動(dòng)自卸車與柴油自卸車的總成本達(dá)到平衡。

電動(dòng)罐車

電動(dòng)罐車額定存儲(chǔ)能量361千瓦時(shí)，工作時(shí)間約8小時(shí)。其行駛47.6公里，總耗電43%，耗電量約119千瓦時(shí)，平均每公里耗電2.5千瓦時(shí)，按電費(fèi)每度0.6元計(jì)算，每公里消耗約1.5元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)罐車與柴油罐車的動(dòng)力成本差異約每小時(shí)4元，設(shè)備采購(gòu)成本差異為58萬(wàn)元，設(shè)備運(yùn)行達(dá)到14.5萬(wàn)公里（大約7年左右），電動(dòng)罐車采購(gòu)及使用總成本與柴油罐車總成本達(dá)到平衡。

數(shù)字化管理應(yīng)用

純電動(dòng)自卸車圖

在隧道管理方面，寧會(huì)隧道采用四川川交路橋有限責(zé)任公司自主研發(fā)的智慧隧道綜合管理平臺(tái)，該平臺(tái)借助人工智能、云計(jì)算等技術(shù)，可數(shù)字化呈現(xiàn)隧道各工序過(guò)程、進(jìn)度管控情況，設(shè)備維修保障、故障統(tǒng)計(jì)分析等多種信息，進(jìn)而通過(guò)可視化集成與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化管控。同時(shí)，智慧隧道綜合管理平臺(tái)還可根據(jù)隧道施工信息建立隧道施工數(shù)據(jù)模型，為后續(xù)施工提供統(tǒng)計(jì)性、預(yù)測(cè)性及決策性的管理數(shù)據(jù)。目前，該平臺(tái)已在沿江高速多條隧道得到應(yīng)用。

成套系列裝備實(shí)施成效

在實(shí)現(xiàn)全機(jī)械施工的同時(shí)，寧會(huì)隧道不斷加強(qiáng)科研創(chuàng)新，對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，以構(gòu)建產(chǎn)、學(xué)、研深度融合的科研創(chuàng)新體系為目標(biāo)，目前已形成綜合配套省級(jí)工法3項(xiàng)、發(fā)明專利13項(xiàng)及多項(xiàng)科研課題。通過(guò)成套設(shè)備智能建造及系列科研攻關(guān)，寧會(huì)隧道建設(shè)穩(wěn)步提升，在克服瓦斯、巖溶、涌突水、大變形、圍巖及其破碎等不良地質(zhì)的情況下，多次鉆爆法施工單月掘進(jìn)突破200米，達(dá)到國(guó)內(nèi)同類隧道施工的領(lǐng)先水平，不斷刷新隧道“中國(guó)速度”。

寧會(huì)隧道通過(guò)綠色智能建造及配套施工工藝，使單循環(huán)施工由傳統(tǒng)的16小時(shí)縮短到12小時(shí)，綜合工期節(jié)約4個(gè)月；主要作業(yè)人員（隧道單洞總和）減少了53%，真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化減人，極大地降低了隧道施工成本，同時(shí)具有顯著的安全效益和環(huán)保效益。通過(guò)全面實(shí)行并優(yōu)化光面爆破技術(shù)，對(duì)鉆孔及光面爆破參數(shù)實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，使光面爆破效果處于行業(yè)領(lǐng)先水平；在行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)多榀鋼拱架整體快速安裝施工，將立架人員由8人至10人降低到4人至5人，工序單循環(huán)由2.5小時(shí)縮減至1小時(shí)；創(chuàng)新并應(yīng)用可視化高分子二襯端頭模板及中埋式止水帶快速安裝施工工法、蓋板自行式預(yù)制及安裝施工工法及相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)，目前已在沿江高速全線得到有效推廣。

進(jìn)一步研發(fā)及實(shí)踐思路

寧會(huì)隧道綠色智能建造共分三個(gè)階段，分別為推行成套設(shè)備全機(jī)械化施工；引進(jìn)電動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)化機(jī)械施工，同時(shí)對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，提高配套施工效率；加大科研攻關(guān)，力求實(shí)現(xiàn)將配套設(shè)備集成化操控。目前，寧會(huì)隧道已初步完成第二階段，下一步將力求把配套綠色低碳設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成化操控，構(gòu)建大規(guī)模、多機(jī)種、多系統(tǒng)的智慧組織管理模式，并在數(shù)字建造、施工工藝、設(shè)備管理、有效溯源等方面逐步形成一體化數(shù)字產(chǎn)品，構(gòu)建超特長(zhǎng)隧道綠色智能建造體系，打造公路行業(yè)隧道“智造”樣板工程，為實(shí)現(xiàn)隧道施工無(wú)人化積累大量可復(fù)制可推廣的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。