鐵路隧道機械化配套施工工藝和關鍵施工技術研究

摘要：以位于遼寧省撫順市新賓縣境內樓山隧道的Ⅲ、Ⅳ級圍巖施工段為例，對該隧道施工段開展機械化配套施工。設計施工工藝并制定超前預加固措施，從三臂鑿巖臺車隧道開挖施工、初期支護、自行式全制動液壓仰拱棧橋仰拱施工、二襯模板臺車襯砌施工等方面，詳細闡述了隧道的鉆孔、爆破、襯砌工程的機械化配套施工關鍵技術，保障了該隧道施工段安全、快速、高質量完成施工任務。

關鍵詞：超前預加固；三臂鑿巖臺車；自行式全制動液壓仰拱棧橋

0" "引言

隨著交通基礎設施的快速發展，隧道工程在交通網絡中的重要性日益凸顯。隧道施工技術的發展，尤其是隧道的機械化施工技術，不僅提高了施工效率，還提高了施工質量、保障了施工安全。機械化施工技術在隧道工程中的廣泛應用，推動了隧道施工技術的發展和創新，使得在復雜地質條件下開展大規模隧道施工成為可能。

目前，隧道機械化施工主要包括鉆爆法、盾構法和掘進機法等施工方法。這些施工方法各有優劣，適用于不同的地質條件和工程需求。例如，盾構法在軟土地層中具有較高的施工效率和安全性，而鉆爆法在硬巖地層中則表現出色。掘進機法則廣泛應用于長大隧道和復雜地質條件的施工中。

近年來，隨著施工技術的不斷進步，隧道機械化施工技術在設備性能、施工工藝和管理方法等方面均取得了顯著的進展。本文以位于遼寧省撫順市新賓縣境內樓山隧道的Ⅲ、Ⅳ級圍巖施工段為例，對該隧道施工段開展機械化配套施工。

1" "工程概況

位于遼寧省撫順市新賓縣境內的樓山隧道，起訖里程為DK97+419.26～DK102+328.98，長度為4909.72m。該隧道沿線地貌形態復雜，溝谷縱橫、林木豐富、植被茂密，屬于高風險隧道。

該隧道按照國鐵集團和建設單位要求推行隧道機械化施工。根據DK100+000～DK101+503隧道施工段所處的Ⅳ級圍巖225m、Ⅲ級圍巖1278m的地質條件，決定采用三臂鑿巖臺車等機械設備，對隧道的鉆孔、爆破、襯砌工程進行機械機化配套施工，以便安全、快速、高質量完成該隧道施工段的施工任務。

2" "機械化配套施工關鍵施工技術

2.1" "施工工藝

2.1.1" "施工方法和配套機械設備

根據該隧道施工段施工現場實際情況，參照建設單位相關管理辦法，采用全斷面和微臺階法進行機械化施工。根據隧道機械化開挖和襯砌施工要求，配備了三臂鑿巖臺車、錨桿鉆機、自行式全制動液壓仰拱棧橋、仰拱襯砌臺車、二襯模板臺車、挖掘機、裝載機、自卸車、混凝土噴射機等所需各種機械設備，確保隧道施工全安、順利地進行。

2.1.2" "初期支護和二次襯砌

Ⅳ、Ⅴ級圍巖初期支護封閉成環的位置，距離掌子面不得大于90m，二襯襯砌安全步距距離掌子面不得大于160m[1]。Ⅲ級圍巖初期支護封閉成環的位置，距離掌子面≤150m，二襯襯砌安全步距距離掌子面≤260m。

2.1.3" "安全施工措施

開挖時按照1：0.1至1：0.2放坡。根據掌子面的具體情況，及時采取預加固措施，確保持掌子面穩定。微臺階開挖時，上臺階縱向長度取3～5m。根據圍巖的實際地質情況以及掌子面穩定性要求，適當調整上臺階的縱向開挖長度[2]。

2.2" "超前預加固措施

2.2.1" "掌子面處理

根據施工段掌子面的穩定性、地層巖性和地下水發育情況，采取以下措施確保掌子面的穩定[3]：對掌子面噴射C30混凝土進行封閉，以提高其穩定性。對于不穩定的掌子面，在噴射C30混凝土的基礎上，增加掌子面桿以進一步保障掌子面的穩定性。對Ⅳ級圍巖的掌子面，噴射4cm厚度的混凝土。

2.2.2" "超前支護

根據不同段落的圍巖等級，制定相應的超前支護措施，具體支護措施如下：DK100+625～DK100+710段為Ⅳ級圍巖，將其拱部原設計的?42mm單層小導管調整為?50mm單層小導管，其縱向間距為4m，每根長度為6m，環向間距為0.4m，每環小導管為45根。使用風動鑿巖機鉆設小導管孔，安裝預制好的小導管，在小導管端頭連接孔口閥和管路；使用注漿機向小導管內注入預制好的水泥-水玻璃雙漿液，以此加固拱部圍巖。

2.2.3" "施工要求

根據實際施工段的具體情況，合理布置機械化施工設備，確保施工過程的順利進行。嚴格按照相關規范和管理辦法進行施工，確保施工安全和工程質量。在施工過程中，對掌子面進行實時穩定性監測，并根據監測結果及時采取相應的預加固措施。

2.3" "三臂鑿巖臺車隧道開挖施工

2.3.1" "施工準備

為提高圍巖自穩能力、減少超欠挖、節約施工成本，采用光面爆破技術進行隧道開挖施工。利用超前預報和超前鉆孔等手段，探測圍巖的完整性、涌水和不良地質等情況。分析圍巖的基本力學性質，確定隧道圍巖的實際力學性質，以此確定開挖和支護的詳細參數[4]。使用三臂鑿巖臺車在掌子面進行爆破空的鉆孔作業，使用挖掘機及時清理被炸松或產生裂縫可能脫落的石塊，排除險情。

2.3.2" "鉆設爆破孔

鑒于圍巖條件不斷變化，指定專人進行統一指揮和協調，嚴格控制周邊孔的間距和深度，動態調整開挖斷面[5]。現場技術人員檢查三臂鑿巖臺車鉆設爆破孔的質量，測量并記錄鉆孔數據備用并存檔。三臂鑿巖臺車鉆孔時一般不考慮超欠挖情況。

由于受鉆桿端頭的影響，鉆孔過程中鉆桿端部一般不應大于開挖輪廓線15cm。三臂鑿巖臺車鉆設爆破孔位置如圖1所示。

2.3.3" "裝藥與爆破

周邊孔的裝藥采用非耦合段導爆索分段式連接，禁止簡化步驟和集中裝藥。周邊孔的裝藥量必須嚴格按照爆破設計方案進行填裝，以確保裝藥質量。裝藥時應使用搗藥棒將藥包放置在指定位置，并封堵爆破孔。應遵循分段、分區方法，按照“拱腳區域、拱腰區域、拱頂區域”的先后順序，以及“先周邊、后中心”的順序進行裝藥。

起爆的順序為：掏槽孔→輔助孔→內圈孔→周邊孔→底部孔。爆破后，應進行通風以散去爆破煙霧。在空氣安全性得到驗證后，爆破人員應檢查現場是否有啞炮或殘留爆破材料，并檢查圍巖的穩定性，及時處理所有隱患。爆破孔裝藥結構示意如圖2所示。

2.3.4" "通風出渣

爆破后及時通風排煙，減少煙塵和有害氣體。出渣時采用1臺挖掘機和2臺裝載機配合自卸車施工。自卸車裝渣不得過滿，嚴禁超載。駕駛員應控制自卸車行駛速度，隧道內禁止超速、超車。自卸車過往棧橋時派專人指揮。

2.4" "初期支護

2.4.1" "錨桿施工與封閉成環

使用錨桿鉆機按設計間距及長度，沿鋼架邊沿施打隧道徑向錨桿孔并安裝錨桿，將錨桿與鋼架焊接，使錨桿與鋼架形成一個完整的受力環。為保證支護結構的安全穩定，初期支護必須在開挖后及時封閉成環。

2.4.2" "鋼架連接及鎖腳錨管安裝

按照設計要求，將每榀鋼架的縱橫向連接筋與鋼架焊接牢固。按照設計要求安裝鎖腳錨管，并控制好施作角度和焊接質量。鋼架基底采用混凝土墊塊墊實后，噴射混凝土并噴填密實。

2.4.3" "施工安全及質量控制

為了確保施工安全，嚴格按照規范和設計要求進行施工，保證每一步工序的安全施工。在噴射混凝土和錨桿施工等環節，通過實時監控和質量檢查，確保初期支護的施工質量。

2.5" "自行式全制動液壓仰拱棧橋襯砌澆筑施工

2.5.1" "結構特點和使用性能

自行式全制動液壓仰拱棧橋是專為隧道仰拱施工設計的設備，主要由大型鋼結構件組成，其最大高度為1.26m，最大寬度為4.1m，最大仰拱襯砌能力為12m。自行式全制動液壓仰拱棧橋具有高強度、高穩定性和靈活移動等特點。自行式全制動仰拱棧橋通過其高水平設計和強大的功能，大大提高了隧道仰拱的施工效率和安全性。其靈活的移動能力和穩定的結構設計，使其成為現代隧道施工中的重要設備。

2.5.2" "主要部件和系統

自行式全制動仰拱棧橋的主要部件包括主橋、長引橋、短引橋、滑座、底座、行走系統和液壓系統等。主橋是該棧橋的核心部件，其長度為8m，負責承載主要荷載和施工設備。長引橋的長度為15m，用于延伸施工范圍。短引橋的長度為6.7m，用于控制棧橋的升降和傾斜，確保在三維空間內與仰拱襯砌臺車的完美配合，能夠同時用于仰拱混凝土澆筑和車輛及作業人員的安全通行。

2.5.3" "倒拱混凝土襯砌與填充施工

使用自行式全制動仰拱棧橋進行倒拱襯砌與倒拱填充應分開澆筑。倒拱襯砌混凝土終凝后，拆除倒拱模板，澆筑倒拱填充混凝土。根據混凝土拌合物凝結時間試驗結果，倒拱襯砌與填充混凝土之間的澆筑間隔不應少于8h。待倒拱填充混凝土達到5MPa后方可通行人員，達到設計強度100%后方可通行車輛。

2.5.4" "與仰拱襯砌臺車配合進行仰拱襯砌澆筑

自行式全制動液壓仰拱棧橋在隧道施工中，與仰拱襯砌臺車密切配合，能夠實現高效的仰拱混凝土襯砌澆筑。通過液壓控制系統，該棧橋能夠在施工過程中自由調整位置，確保澆筑作業的順利進行。

2.6" "二襯模板臺車施工

2.6.1" "軌道鋪設及臺車組裝要求

臺車的枕木和鋼軌必須符合施工規范要求，以確保軌道的穩定性和安全性。軌距誤差應控制在±10mm以內，以確保臺車行走的平穩性。軌道與枕木必須用道釘固定，防止臺車行走過程中發生移位或脫軌等危險情況。枕木間距需≤70cm，以確保軌道的承載能力和穩定性。二襯模板臺車應在隧道洞外，選擇便于二襯模板臺車進洞的地段進行組裝，以保證二襯模板臺車進洞順利。二襯模板臺車安裝完成后，確保臺車軸線與隧道軸線的夾角≤5°。這是確保臺車行走順暢和襯砌施工質量的關鍵。

2.6.2" "吊裝作業

根據二襯模板臺車施工場地的條件，選擇適當噸位的起重機對其主件進行吊裝作業。吊裝二襯模板臺車主件時，確保吊裝過程的安全和穩定。二襯模板臺車按照說明書規定的先后順序進行吊裝和組裝，以確保裝過程的安全性。

2.6.3" "組裝質量控制

二襯模板臺車在出廠前已經進行過廠內組裝和調試，因此在施工現場組裝時應比較順利。若遇到問題，應參考出廠組裝記錄進行調整。若因運輸導致二襯模板變形，應盡量進行校正，嚴禁使用氣割和電焊的方法處理二襯模板外表面，以防影響二襯模板表面光潔度和二襯混凝土的澆筑質量。

2.6.4" "施工注意事項

在整個施工過程中，必須始終注意施工安全，特別是在吊裝和組裝過程中，確保施工人員和設備的安全。必須嚴格按照規范要求進行每一步施工，特別是軌道鋪設和臺車組裝，以確保施工質量和襯砌效果。必須定期檢查和維護臺車及其附屬設備，確保其正常運行，避免施工過程中出現故障。

3" "結束語

通過對隧道機械化配套施工工藝和關鍵施工技術的研究，展示了機械化施工在隧道工程中的重要作用和實際應用效果。通過對不同施工方法的分析與比較，總結了適用于不同地質條件和工程需求的最佳施工方案，詳細探討了設備選擇與配置、施工參數控制、施工質量控制和安全管理等關鍵施工技術。研究表明，隧道機械化配套施工技術不僅能夠顯著提高施工效率和施工質量，還能在復雜地質條件下保持較高的施工安全性。

參考文獻

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