戴春娥（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北武漢430074）

高鐵隧道機(jī)械化施工配套技術(shù)研究

戴春娥（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北武漢430074）

以黔張常6標(biāo)鐵路隧道施工為例，針對(duì)機(jī)械化施工配套的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行研究。通過隧道9條作業(yè)線應(yīng)用機(jī)械化施工配套技術(shù)，對(duì)比傳統(tǒng)人工鉆爆法存在的不足，研究機(jī)械化綜合體系施工配套技術(shù)的改進(jìn)，提高施工工效，保證安全質(zhì)量環(huán)保綜合效益。

高鐵隧道；機(jī)械化；施工配套；技術(shù)研究

引言

隨著中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)布，“八縱八橫”高鐵建設(shè)規(guī)模進(jìn)入快速發(fā)展新階段。面對(duì)人力成本不斷攀升，高鐵長(zhǎng)大隧道不斷涌現(xiàn)的新形勢(shì)，機(jī)械化施工成為更好的選擇。[1]本文以黔張常鐵路隧道施工為例，總結(jié)了機(jī)械化施工優(yōu)缺點(diǎn)，著重對(duì)隧道開挖、錨噴支護(hù)及仰拱鋪底等9條施工作業(yè)線的機(jī)械化施工配套進(jìn)行了分析。為了更好的順應(yīng)當(dāng)前隧道施工發(fā)展的潮流與趨勢(shì)，同時(shí)推廣隧道機(jī)械化施工的經(jīng)驗(yàn)，下面結(jié)合工程實(shí)例對(duì)比分析，研究機(jī)械化施工配套技術(shù)的應(yīng)用。

1 工程概況

黔張常鐵路6標(biāo)線路全長(zhǎng)32.57km，沿線隧道地質(zhì)復(fù)雜，巖溶發(fā)育，存在突水突泥、地表塌陷等安全風(fēng)險(xiǎn)，隱患極高，其中隧道14座共計(jì)20.15km，隧占比61.8%，隧道里程長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高，具備推行機(jī)械化施工條件。向家包2號(hào)隧道總長(zhǎng)1874m，最大埋深355m，圍巖主要為Ⅱ、Ⅲ級(jí)，采用獨(dú)頭掘進(jìn)。黃家臺(tái)隧道總長(zhǎng)6490m，最大埋深710m，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖占76%，采用進(jìn)出口加1個(gè)斜井作業(yè)面。均為單洞雙線大斷面高鐵隧道，主要不良地質(zhì)為巖溶，全部為二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，堪比“宜萬”。

2 隧道機(jī)械化配套施工技術(shù)方案

2.1 機(jī)械化設(shè)備配置原則

在隧道施工中，機(jī)械化設(shè)備配置原則是：先進(jìn)高效、配套合理、能力富裕、滿足工程快速、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)和均衡生產(chǎn)的要求，保證各工序相互協(xié)調(diào)，設(shè)備效能最佳。[1]現(xiàn)場(chǎng)按照機(jī)械化程度高低進(jìn)行設(shè)備配套方案的制定，機(jī)械化程度的劃分主要按機(jī)械設(shè)備配置的生產(chǎn)能力、進(jìn)度指標(biāo)、圍巖級(jí)別等原則進(jìn)行劃分。圍巖Ⅲ級(jí)以上其成洞指標(biāo)為：170m/月以上為Ⅰ級(jí)機(jī)械化，140～170m/月為Ⅱ級(jí)機(jī)械化，140m/月以下為Ⅲ級(jí)機(jī)械化程度。Ⅲ級(jí)以上圍巖，進(jìn)行全斷面施工；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工，暫不考慮Ⅴ級(jí)以下圍巖情況下設(shè)備配置；汽車運(yùn)輸；開挖作業(yè)的施工能力按照出渣、仰拱單作業(yè)工序施工能力的1.2倍考慮。[2]

2.2 機(jī)械化施工設(shè)備配置方案

隧道機(jī)械化綜合體系配套施工9條作業(yè)線為：①配置超前地質(zhì)預(yù)報(bào)地質(zhì)雷達(dá)、水平鉆機(jī)、全站儀及大功率變頻通風(fēng)設(shè)備組成地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)、通風(fēng)等輔助作業(yè)線；②配置三臂鑿巖臺(tái)車組成開挖作業(yè)線；③配置大噸位裝載機(jī)及自卸汽車組成裝運(yùn)作業(yè)線；④配置濕噴混凝土機(jī)械手及多功能作業(yè)臺(tái)架組成噴錨支護(hù)作業(yè)線；⑤配置防水板鋪掛多功能作業(yè)臺(tái)架、防水材料焊接設(shè)備、止水帶定位裝置組成防水層作業(yè)線；⑥配置混凝土供給設(shè)備與液壓模板臺(tái)車相結(jié)合組成襯砌作業(yè)線；⑦配置液壓式移動(dòng)仰拱棧橋、挖掘機(jī)、自卸汽車、液壓仰拱弧形模板結(jié)合組成仰拱鋪底作業(yè)線；⑧配置多功能臺(tái)架及專業(yè)設(shè)備組成二襯敲擊檢測(cè)注漿養(yǎng)護(hù)作業(yè)線；⑨配備溝槽移動(dòng)模架及混凝土運(yùn)輸車等組成溝槽施工作業(yè)線。形成隧道機(jī)械化全工序閉合施工。[1]

針對(duì)地質(zhì)條件、施工安排，全面落實(shí)九條線配套作業(yè)，黃家臺(tái)隧道進(jìn)口配備Ⅰ級(jí)機(jī)械化工裝設(shè)備，在向家包2號(hào)隧道出口配備Ⅱ級(jí)機(jī)械化工裝設(shè)備，其他隧道按普通裝備配置。

表1 高鐵隧道全斷面Ⅰ級(jí)機(jī)械化設(shè)備配置表

3 重點(diǎn)作業(yè)線機(jī)械化施工配套技術(shù)研究

3.1 開挖作業(yè)線

在隧道Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖地段采用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行開挖作業(yè)，可解決傳統(tǒng)人工鉆爆施工中一次性作業(yè)人員多、安全風(fēng)險(xiǎn)大、施工環(huán)境差、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、作業(yè)功能單一、單次作業(yè)進(jìn)尺短、耗能大等不足（見表2）。

技術(shù)建議：適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖（無鋼拱架）及采用臺(tái)階法或全斷面開挖的Ⅳ級(jí)圍巖地段，適用于中等及以下無滲水地段，硬質(zhì)巖石地段尤為適用，適用于單口掘進(jìn)1500m以上隧道，有利于設(shè)備投入成本攤銷，最好同時(shí)滿足兩個(gè)工作面作業(yè)。向家包2號(hào)隧道出口采用機(jī)械化配套作業(yè)施工，達(dá)到連續(xù)

表2 三臂鑿巖臺(tái)車與人工風(fēng)槍作業(yè)對(duì)比表

6個(gè)月施工進(jìn)度在220m左右的高產(chǎn)。

3.2 錨噴支護(hù)作業(yè)線

采用HSC-2513C等型號(hào)混凝土濕噴機(jī)械手，與普通小型濕噴機(jī)相比，顯著改善了噴射混凝土質(zhì)量，提高了工效，減少了回彈量和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及職業(yè)病危害，極大地節(jié)約了施工成本，效果良好。

表3 小型濕噴機(jī)與機(jī)械濕噴手對(duì)比表

技術(shù)建議：機(jī)械濕噴手在配置時(shí)，最好有兩個(gè)作業(yè)面時(shí)用1臺(tái)濕噴手錯(cuò)開作業(yè)，可以更大發(fā)揮其使用工效。同時(shí)還應(yīng)配置兩臺(tái)小型濕噴機(jī)備用。

3.3 仰拱鋪底作業(yè)線

仰拱鋪底采用液壓仰拱棧橋+配套弧形模板和簡(jiǎn)易棧橋+液壓仰拱弧形模板兩種方式。向家包二號(hào)隧道仰拱施工配備簡(jiǎn)易棧橋與液壓仰拱弧形模板，經(jīng)過不斷調(diào)整，收到了較好的施工效果。工效指標(biāo)為26h/循環(huán)，節(jié)約了8h；成本每延米節(jié)約130元；作業(yè)人員4人減少一半；確保了安全和工序的連貫性，質(zhì)量提升現(xiàn)場(chǎng)整潔，勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。

技術(shù)建議：仰拱無鋼筋地段隧道推薦使用，但有鋼筋地段或者是有鋼筋地段占大部分的，考慮鋼筋保護(hù)層厚度控制，同時(shí)又不需要額外增加架立鋼筋，建議采用桁架式模板施工。

4 應(yīng)用效果優(yōu)缺點(diǎn)及不足

通過對(duì)比隧道機(jī)械化作業(yè)較人工作業(yè)有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：①高效性，能有效縮短隧道各工序的施工作業(yè)時(shí)間，顯著提高隧道施工進(jìn)度；②安全性，能極大減少隧道洞內(nèi)施工作業(yè)人員數(shù)量，提高工人施工安全；③環(huán)保性，能在降塵、降噪音、減少皮膚感染上給作業(yè)人員更大的健康保護(hù)，降低職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn)；④保質(zhì)性，尤其在光爆、錨噴、襯砌、防排水作業(yè)上克服了人工作業(yè)的隨意性；⑤低成本性，雖然一次性投入成本及維護(hù)成本高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)使用的角度看，隨著人工成本和材料費(fèi)用的不斷增加，機(jī)械化作業(yè)施工成本只會(huì)越來越低。

誠(chéng)然，隧道機(jī)械化配套施工有很多優(yōu)勢(shì)，但依然也存在很多局限性和不足。如隧道地質(zhì)條件相對(duì)要好、隧道作業(yè)面數(shù)量要適中、作業(yè)長(zhǎng)度相對(duì)要長(zhǎng)、隧道斷面要大且要配套使用，否則就不能發(fā)揮整體工效，對(duì)地質(zhì)圍巖差的隧道，機(jī)械化作業(yè)就不能配套使用，必須進(jìn)行人工作業(yè)，而且隧道機(jī)械化施工必須由專業(yè)的人員配套作業(yè)，在項(xiàng)目策劃階段就要統(tǒng)籌安排。

5 結(jié)語

綜上所述隧道機(jī)械化施工配套技術(shù)，不僅提高了施工工效、提升了安全系數(shù)，而且改善了作業(yè)環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了人員的安全，還能確保工程質(zhì)量，有效節(jié)約能源，同時(shí)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)綜合效益。通過高鐵隧道機(jī)械化施工技術(shù)配套實(shí)踐研究，也為今后高鐵隧道機(jī)械化配套提供了技術(shù)支持。[3]“機(jī)械化作業(yè)、工廠化生產(chǎn)、專業(yè)化施工、信息化控制”已成為未來隧道施工的主要發(fā)展方向。

[1]郭海波.機(jī)械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應(yīng)用[J].山西建筑，2013，09：144～146.

[2]方俊波.長(zhǎng)大隧道施工機(jī)械化配套技術(shù)與裝備研究[J].高速鐵路技術(shù)，2011，03：17～22.

[3]李有兵.長(zhǎng)大隧道機(jī)械化配套安全快速施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，10：110～116.

U455.4

A

2095-2066（2016）36-0246-02

2016-12-12

戴春娥（1984-），女，漢族，湖北武漢人，工程師，本科，主要從事施工技術(shù)工作。