【摘 要】 機(jī)械化配套是實(shí)現(xiàn)特長(zhǎng)隧道快速施工的重要保障，本文以長(zhǎng)洪嶺隧道為例，介紹了特長(zhǎng)隧道機(jī)械化配套及快速施工技術(shù)，為特長(zhǎng)隧道快速施工作出了積極有益的探索。

【關(guān)鍵詞】 特長(zhǎng)隧道；機(jī)械化配套；快速施工

【Abstract】 Mechanized support is an important guarantee for the rapid construction of special long tunnels. In this paper， Changhongling tunnel is taken as an example to introduce the mechanized support and rapid construction technology for the long tunnels， which has made a positive and beneficial exploration for the rapid construction of the long tunnels.

【Key words】 Special long tunnel；Mechanized support；Rapid construction

1、工程概況

（1）新建鐵路渝利線是國(guó)家鐵路中長(zhǎng)期規(guī)劃的“四橫四縱”中的“一橫”——滬寧漢渝蓉快速客運(yùn)專線重要組成部分，西起重慶北站，向東途經(jīng)重慶市渝北區(qū)、江北區(qū)、長(zhǎng)壽區(qū)、涪陵區(qū)、豐都縣和石柱縣，至湖北省利川市，線路全長(zhǎng)260.4Km，設(shè)計(jì)時(shí)速200Km/h。

（2）渝利鐵路長(zhǎng)洪嶺隧道位于中鐵隧道集團(tuán)有限公司承建的4標(biāo)段，全長(zhǎng)13294m，是渝利鐵路全線第二長(zhǎng)隧，為全線主要控制性工程之一。其中隧道進(jìn)口承擔(dān)隧道正洞4700m的施工任務(wù)，土建工程總工期為33.33個(gè)月。全隧以Ⅲ級(jí)圍巖為主，主要為泥巖，砂巖互層，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)較軟。

2、機(jī)械選擇應(yīng)考慮的因素

在特長(zhǎng)隧道施工中，機(jī)械設(shè)備的配套是實(shí)現(xiàn)隧道快速施工的重要途徑。機(jī)械設(shè)備的配套，需從工程的總體規(guī)劃考慮，選擇機(jī)械設(shè)備時(shí)主要應(yīng)綜合考慮以下因素：

（1） 機(jī)械配套要以滿足業(yè)主對(duì)工程的工期、質(zhì)量、安全、環(huán)保等各項(xiàng)要求為前提，合理進(jìn)行機(jī)械配置以滿足施工需要；

（2） 施工機(jī)械應(yīng)與施工環(huán)境、施工方法相配套，機(jī)械設(shè)備的選型與配套和施工方法密切相關(guān)。根據(jù)地質(zhì)條件、工期要求，通過(guò)比選，確定切合實(shí)際機(jī)械配套施工方案；

（3） 隧道工程施工機(jī)械配套要充分考慮人的因素，勞務(wù)工市場(chǎng)需求旺盛，人工成本越來(lái)越高，機(jī)械化程度的不斷提高可以較好的解決人工成本居高不下的困境；

（4） 應(yīng)充分考慮施工機(jī)械之間的配合及協(xié)調(diào)工作能力，根據(jù)本項(xiàng)目人員的綜合素質(zhì)、管理水平選擇機(jī)械，這是一個(gè)系統(tǒng)的配套工程，要充分考慮機(jī)械到場(chǎng)后的現(xiàn)場(chǎng)可操作性和效率的發(fā)揮程度；

（5） 企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略要求。技術(shù)裝備能力是企業(yè)展示自己重要手段，借助于重點(diǎn)大型工程，提高企業(yè)的裝備能力，既可以加快工程進(jìn)度，又可以創(chuàng)造企業(yè)信譽(yù)，樹(shù)立企業(yè)形象，同時(shí)也促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

3. 隧道施工機(jī)械配套技術(shù)

長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口施工機(jī)械選型經(jīng)過(guò)多個(gè)方案的比較和篩選，最后采用兩臺(tái)TAMROCK三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)；輪胎式ZL50C裝載機(jī)配合大噸位自卸汽車出碴；Sika-PM500PC濕噴機(jī)械手進(jìn)行初支混凝土濕噴作業(yè)；38m可移動(dòng)式仰拱棧橋進(jìn)行仰拱施工；兩臺(tái)12米液壓襯砌模板臺(tái)車進(jìn)行二次襯砌混凝土施工，并配以地質(zhì)鉆機(jī)及TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，組成了隧道機(jī)械化施工作業(yè)線。

3.1 開(kāi)挖施工機(jī)械。

3.1.1 鉆孔機(jī)械。

（1）長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口配置了兩臺(tái)TAMROCK三臂液壓鑿巖臺(tái)車進(jìn)行全斷面開(kāi)挖施工，在地質(zhì)條件允許的范圍內(nèi)鉆孔進(jìn)尺最大可達(dá)5.35m，相比人工開(kāi)挖循環(huán)最大進(jìn)尺3.0～3.5m，液壓鑿巖臺(tái)車每循環(huán)進(jìn)尺可達(dá)4.5～5.0m，且循環(huán)時(shí)間比人工開(kāi)挖減少1.5小時(shí)以上，大大提高了施工速度，為確保工程按期完成提供了先進(jìn)的設(shè)備保障。

（2）液壓鑿巖臺(tái)車的使用，不僅提高了施工進(jìn)度，更增加了員工作業(yè)安全系數(shù)，改善了工作環(huán)境。臺(tái)車操作人員在固定的操作平臺(tái)上操作機(jī)械，距隧道掌子面約13m的安全距離，視線開(kāi)闊，易于觀察圍巖的變化情況，加之操作平臺(tái)上設(shè)有安全頂棚，從硬件和機(jī)械的設(shè)計(jì)上增大了操作員工安全系數(shù)。相比于人工開(kāi)挖噪音大，作業(yè)環(huán)境差的缺點(diǎn)，液壓鑿巖臺(tái)車采用人性化設(shè)計(jì)，采用電力作動(dòng)力，清潔環(huán)保，極大地減少了隧道空氣污染和粉塵含量，并大大降低了噪音。

（3）鑿巖臺(tái)車電——液控制系統(tǒng)采用PLC可編輯邏輯控制，電信號(hào)通過(guò)電液比例閥控制終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由此可以使各個(gè)鉆進(jìn)參數(shù)達(dá)到最佳，從而達(dá)到快速高效精確的控制。通過(guò)長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口液壓鑿巖臺(tái)車鉆爆效果看，光爆效果明顯優(yōu)于人工手持風(fēng)鉆的操作模式，隧道殘眼保存率基本在92%以上，隧道的開(kāi)挖成型得到保證，從而達(dá)到了以質(zhì)量促進(jìn)效益的最佳效果。

3.1.2 出碴機(jī)械。

（1）出碴作業(yè)是隧道施工的一個(gè)重要工序，直接關(guān)系著隧道的整體開(kāi)挖進(jìn)度。長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口配置了雙橋驅(qū)動(dòng)、載重量在20t以上的大型運(yùn)輸車輛12臺(tái)，購(gòu)置了廣西柳工和徐州徐工集團(tuán)生產(chǎn)的ZL50C裝載機(jī)3臺(tái)，用以進(jìn)行出碴配套作業(yè)，從出碴機(jī)械數(shù)量、質(zhì)量上保證單循環(huán)出碴作業(yè)的順利進(jìn)行，能夠避免和減少因車輛故障影響洞碴外運(yùn)。

（2）為了保證快速出碴，要做到爆破前車輛在規(guī)定位置等待，爆破通風(fēng)后，快速進(jìn)入掌子面出碴。出碴時(shí)，采用2臺(tái)裝載機(jī)同時(shí)裝碴（第3臺(tái)備用），極大的加快了裝碴速度，12臺(tái)出碴車輛連續(xù)出碴，確保出碴時(shí)掌子面一直有車等待裝碴，裝載機(jī)始終處于工作狀態(tài)，為加快洞身開(kāi)挖提供保障。

（3）開(kāi)挖作業(yè)線機(jī)械化配套見(jiàn)表1。

3.2 錨噴機(jī)械。

錨桿孔采用臺(tái)車鉆眼，多功能作業(yè)臺(tái)架掛網(wǎng)，擠壓式注漿泵注漿。噴射混凝土采用西班牙制造的Sika-PM500PC濕噴機(jī)械手，該設(shè)備可通過(guò)操作有線“遙控器”來(lái)控制噴射頭進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，噴料速度4～24m3/h，噴射頭上安裝有擺動(dòng)馬達(dá)（可240°擺動(dòng)）和回轉(zhuǎn)馬達(dá)（可360°回轉(zhuǎn)），且機(jī)械手的大臂、小臂均能通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)后靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，噴射范圍較大，施工中噴頭與噴射面之間的角度能夠始終保持在最佳角度。Sika-PM500PC濕噴機(jī)采用液態(tài)添加劑計(jì)量輸送裝置，能夠精確地控制速凝劑用量，噴頭安裝紅外線距離感應(yīng)器，保證了噴頭到噴射面始終控制在0.8米，有效保證了噴射混凝土質(zhì)量，減少噴射混凝土回彈量，降低了粉塵污染，混凝土的施工質(zhì)量也因此得以保證，成本也得以大幅度降低（錨噴支護(hù)機(jī)械配套表見(jiàn)表2）。

3.3 仰拱施工機(jī)械。

長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口采用液壓移動(dòng)仰拱棧橋，主橋38m，支點(diǎn)間跨度23m，一個(gè)循環(huán)最大施工長(zhǎng)度20m，可橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)，施工方便。該棧橋主梁和橋面采用桁架式結(jié)構(gòu)，減少了自重和結(jié)構(gòu)高度，滿足了通行和橋下作業(yè)凈空要求，實(shí)現(xiàn)了仰拱全斷面作業(yè)。移動(dòng)就位快捷，提高了隧道仰拱混凝土的施工速度。完成一次移動(dòng)就位僅需1小時(shí)，提高了仰拱混凝土的施工速度（仰拱施工機(jī)械配套表見(jiàn)表3）。

3.4 二次襯砌施工機(jī)械。

為加快二次襯砌施工進(jìn)度，長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口采用兩臺(tái)長(zhǎng)度12m全液壓整體式模板臺(tái)車用于二次襯砌施工，隧道二次襯砌所用混凝土來(lái)自自建的大型自動(dòng)計(jì)量混凝土拌合站。采用4臺(tái)容量8m3的罐式混凝土運(yùn)輸車和2臺(tái)混凝土輸送泵進(jìn)行混凝土澆筑。同備用兩臺(tái)250千瓦發(fā)電機(jī)，以防停電（二襯施工機(jī)械配套表見(jiàn)表4）。

3.5 超前地質(zhì)鉆孔及預(yù)報(bào)設(shè)備。

3.5.1 自行式全液壓旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆機(jī)。

為了準(zhǔn)確的探明隧道地質(zhì)情況，為隧道快速掘進(jìn)提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)，在長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口配置日本生產(chǎn)的RPD-150C型自行式全液壓旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆機(jī)，用以進(jìn)行超前地質(zhì)探孔，可直接取芯、現(xiàn)場(chǎng)記錄，及時(shí)準(zhǔn)確的為施工服務(wù)，以便采取不同技術(shù)措施指導(dǎo)施工生產(chǎn)。

3.5.2 TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

采用先進(jìn)的TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，能方便快捷地預(yù)報(bào)掌子面前方100～350m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，不僅可以及時(shí)地為隧道施工變更施工工藝提供依據(jù)，而且可以減少隧道施工中突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，為隧道施工提供施工更安全保障。

3.5.3 地質(zhì)雷達(dá)。

當(dāng)TSP超前探測(cè)發(fā)現(xiàn)有重大異常體地質(zhì)時(shí)，采用地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)前方約30m范圍內(nèi)的地質(zhì)預(yù)報(bào)，進(jìn)一步確定異常體的規(guī)模、性質(zhì)、危害性。

4. 泥巖、砂巖互層圍巖快速掘進(jìn)技術(shù)

長(zhǎng)洪嶺隧道圍巖主要為泥巖夾砂巖、砂巖，兩者平互層。砂巖的位置、厚度、硬度變化較大，如果開(kāi)挖時(shí)鉆孔、裝藥不合理，可能造成較大的臺(tái)階狀的超挖或欠挖。開(kāi)挖成型很差，對(duì)施工安全、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度都可能造成較大的影響。

4.1 開(kāi)挖方法。

4.1.1 超前探孔。

超前地質(zhì)鉆探作為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段中最直接、最直觀、最有效的一種預(yù)報(bào)方法，在長(zhǎng)大隧道施工中起著重要的作用。本隧道采用在拱頂部位、拱腰兩側(cè)各取一點(diǎn)作為超前探孔施作點(diǎn)，探孔深度均為5.0m。超前探孔的施作，可以超前準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出掌子面前方圍巖發(fā)育情況及各種地質(zhì)災(zāi)害，為施工安全提供了有力的保障。

4.1.2 楔形掏槽。

由于本隧道設(shè)計(jì)跨度大、凈空高，采用全斷面一次爆破開(kāi)挖，沒(méi)有大的掏槽自由面是很難實(shí)現(xiàn)的，施工人員經(jīng)過(guò)多次掏槽試驗(yàn)，最后確定采用復(fù)式楔形斜眼掏槽。第一級(jí)掏槽角控制在45°～55°，不宜過(guò)大或過(guò)小。通常情況下，掏槽眼上下排間距取50～90cm，硬巖取小值，中硬巖取中值，軟巖取大值。同一隧道橫斷面上，一對(duì)掏槽眼眼底距離通常取20～30cm。

4.1.3 光面爆破。

采用光面爆破，可以減小對(duì)圍巖的破壞，增強(qiáng)圍巖自身的承載能力，要強(qiáng)調(diào)的是，在不良地質(zhì)條件下，更要加強(qiáng)光面爆破，取得良好的爆破效果，規(guī)避二次處理欠挖，避免出現(xiàn)圍巖冒落及塌坍現(xiàn)象。影響光面爆破的因素比較復(fù)雜，除了地質(zhì)條件、鉆孔的準(zhǔn)確性和爆破技術(shù)操作性外，還有光爆層厚度、周邊眼間距、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)以及起爆技術(shù)等。要根據(jù)圍巖地質(zhì)條件，確定合理的光面爆破參數(shù)。

（1）根據(jù)圍巖特點(diǎn)合理的選擇周邊眼間距和最小抵抗線，在硬巖處必須縮小周邊眼間距，增加藥量。

（2）減小二圈眼裝藥量。二圈眼距離輪廓線很近，過(guò)大的裝藥量可能使光爆層發(fā)生超爆甚至圍巖松動(dòng)，因此，減小二圈眼藥量使十分必要的。

（3）采用毫秒微差有序起爆，創(chuàng)造良好的臨空面。

（4）加強(qiáng)操作人員技能培訓(xùn)，提高其鉆孔和爆破實(shí)際操作能力。

4.2 初期支護(hù)。

（1）噴射混凝土。

爆破后，立即對(duì)暴露面進(jìn)行初噴（素混凝土），噴層厚3cm～5cm，以盡快的速度及早對(duì)圍巖進(jìn)行封閉。待下一循環(huán)前，在施作了錨桿、鋼筋網(wǎng)片后再?gòu)?fù)噴，噴層厚度不小于12 crn。

（2）錨桿及鋼筋網(wǎng)。

系統(tǒng)錨桿的施作可以增加層面問(wèn)的抗剪強(qiáng)度和摩擦力，向圍巖施加徑向壓力形成承載拱，可以減少圍巖變形，提高圍巖的整體穩(wěn)定性。錨桿的鉆進(jìn)方向必須是垂直掌子面巖層面，施工中，拱部采用22中空注漿錨桿，邊墻采用砂漿錨桿。錨桿施工后掛設(shè)6mm鋼筋網(wǎng)片。

5. 仰拱及二次襯砌快速施工

（1）施工實(shí)踐及測(cè)量資料證明，仰拱封閉前圍巖收斂變形較大，且發(fā)展速度快，很難穩(wěn)定，而施作了仰拱后，圍巖與支護(hù)很快趨于穩(wěn)定，可見(jiàn)仰拱及時(shí)封閉是關(guān)鍵。為了加快仰拱施工速度，在原有一座液壓棧橋的基礎(chǔ)上，又增加一座16m長(zhǎng)自制移動(dòng)棧橋，通過(guò)采用上述措施，既確保了安全，又保證了進(jìn)度指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（2）長(zhǎng)洪嶺隧道圍巖主要為泥巖夾砂巖，但泥巖遇水易軟化，初期支護(hù)后拱頂仍有掉塊及坍塌的可能性，及時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工顯得尤為重要。二次襯砌采用整體式模板臺(tái)車襯砌，混凝土集中拌和，輸送泵輸送，泵送入模。在圍巖變形發(fā)展加快或不穩(wěn)定，出現(xiàn)安全隱患的情況下，采取襯砌緊跟的措施，以確保隧道施工安全。

6. 施工通風(fēng)

搞好隧道通風(fēng)，改善作業(yè)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)隧道快速施工的必要條件。根據(jù)總體工期安排，長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口獨(dú)頭掘進(jìn)4700m，通風(fēng)質(zhì)量尤為關(guān)鍵。根據(jù)精確論證，風(fēng)機(jī)選用高風(fēng)壓、大風(fēng)量的雙級(jí)SDF（C）-No12.5型軸流風(fēng)機(jī)。通風(fēng)管采用PVC增強(qiáng)維綸面制成的柔性風(fēng)管，有優(yōu)良的阻燃的抗靜電性能，節(jié)長(zhǎng)一般在20～50m。施工中，根據(jù)通風(fēng)效果及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)數(shù)量，及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，采用低速、中速或高速，在保證施工通風(fēng)效果的前提下，達(dá)到節(jié)約用電的目的。

7. 幾點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）運(yùn)用TSP203、地質(zhì)雷達(dá)并結(jié)合超前探孔等超前預(yù)報(bào)手段，總結(jié)出了一套針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，對(duì)指導(dǎo)隧道施工起到了重要的作用，有效的減小了地質(zhì)災(zāi)害對(duì)隧道施工的影響，確保施工安全。

（2）針對(duì)泥巖、砂巖互層，水平巖層發(fā)育等地質(zhì)特性，在施工中不斷地總結(jié)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)不斷優(yōu)化，形成了一套適合于大斷面特長(zhǎng)隧道水平巖層快速施工的工藝。

（3）通過(guò)采用液壓鑿巖臺(tái)車、混凝土濕噴機(jī)械手、液壓移動(dòng)棧橋等先進(jìn)的施工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了鐵路單線特長(zhǎng)隧道的快速掘進(jìn)，為特長(zhǎng)鐵路隧道的機(jī)械化配套施工做出了有益的探索和實(shí)踐。

（4）人員安全定位系統(tǒng)，為了確保施工安全，強(qiáng)化對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況的動(dòng)態(tài)控制，全面提高項(xiàng)目施工生產(chǎn)和安全管理的綜合水平，項(xiàng)目引進(jìn)電子屏顯示和系統(tǒng)安全定位系統(tǒng)，可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)隧道內(nèi)作業(yè)人員的進(jìn)出時(shí)間，隨時(shí)反映隧道內(nèi)人員和機(jī)械的運(yùn)行情況，極大提高了安全生產(chǎn)防控能力。

8. 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

（1） 特長(zhǎng)鐵路隧道施工機(jī)械的選型配套，不僅要體現(xiàn)設(shè)備的先進(jìn)性和穩(wěn)定性， 更要體現(xiàn)配套的合理性，應(yīng)著眼于機(jī)械配套后綜合作業(yè)能力的提高，盡量使各工序、各環(huán)節(jié)的作業(yè)效率相匹配，充分發(fā)揮機(jī)械化的整體性能。

（2）開(kāi)挖成形光爆效果對(duì)隧道的初期支護(hù)及二次襯砌質(zhì)量有著直接影響，關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的效益，必須嚴(yán)抓不放。

（3）與傳統(tǒng)人工開(kāi)挖單價(jià)相比，機(jī)械化開(kāi)挖單價(jià)指標(biāo)偏高，進(jìn)度提升是降低開(kāi)挖成本的重要手段；一般人工開(kāi)挖進(jìn)度指標(biāo)在150～180m/月，機(jī)械化施工能夠達(dá)到250～350/月之間，綜合成本大為降低，有利于機(jī)械化施工的大力推廣。

（4）搞好文明施工，創(chuàng)造良好的施工作業(yè)環(huán)境是實(shí)現(xiàn)快速施工的前提。良好的工作環(huán)境，既能激發(fā)職工的勞動(dòng)潛力，又能提高工作效率。

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[文章編號(hào)] 1619-2737（2018）02-06-787

[作者簡(jiǎn)介] 余清華（1971.2.28-），男，職稱：中級(jí)工程師（2004年），工作單位：中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，2003年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院（大專），專業(yè)：工程造價(jià)，2015年畢業(yè)于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)（本科），專業(yè)：工程造價(jià)。