高速公路隧道自动机械化技术应用

高速公路隧道自动机械化技术应用
摘要：如何合理使用机械化进行隧道工程施工是隧道建设者们孜孜追求的方向，现如今悬臂凿岩机、凿岩台车等大型设备的应用能够有效改变传统粗放式的
人海战术，减少作业人员数量，降低施工风险，同时保证工程质量和降低施工成本，因此，高速公路隧道自动机械化技术已然成为必然趋势，也是今后隧道工程
施工的主流选择。

关键词：高速公路；隧道；自动机械化
1高速公路隧道工程重难点分析
（1）隧道开挖断面大，施工过程对围岩扰动多，易产生掉块、坍塌和失稳
等险情，施工措施如下：①管超前、严注浆。

施做掌子面预加固措施，按照设计
要求施做中管棚、玻璃纤维锚杆，严控长度、根数及注浆质量。

②强支护。

采用
涨壳式预应力锚杆，辅助增强围岩自身稳定性，支护完成后及时封闭成环。

（2）隧道工法转换风险高，左右导坑净距小，开挖扰动大，拆撑风险高。

主要施工措施：采用机械掘进辅以弱爆破的方式，过程中严格按频率进行监控量测，每日收
集数据进行分析，发现变形量超标时及时预警，待处理完成后再施工。

（3）隧
道预加固措施工艺要求高，洞身中管棚、玻璃纤维锚杆质量要求高。

主要施工措施：大型机械化配套，采用自进式管棚施工工艺，使用三臂凿岩台车、智能注浆
机等工装，确保施工质量，加快施工进展，减少围岩暴露的时间，降低安全风险。

2隧道新型机械标准化配置
2.1 隧道新型机械标准化配置原则
（1）生产性：隧道施工机械生产性能要满足施工需求，确保机械配置组合
能够保证工程施工进度。

（2）可靠性：根据技术方案要求，各个设备在运行过
程中能够保证良好的稳定性，其故障率在可控范围之内，确保在作业时间和施工
环境中完成施工任务。

（3）安全性：配置设备能够在特定环境下保证作业人员
安全和运行时设备本身安全。

（4）经济型：应根据施工方案，选择适合本项目
的机械设备，在确保安全、质量、进度及环水保要求的前提下，选用性价比较高
的设备。

2.2 隧道施工新型机械标准化配置的优势
目前隧道机械化施工已经形成了多种机械化施工成套技术和设备配套模式，
满足超前地质预报、钻爆开挖、喷锚支护、仰拱、防排水、二次衬砌、电缆沟、
空洞监测作业等机械化连续施工。

随着品质工程、绿色公路等建设要求，隧道施
工面临着地质条件更复杂、工程质量要求更严格、施工安全与环保要求更高等特点，所以隧道施工机械标准化配置既是满足工程进度、质量、安全需要的现实要求，也是符合时代发展趋势的必然技术选择。

3高速公路隧道自动机械化技术
3.1多臂凿岩台车
隧道钻孔开挖采用多臂凿岩台车，与传统人工钻孔作业相比，作业人员由
10~12 人降低至1~2 人，减少了80% 的人工投入，且凿岩台车钻孔定位精度高、成孔速度快。

例如洞身开挖爆破钻孔采用的多臂凿岩台车由全电脑控制，施工前，先将隧
道设计参数和爆破钻孔设计参数等相关信息输入台车控制系统软件。

台车就位后，采用全站仪定位台车坐标参数，将台车坐标参数输入台车控制系统，台车根据已
录入的设计参数自行计算钻孔位置和钻孔角度，不同钻臂自动控制伸缩、位移和
旋转动作，避免互相干扰和冲突，精准控制钻孔位置和钻孔角度、深度，逐一完
成各掏槽眼、辅助眼、周边眼的钻孔、清空施工。

钻孔完成后，依次进行装药、
爆破、排险、出渣作业。

多臂钻凿岩台车自带举升臂作业平台，可用于人工装药
作业。

3.2多功能锚杆钻机
锚杆施工采用多功能锚杆钻机，可保证系统锚杆外插角垂直于岩面，提高了
系统锚杆的施工质量，降低了人员投入，提高了作业效率。

系统锚杆和超前支护的钻孔施工采用多功能锚杆钻机，多功能锚杆钻机是一
种全液压的高效钻孔设备，采用轮式结构，行走速度可达12km/h，移动方便快捷；钻臂可伸缩，钻杆可双维度360°旋转，实现隧道各部位锚杆的施工，并彻底解
决人工钻孔难以实现锚杆完全垂直岩面的问题。

多功能锚杆钻机最大钻孔深度可
达6m，可用于隧道中砂浆锚杆、中空注浆锚杆、缩脚锚杆（管）、超前锚杆、超
前小导管的钻孔施工，特殊情况下，可兼做爆破孔钻孔和欠挖处理用。

施工时，
先将台车就位，接通水、电，做好施工准备工作。

然后根据施工放样的点位，调
整好钻杆位置和方向，接通水路，利用钻杆的回转、冲击，逐渐推进，单个孔位
作业时间约1~2min。

钻孔完成后，进行锚杆的安装、注浆作业。

3.3湿喷台车
喷射混凝土作业采用湿喷台车，传统简易湿喷机作业速度5~7m3/h，湿喷台
车作业速度可达每小时喷射量15~20m3/h；喷射压力大，减少了混凝土回弹量，
有利于喷射混凝土密实性；其可采用无线遥控操控，无需作业人员手持喷嘴的近
距离作业，有效避免了作业过程中，坍塌掉块、混凝土骨料回弹反射造成人员伤
害等问题。

3.4 自行式液压仰拱栈桥
仰拱施工采用自行式液压仰拱栈桥，与传统简易栈桥相比，整体式框架结构
稳定性好，为仰拱施工提供了充足的作业空间，封闭式的栈桥通道提高了通行和
作业安全性；栈桥自身具备纵向驱动行走功能和横向平移功能，方便快捷；配合
整体式仰拱弧形模板的使用，解决了仰拱混凝土浇筑不密实、成型困难、外观质
量差的问题。

3.5自动挂布台车
防水板铺设采用自动挂布台车，可自行起吊提升防水材料，自动铺设防水卷材，仅需2~3 人即可完成整个防水板铺设作业；最大可一次性铺设6m 宽幅的防
水板，大大提高了施工效率，减少了搭接损耗，且铺设效果平整美观；自动挂布
台车可兼做二衬钢筋绑扎作业平台，辅助提高二衬环向和纵向钢筋绑扎效率。

自
动挂布台车带自行纵向移动行走功能，可无线遥控操作，安全性高。

例如在防水层施工采用自动挂布台车，自动挂布台车主要由行走系统、提升
铺设系统、液压控制系统等部分组成。

台车通过电机系统驱动在铺设的钢轨上行
走和定位；土工布和防水板通过台车的提升系统沿台车外围的弧形轨道牵引提升，从轨道的一侧向另一侧移动，同时通过固定于台车门架弧形轨道之间的液压系统，将展开的土工布或防水板顶送至靠近初支面的位置，以便固定。

防水层施工前，
人工铺设好行走轨道，将台车沿铺设的轨道行走至待施工的防水层正下方就位。

将待铺设防水板或土工布卷材运送至台车一侧的轨道下方，与台车吊挂系统连接
固定，并将土工布或防水板展开1~1.5m。

启动卷扬机提升土工布或防水板沿台车
弧形轨道行走，并逐步展开土工布或防水板。

启动液压顶升系统，将土工布防水
板顶升至靠近初支表面的位置，台车操作平台上的作业人员进行人工固定。

3.6自动布料二衬钢模台车
二衬混凝土浇筑采用自动布料二衬钢模台车，可自动布料，无需人工拆换管
道切换浇筑部位，方便快捷；分层逐窗带压浇筑，提高二衬混凝土的浇筑质量；
具备信息化系统，可智能动态监测浇筑状态，对异常状态报警。

整体施工效率高，大大降低了二衬施工人员的投入，施工安全性高。

结束语
为提高隧道机械化施工水平，针对施工的各个工序，在工程施工中采用了全
工序机械化。

机械化施工具有加快施工进度、节约劳动力、减轻劳动强度、改善
施工条件、提高施工质量、降低工程成本等优势，是今后隧道施工的发展方向。

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