成套机械化施工技术在隧道施工中的应用

成套机械化施工技术在隧道施工中的应用

发表时间：2019-06-24T16:06:16.433Z 来源：《基层建设》2019年第7期作者：明庭喜[导读] 摘要：随着智能化装备技术的发展，为大力推进高速公路施工领域“机械化替人，自动化减人”的工作目标，贵黄高速公路龙昌隧道在施工中，成套采用机械化施工技术，取得了不错的效果。中交第二公路工程局有限公司陕西西安 710065摘要：随着智能化装备技术的发展，为大力推进高速公路施工领域“机械化替人，自动化减人”的工作目标，贵黄高速公路龙昌隧道在施工中，成套采用机械化施工技术，取得了不错的效果。本文对该隧道的成套机械化施工技术进行总结，以期对相关隧道施工提供技术参考。

关键词：隧道施工；成套机械化；施工技术；应用。隧道施工技术目前在我国已经非常成熟，但大多数仍采用传统的隧道施工方法，在传统的隧道施工方法中，洞身开挖、支护、喷射混凝土等工序全部采用人工进行或者部分采用机械化施工，掌子面作业人员众多，工人的劳动强度极大、作业时间长，功效低，质量通病多，且一旦发生危险，极易产生群死群伤的安全事故。同时随着国家以及地方政府相应法律法规的出台，掌子面作业人员禁止超过九人，国家人口老龄化，劳动力缺乏等因素，未来的隧道施工技术亟待进行创新发展，基于这种目标，贵黄高速依托龙昌隧道施工，大力推广成套机械化施工工法，有效的实现了“机械化替人，自动化减人”的工作目标，为同类隧道的施工提供了经验。

1、项目概况

龙昌隧道位于贵州省黔南州福泉市龙昌镇，隧道全长2170m，隧道采用单洞三车道，设计时速100Km/h，隧道洞身穿越段以灰岩、白云岩为主，隧道以Ⅳ级围岩为主。隧道采用三车道设计，断面大，为机械化施工创造很好的操作界面，同时隧道围岩以Ⅳ级围岩为主，围岩具备一定的强度，在改变开挖方式后，具备一定的安全性，这些都为隧道施工成套机械化技术提供了良好的条件。

2、隧道成套机械化施工技术隧道施工过程中，安全步距、施工工法是施工中安全性的两个需要指标，在前期的施工过程中，由于现有隧道施工规范的要求：Ⅳ级围岩施工中，掌子面距仰拱安全步距不超过50m，掌子面距二衬安全步距不超过90m，但在实际施工过程中，由于机械设备本身的长度及操作等因素限制，该段安全距离根本不能满足成套化施工的技术要求，同时，为充分研究机械化的施工功效，原设计的台阶法开挖方法也不能充分展示成套机械化施工的优势，因此贵黄公司邀请相关单位及专家对原设计的开挖方式和安全步距等反复论证和研究，最终形成一致意见，在确保初期支护质量和监控量测结果表明安全的前提下，为利于机械化作业，同意龙昌隧道三车道隧道IV级围岩由原设计的上下台阶法变为大断面开挖，掌子面距仰拱安全步距不超过90m，掌子面距二衬安全步距不超过130m，确保围岩稳定的前提下，初期支护钢架与掌子面距离可适当放宽但不超过3m。这些论证结果的实施，为全面实施大型机械化施工创造了技术条件。在过去的隧道施工中，曾有部分采用单独的机械化施工技术，在本隧道施工中，我们将目前国内比较前沿的隧道机械化施工技术进行充分组合，即从隧道的洞身开挖、拱架安装、初喷混凝土、整体式仰拱施工、二衬防排水施工、二衬混凝土施工、二衬混凝土养护、隧道电缆沟槽施工等八项施工工艺都采用机械施工，即实现了隧道施工的成套化施工技术，不仅保证安全，也实现了功效。（1）隧道洞身开挖

洞身爆破开挖中的钻孔作业，采用两台三臂凿岩台车钻孔，通过全站仪为凿岩台车自身定位，预先输入炮眼布置图后，启动自动钻设功能后，即可实现智能钻孔。单孔的钻进速度快，较人工大幅提升钻进速度，钻孔精确，超欠挖控制效果较好，大大提升了功效，减少了浪费的同时，极大的降低了安全风险。（2）拱架安装

采用多功能拱架台车进行拱架安装，利用拱架台车机械手抓起已拼接的拱架，然后移动至设计位置，安装调节极为方便快捷，减少了人员数量的前提下，大大降低了工人的劳动强度，且速度快、功效高、安全性高、安装准确。（3）初喷混凝土

初喷混凝土采用湿喷台车施工，混凝土由拌合站集中拌合，罐车进行运输，通过湿喷机进行喷射，降低了粉尘含量，每小时约30方的喷射速度，大大提高了功效，减少了工人在洞内作业时间，降低职业病概率。同时，没有开挖台架避免人为的填塞遮挡物，从而彻底解决了初支背后空洞的问题，同时湿喷机功率，喷射压力大，喷射混凝土喷出非常密实。（4）整体式仰拱施工采用自行式液压栈桥配套仰拱模板，液压仰拱栈桥通过履带带动行走，通过液压系统调节模板，行走灵活，施工方便快捷，有效利用长度为24米，仰拱弧形模板，使仰拱整体一次成型，避免了多次接缝，确保仰拱整体受力，而且可同时浇筑仰拱回填和下一模的仰拱，形成流水作业，加快施工进度。（5）二衬防排水施工二衬防排水施工中的土工布和防水板安装，采用防水板自动挂设台车，通过弧形轨道和牵引系统，将载有防水板的小车从底部牵引经过拱顶到另一侧底部，自动展开防水板，便于人工进行固定，降低劳动强度的同时，防水板挂设松紧适度，可适当增加防水板定制宽度，减少接缝，降低渗水风险。（6）二衬混凝土施工二衬混凝土施工采用整体式台车，一次浇筑成型。同时，台车模板在设计时候，充分考虑加宽段同时施工原因，台车的加宽段模板可以自由伸缩，调节角度。等二衬施工到加宽段以后，调节模板自然撑开，进行加宽段的二衬施工。这就改变了传统的台车施工模式，即加宽段和正常段的二衬同步进行，有效的避免了传统的等正常段施工完毕以后，对台车模板改造以后，再施工加宽段的做法，极大的提高了功效。

（7）二衬混凝土养护台车二衬混凝土养护台车具有智能化功能，能够根据洞内的温度和湿度，自行进行喷淋养护，该设备具备自行走功能，极大较少了人工操作，同时也有效的保证了养护质量。（8）隧道电缆沟槽施工

电缆沟槽由于混凝土薄、线形要求高等因素，一直是施工中难以把控的地方。龙昌隧道电缆沟槽施工采用液压式台车，该台车较传统的施工工法，装卸方便、施工速度快，成本线形好。

隧道施工成套机械化技术的应用，极大的提高了功效，同时，也有效降低了隧道施工中的安全风险和质量风险，提升了整个工程的品质。

3、隧道成套机械化施工技术应用产生效果

通过龙昌隧道成套机械化施工技术的应用，与传统工艺相比极大提高了隧道施工的安全性和功效性，具体表现在：（1）极大的减少了现场的施工人数，真正意义上的实现了“机械化替人”目标。

根据龙昌隧道的规模，按照传统的隧道施工工法，整套工序施工需要约136人，目前采用成套机械化施工技术，人数减少至81人，极大的降低了人工作业。例如传统的台架式人工开挖需要约18人，采用三臂凿岩台车仅仅需要5人；传统的初喷作业掌子面需要10人，现在采用湿喷机械手，喷射混凝土作业面仅需要3人，使得两项工序作业的掌子面施工人员数量达到规定要求（小于9人），可见机械化施工节约人力的效果。

（2）施工质量也大幅度提高。

从质量方面来说，开挖钻孔作业利用机械钻眼，精度高、定位准，超欠挖控制较好；喷射混凝土采用湿喷机械手，避免了传统工艺初支背后空洞的通病，施工环境得到了极大的改善；养护台车的使用，有效的保证了二衬后期强度的形成；电缆沟槽台车的使用，有效的保证了电缆沟槽的外观线形。这些隧道机械的运用，有效的保证了隧道施工全过程的质量。

（3）施工功效的节约和成本的降低。

采用成套机械化施工，不仅施工效率得到大幅度的提高，同时还节约了大量的人力。机械施工对成本控制方面也非常有效，例如，凿岩台车的运用，钻孔精度高，致超挖少，节约了初喷砼；湿喷台车的运用，工作时间又传统的5小时减少到2.5小时，同时回弹率与以往的传统操作方式比较减小，也节约了混凝土用量等。这种隧道成套化机械施工技术的应用，不仅降低了功效，而且节约成本。

4、结束语

贵黄高速公路龙昌隧道成套机械化施工技术能够全面实施，有其设计自身的优势，该隧道属于高速公路三车道大断面隧道、围岩的安全性也相对较好，具备成套机械化施工的先决条件。对于施工中需要突破原有技术规范要求和原设计的开挖方式部分，经专家充分论证才能实施，这是本隧道能够成套采用机械化施工的重要条件。本文结合龙昌隧道的施工过程，对隧道成套机械化施工技术进一步总结，希望能够为其他类似的隧道的机械化施工提供借鉴和参考。

参考文献：

[1]贵州省贵阳至黄平高速公路两阶段施工图设计图纸.

[2]公路路基隧道技术规范（（JTG F60-2009））.

[3]公路工程质量检验评定标准（JTGF801-2004）