特长铁路隧道机械化配套施工技术

浅谈特长铁路隧道机械化配套施工技术

摘要本文以长洪岭隧道为例，介绍了特长铁路隧道机械化配套施工工艺，探索特长隧道快速施工技术。关键词特长铁路隧道机械化配套快速施工

0 工程概述

新建铁路渝利线是国家铁路中长期规划的“四横四纵”中的“一横”——沪宁汉渝蓉快速客运专线重要组成部分，西起重庆北站，向东途经重庆市渝北区、江北区、长寿区、涪陵区、丰都县和石柱县，至湖北省利川市，线路全长260.4km，设计时速200km/h。全隧以Ⅲ级围岩为主，主要为泥岩，砂岩互层，节理发育，岩体破碎，岩质较软。

1 机械选择应考虑的因素

在特长隧道施工中，机械设备的配套是实现隧道快速施工的重要途径，需从工程的总体规划考虑，需要充分考虑人的因素、要以满足对工程的工期、质量、安全、环保等各项要求为前提，合理进行机械配置以满足施工需要；施工机械应与施工环境、施工方法相配套；根据地质条件、工期要求，通过比选，确定切合实际机械配套施工方案；还应充分考虑施工机械之间的配合及协调工作能力；企业的发展战略要求，技术装备能力是企业展示自己重要手段，借助于重点大型工程，提高企业的装备能力，既可以加快工程进度，又可以创造企业信誉，树立企业形象，同时也促进了企业的技术进步。

2 隧道施工机械配套技术

隧道施工机械设备主要包括超前地质预报设备、开挖机械、出渣机械、喷射混凝土机械及二衬设备等。长洪岭隧道进口施工机械选型经过多个方案的比较和筛选，最后采用两台TAMROCK三臂凿岩台车进行开挖作业；轮胎式ZL50C装载机配合大吨位自卸汽车出碴；Sika-PM500PC湿喷机械手进行初支混凝土湿喷作业；38m可移动式仰拱栈桥进行仰拱施工；两台12米液压衬砌模板台车进行二次衬砌混凝土施工，并配以地质钻机及TSP203超前地质预报系统，组成了隧道机械化施工作业线。

2.1 开挖施工机械

2.1.1 钻孔机械

长洪岭隧道进口配置了两台TAMROCK三臂液压凿岩台车进行全断面开挖施工。在地质条件允许的范围内钻孔进尺最大可达5.35m，相比人工开挖循环最大进尺3.0～3.5m，液压凿岩台车每循环进尺可达4.5～5.0m，且循环时间比人工开挖减少1.5小时以上，大大提高了施工速度，为确保工程按期完成提供了先进的设备保障。

液压凿岩台车的使用，不仅提高了施工进度，更增加了员工作业安全系数，改善了工作环境。台车操作人员在固定的操作平台上操作机械，距隧道掌子面约13m的安全距离，视线开阔，易于观察围岩的变化情况，加之操作平台上设有安全顶棚，从硬件和机械的设计上增大了操作员工安全系数。相比于人工开挖噪音大，作业环境差的缺点，液压凿岩台车采用人性化设计，采用电力作动力，清洁环保，极大地减少了隧道空气污染和粉尘含量，并大大降低了噪音。

凿岩台车电—液控制系统采用PLC可编辑逻辑控制，电信号通过电液比例阀控制终端执行机构，由此可以使各个钻进参数达到最佳，从而达到快速高效精确的控制。通过长洪岭隧道进口液压凿岩台车钻爆效果看，光爆效果明显优于人工手持风钻的操作模式，隧道残眼保存率基本在92%以上，隧道的开挖成型得到保证，从而达到了以质量促进效益的最佳效果。

2.1.2 出渣机械

出碴作业是隧道施工的一个重要工序，直接关系着隧道的整体开挖进度。长洪岭隧道进口配置了双桥驱动、载重量在20t以上的大型运输车辆12台，购置了广西柳工集团生产的ZL50C装载机3台，用以进行出碴配套作业。从出碴机械数量、质量上保证单循环出碴作业的顺利进行，能够避免和减少因车辆故障影响洞碴外运。

为了保证快速出碴，要做到爆破前车辆在规定位置等待，爆破通风后，快速进入掌子面

出碴。出碴时，采用2台装载机同时装碴（第3台备用），极大的加快了装碴速度，12台出碴车辆连续出碴，确保出碴时掌子面一直有车

等待装碴，装载机始终处于工作状态，为加快洞身开挖提供保障。 表1 开挖作业线机械配套表

2.2 锚喷机械 锚杆孔采用台车钻眼，多功能作业台架挂网，挤压式注浆泵注浆。喷射混凝土采用西班牙制造的

Sika-PM500PC 湿喷机械手，该设备可通过操作有线“遥控器”来控制喷射头进行喷混凝土作业，喷料速度4～24m3/h ，喷射头上安装有摆动马达（可240°摆动）和回转马达（可360°回转），且机械手的大臂、小臂均能通过液压驱动后灵活的转动，喷射范围较

大，施工中喷头与喷射面之间的角度能够始终保持在最佳角度。Sika-PM500PC 湿喷机采用液态添加剂计量输送装置，能够精确地控制速凝剂用量，喷头安装红外线距离感应器，保证了喷头到喷射面始终控制在0.8米，有效保证了喷射混凝土质量，减少喷射混凝土回弹量，混凝土的施工质量也因此得以保证，成本也得以大幅度降低。 表2 锚喷支护机械配套表 长洪岭隧道进口采用液压移动仰拱栈桥，主桥38m ，支点间跨度23m ，一个循环最大施工长度20m ，可横向移动和纵向移动，施工方便。该栈桥主梁和桥面采用桁架式结构，减少空要求，实现了仰拱全断面作业。移动就位快捷，提高了隧道仰拱混凝土的施工速度。完成一次移动就位仅需1小时，提高了仰拱混凝土的施工速度。

2.4 二次衬砌施工机械 为加快二次衬砌施工进度，长洪岭隧道进口采用两台长度12m 全液压整体式模板台车用于二次衬砌施工，隧道二次衬砌所用混凝土来自自建的大型自动计量混凝土拌合站。采用4台容量8m3的罐式混凝土运输车和2台混凝土输送泵进行混凝土浇筑。同备用两台250千瓦发电机，以防停电。

表4 二衬施工机械配套表

2.5.1 自行式全液压旋转冲击式钻机

为了准确的探明隧道地质情况，为隧道快速掘进提供科学的地质依据，在长洪岭隧道进口配置日本生产的RPD-150C型自行式全液压旋转冲击式钻机，用以进行超前地质探孔，可直接取芯、现场记录，及时准确的为施工服务，以便采取不同技术措施指导施工生产。

2.5.2 TSP203超前地质预报

采用先进的TSP203超前地质预报系统，能方便快捷地预报掌子面前方100～350m范围内的地质情况，不仅可以及时地为隧道施工变更施工工艺提供依据，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性，为隧道施工提供施工更安全保障。

2.5.3 地质雷达

当TSP超前探测发现有重大异常体地质时，采用地质雷达超前探测前方约30m范围内的地质预报，进一步确定异常体的规模、性质、危害性。

3 泥岩、砂岩互层围岩快速掘进技术

长洪岭隧道围岩主要为泥岩夹砂岩、砂岩，两者平互层。砂岩的位置、厚度、硬度变化较大，如果开挖时钻孔、装药不合理，可能造成较大的台阶状的超挖或欠挖。开挖成型很差，对施工安全、施工质量、施工进度都可能造成较大的影响。

3.1 开挖方法

3.1.1 超前探孔

超前地质钻探作为超前地质预报手段中最直接、最直观、最有效的一种预报方法,在长大隧道施工中起着重要的作用。采用在拱顶部位、拱腰两侧各取一点作为超前探孔施作点，探孔深度均为5.0m。超前探孔的施作，可以超前准确预报出掌子面前方围岩发育情况及各种地质灾害，为施工安全提供了有力的保障。

由于本隧道设计跨度大、净空高，采用全断面一次爆破开挖，没有大的掏槽自由面是很难实现的，施工人员经过多次掏槽试验，最后确定采用复式楔形斜眼掏槽。第一级掏槽角控制在45°～55°，不宜过大或过小。通常情况下，掏槽眼上下排间距取50～90cm，硬岩取小值，中硬岩取中值，软岩取大值。同一隧道横断面上，一对掏槽眼眼底距离通常取20～30cm。

3.1.3 光面爆破

采用光面爆破，可以减小对围岩的破坏，增强围岩自身的承载能力，要强调的是，在不良地质条件下，更要加强光面爆破，取得良好的爆破效果，避免出现围岩冒落及塌坍现象，相应就减少了出渣、支护的工程量，节约了时间。影响光面爆破的因素比较复杂，除了地质条件、钻孔的准确性和爆破技术操作性外，还有光爆层厚度、周边眼间距、装药量和装药结构以及起爆技术等。要根据围岩地质条件，确定合理的光面爆破参数。

3.1.3.1 根据围岩特点合理的选择周边眼间距和最小抵抗线，在硬岩处必须缩小周边眼间距，增加药量。

3.1.3.2 减小二圈眼装药量。二圈眼距离轮廓线很近，过大的装药量可能使光爆层发生超爆甚至围岩松动，因此，减小二圈眼药量使十分必要的。

3.1.3.3 采用毫秒微差有序起爆，创造良好的临空面。

3.2 初期支护

3.2.1 喷射混凝土

爆破后，立即对暴露面进行初喷(素混凝土)，喷层厚3cm～5cm，以尽快的速度及早对围岩进行封闭。待下一循环前，在施作了锚杆、钢筋网片后再复喷，喷层厚度不小于12 crn。

3.2.2 锚杆及钢筋网