基于機械化施工的隧道工程施工技術分析

吳向東

廣東省長大公路工程有限公司

基于機械化施工的隧道工程施工技術分析

吳向東

廣東省長大公路工程有限公司

近年來，隨著隧道工程建設規模的擴大，很多隧道工程開始應用機械化配套設備進行隧道施工，并取得了較為滿意的成果。本文就以港珠澳大橋珠海連接線南灣隧道工程為例，對隧道工程的機械施工進行了分析，為類似工程提供借鑒和參考。

隧道工程；機械化施工；應用

1　工程概況

港珠澳大橋珠海連接線南灣隧道為長隧道，雙向六車道，左、右線分離布設，左右線測設中線間距約16.95m，左線隧道里程ZK7+373～ZK9+554，長2181m；右線隧道里程YK7+373～YK9+561，長2188m。本隧道具有地質復雜和施工工期緊等特點，為確保施工進度、提高作業機械化，南灣隧道右線Ⅱ、Ⅲ級圍巖擬采用多臂鑿巖臺車鉆孔，左線采用常規人工開挖，左右線均采用大型濕噴機組錨噴支護。

2　隧道施工中的機械化施工

2.1開挖作業

鑿巖臺車作為較先進的開挖設備，能夠高效地進行開挖。鑿巖臺車主要由底盤、鑿巖機、給進器、鉆臂、工作平臺臂、控制及動力裝置、自動電纜卷盤及水管卷盤、安全頂蓋、照明系統和自動防卡鉆裝置等構成。按鉆臂數量可分為三臂鑿巖臺車、兩臂鑿巖臺車和單臂鑿巖臺車。按智能化程度高低可分為全液壓（THC）、半電腦（TCAD）、全電腦（TDATA、全智能（DTi）4種類型，根據隧道斷面大小、進度要求、投入情況等靈活選用。

2.2出渣作業

出渣作業一般采用2種方式：一是采用傳統裝載機裝渣，配合使用反鏟挖掘機，以大容量運輸車運輸為主，運輸方式分為有軌和無軌運輸；另外一種則是選用出渣效率較高的隧道挖裝機，俗稱扒渣機。

2.3初期支護作業

隧道內進行初期支護施工時，采用濕噴法噴射混凝土，較為先進的機械設備配置濕噴機械手，由裝在輪式汽車底盤上的濕噴機、蠕動劑量泵和噴射機械臂構成，噴射混凝土效率一般可達15～30m3·h-1，對施工人員身體的危害小，在圍巖條件較好的全斷面法地段采用該設備效果最為明顯。此外，初期支護還要使用鋼拱架架設機，它能明顯提高鋼架架設效率，節約初期支護施作時間。

2.4仰拱鋪底作業

隧道仰拱鋪底作業工序較為復雜繁瑣，其施工速度直接影響著后續施工進度。目前，大多數鉆爆法施工的隧道采用半側施作或簡易棧橋的方法進行仰拱施工；但由于傳統棧橋采用固定結構，適應性、靈活性差，不但仰拱施工質量難以控制，而且開挖、襯砌不能同步進行，導致勞動強度高，安全事故頻發，功效非常低，大大影響了隧道施工速度。因此，為提高隧道施工效率、保證施工安全，可選用自行式液壓棧橋進行施工，其主要由主體結構、行走系統、液壓系統和電氣系統4部分組成。

2.5防水作業

采用防水板鋪設裝置進行防水作業。施工方自制工作平臺架，以雙縫爬焊機焊接防水板。防水板鋪設裝置能減輕作業人員勞動強度，減少作業人員投入，提高防水板鋪設速度及鋪設質量。

2.6二次襯砌作業

隧道二次襯砌施工通用的施工機械主要為混凝土攪拌站、混凝土攪拌輸送車、混凝土輸送泵、模板臺車等設備。

3　機械設備配置方案

本隧道以Ⅱ級、Ⅲ級圍巖為主，洞身穿越地層巖性主要為花崗閃長巖、黑云母斑狀花崗閃長巖，具花崗巖類等，構造帶內后期石英脈填充廣泛，中風化巖質堅硬。隧道內Ⅱ級及Ⅲ級圍巖采用臺階法施工。洞身主要通過的地層為花崗巖和閃長巖，巖質較硬，并且易發生巖爆。為突出“以人為本”的原則，對于易發生巖爆等施工風險的工序應盡量減少作業人數和作業強度，采用機械設備進行施工作業，隧道內對施工的以下環節進行了機械化配套加強。

（1）開挖作業線

正洞內Ⅱ級及Ⅲ級圍巖段落均采用2臺三臂鑿巖臺車進行開挖作業，斜井及橫洞Ⅱ級、Ⅲ級圍巖段落采用1臺三臂鑿巖臺車進行開挖作業，洞身穿越斷層破碎帶段落時，若采用臺階法施工，空間受限，所以采用傳統風鉆進行開挖爆破作業。

（2）出渣作業線

為提高出渣效率，全隧道均采用挖裝機配合自卸汽車進行出碴作業，挖裝機出碴效率一般可達250m3·h-1。

（3）初期支護作業線

采用濕噴機械手噴射混凝土，Ⅲ級圍巖局部設置鋼架段落采用鋼拱架安裝機進行作業；短臺階法施工的Ⅳ級和Ⅴ級圍巖局部段落也采用濕噴機械手及鋼拱架安裝機。

（4）防水作業線

全隧道均采用移動式作業臺車及雙縫爬焊機焊接防水板。

（5）仰拱鋪地作業線

由于空間限制，隧道內仰拱鋪地施工工序較為復雜，各工序間相互干擾較大，使得隧道施工效率和安全受到很大影響。因此，為提高施工效率，保證施工安全，本隧道在此施工環節均采用自行式仰拱棧橋進行作業。綜上所述，本隧道施工主要采用的施工機械配置如下表1

表1

4　結束語

綜上所述，隧道機械化施工的成功應用，不僅提高了隧道的施工質量，加快了施工進度。從隧道施工質量、人身安全和節能環保角度出發，采用機械化施工，是今后我國隧道施工發展的主流方向。