高鐵隧道施工大型機械化配套及信息化應用

李春輝 王彥芳

摘 要：在社會快速發展的帶動下，各個領域的發展壯大都取得了良好的成績，在這種發展形勢下人們對于高鐵隧道工程提出了更高的要求。為了切實對當前隧道鉆爆法施工機械化水平較低、施工環境功能惡劣以及施工人員勞動強度大的問題加以緩解，本文以祁家莊隧道工程為實際案例進行綜合分析，并且從大斷面快修技術理論、機械配套設施、機械化配套條件中施工技術和信息化系統的實踐運用展開深入的研究分析。

關鍵詞：高鐵隧道;機械化配套;信息化應用

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A

0 引言

社會快速的發展，人們對高鐵隧道工程提出更高要求。為了有效提升當前隧道鉆爆法施工機械化水平，下文結合實例分析了高鐵隧道施工大型機械化配套及信息化應用情況。

1 工程概況

近年來新建的鐵路工程從北京到張家口鐵路JZSG-7標祁家莊隧道，其實際位置處在張家口范圍內的花園區孟家墳村的北邊，整個隧道結構是從低山丘陵地區橫穿過去的。整個地區都是由第四系新黃土層覆蓋，地面結構較為復雜，針對整個地區進行前期勘察發現，這一隧道的進入口位置的土層結構濕陷變形系數為0.059，濕陷的種類屬于自重濕陷性換圖。出口位置的實現變形系數為0.059，這類土層屬于自重濕陷性黃土，祁家莊隧道均為低瓦斯施工隧道，起訖里程為DK144+125～DK149+856，全長5 731 m。本隧道DK144+710～DK144+780下穿京藏高速公路段，施工時采用弱爆措施，并且加強監控測量，高速公路為路塹段，質點安全震動速度控制在15 cm/s以下。本隧洞身圍巖為Ⅲ-Ⅴ級，采用開挖工法為Ⅲ級：臺階法，Ⅳ級：三臺階法、三臺階臨時橫撐法;Ⅴ級：三臺階臨時仰拱法（設臨時鋼架）、三臺階臨時橫撐法、三臺階七步法、CRD法。

2 建造理念

結合高鐵工程建造原理以及相關專業知識，綜合全斷面挖掘對圍巖結構干擾最小的理論來說，在進行工程設計工作的時候，應當切實的扭轉以往老舊落后的設計理念，切實的將塌方載荷理念轉變為變形控制設計方法。就施工方法的挑選來說可以選擇運用大斷面以及全斷面挖掘方法。在施工技術方面來說，可以將砂漿錨桿調整為應力錨桿的方法，在將挖掘后支護工作轉變為超前預加固轉變。在風險控制方面設立隧道工程施工風險等級，就施工機械設備來說盡可能的選擇小規模解析惡化施工設備，并且應當將多臂鑿巖臺車加以實踐運用，從而就可以創建出完整的額施工流水線。就部分挖掘工程來說，大部分斷面施工對于機械化程度的要求相對較高，并且圍巖干擾程度較小。

3 機械化配套裝備

3.1 全電腦三臂鑿巖臺車

（1）功能。借助電子設備來對三臂鑿巖臺車進行操控，并且需要人工支護的方法來加以輔助，涉及到的功能有：前期預測、超前支護、鉆孔定位、收集數據、圍巖結構測量等多種功能。

（2）使用效果。1）能夠有效的促進實踐工作效率的不斷提升，并且整體施工效果較為顯著，臺車鉆爆結合人工鉆爆的結果按照一定的比例進行換算，能夠有效的促進施工效率的提升。2）與以往老舊的人工操作相對比來說，人工操作需要大量的工作人員的參與，并且工作效率較差，而將專業機械設備加以合理的運用能夠切實的將工作人員從巨大的工作量中擺脫出來，在保證施工效率的基礎上，對于提升工程施工質量也是非常有幫助的。3）與人工鉆爆相對比來看，鑿巖臺車炮孔的設置都會結合圍巖結構實際情況來加以設置，能夠切實的對鉆爆孔的距離進行合理的把控，提升光爆的效果，但是這種操作模式對于工作人員的專業能力以及綜合經驗要求相對較高。

3.2 三臂拱架安裝機

（1）功能。針對全自動抓舉大斷面鋼材結構支撐框架實施定位，并且完成安裝操作。三臂可協調進行操作，這樣就可以保證鋼架安設的整體準確性。與機械設備進行通力配合，從而實現鉆孔關注漿操作并且完成無損檢測。

（2）使用效果。1）三臂框架機械設備進行實踐運用可以切實的提升施工工作的整體效率，并且對于實際施工質量也可以從根本上加以保障。2）三臂拱架安裝設備與以往老舊模式的臺架相對比來說在保證工程施工工作人員的安全性方面能夠起到重要的作用，三臂安裝機械設備通常需要六個人來進行統一操作，以往臺架安裝工作需要十三個人，而將三臂拱架設備加以實踐運用能夠有效的促進施工效率的顯著提升。3）三臂拱架安裝機的主要作用就是實施全自動抓舉大斷面支護拱架的安設工作，三臂結構可以協作合作這樣就可以切實的對拱架的安裝和定位工作的效果加以保證。普通臺架是可以為人工操作提供一定的輔助，拱架安裝都是由施工工作人員結合測量放樣的位置來加以控制，準確性相對較低。

3.3 多榀鋼架安裝臺架

（1）功能。多榀鋼架安裝臺架主要涉及到行走、提升、移動以及定位多個步驟組合而成，可以有效的對拱部鋼架安裝效果和質量加以保證，并且也可以對鋼架安裝的準確性加以保證，也可以輔助完成鉆孔、裝藥、錨桿安設、混凝土灌注等施工工作。

（2）使用效果。1）在進行三個榀拱架安設工作的時候，通常需要四個小時，人工臺架的安裝工作往往會持續六個小時，相對比來說整體效率得到了顯著的提升。2）與單純的人工操作相比較來看，多榀拱架工作的實施往往需要配備七個人，而如果是人工操作進行安裝工作至少需要十三個工作人員，從參與人數方面來說，多榀鋼架安裝臺架具有較強的優越性，施工實踐工作不但可以有效的對施工的質量和安全加以保證，并且也可以在遇到地質災害的時候盡可能的避免對人員造成任何的損害，但是在運用這個方法的時候需要對高空墜落物造成的危險加以側重關注。3）多榀拱架同步安裝臺架借助專業的機械設備能夠對實踐工作的效率和效果加以保障。普通臺架只可以被當做人工施工操作的輔助這是，拱架安裝過程中工作人員可以結合測量放樣的位置來加以把控，但是最終工作的準確性性對較差。

3.4 防水板及鋼筋自動化安裝一體機

（1）功能。自主研發的防水板鋼筋一體機最為突出的特征就是能夠實現自動對寬幅防水板進行安設，并且自動完成環狀鋼筋以及縱向鋼筋的安設，不但具備鋼筋切料的功能，并且也可以提升整個鋼筋結構的防水性。

（2）使用效果。1）與其他臺架相對比來說，這一臺車施工能夠促進工作人員的人身安全，在整個施工過程中會設置輔助設施，并且通常會選擇使用圓鋼管結構來進行結構建造，平臺的高度設置較為適合，兩邊設施的曲拱圈可以起到防護的作用，能夠避免危險事故的發生。2）施工人員可以利用可伸縮的平臺結構來進行圍巖結構的施工建造，擯棄土工布以及防水板結構都可以利用機械設備進行攤鋪和建造，對于施工的速度應當進行切實的把控，這樣不但可以對施工效率和施工質量加以保證，并且也可以促進工程整體施工質量的限制提升。

3.5 自行式液壓帶弧模仰拱棧橋

（1）功能。自行式液壓帶弧模仰拱棧橋具備液壓自行調節。自帶弧形模板的功能，能夠更加高效的進行止水帶結構的安裝，切實的滿足仰拱與填充分開實施灌注的實際需要，并且自行進行振搗和收面。

（2）使用效果。1）與以往老舊模式的普通棧橋性對比來說，框架結構整體綜合性能較強，并且穩定性較高往往不會出現變形或者是破損的情況。棧橋的綜合性能較強，能夠為超出60 t的各類施工車輛的正常行駛加以保障。棧橋與模板施工方法進行整合只需要留下一個仰拱施工工作面，這樣就可以有效的提升施工工作的整體效率和效果，并且也可以為后續二次襯砌施工工作的實施給予輔助。2）棧橋配合模板施工方式所運用的是頂端梁體加固的方法，在模板框架安設完成之后，能夠運用仰拱混凝土可以有效的促進施工整體美觀性的提升，促進整個工程項目綜合性能的提高。

3.6 智能化二次襯砌臺車

智能化二次襯砌臺車的運行原理就是利用最先進的科學技術與智能控制相結合來對二次襯砌施工過程中產生的所有的信息數據進行收集，并且最終利用專業的掃描儀來完成準確的定位和立模。

4 信息化應用

就以往高速鐵路工程施工信息化管理工作實際情況來說，人們往往單純的人為信息化也就是代表著二維碼、視頻監控等多個方面，其實信息化管理最為重要的就是將各項信息數據進行統一的收集和處理，并且在實踐中加以高效的運行，這樣才可以保證項目具有良好的可控性。在基礎設施建設過程中，我國鐵路信息化建設整體水平還沒有達到成熟的狀態，其中還存在諸多的問題需要我們加以切實的解決。祁家莊隧道工程在信息化技術的實踐運用方面進行了大量的研究，并且已經形成了一定的規模，從而實現了工程管理工作的數字化和可視化的目的。

4.1 PMS工序過程卡控

結合實際情況和需要來對工序卡控制點的位置加以準確的判斷，現場施工技術人員可以利用專業的設備來進行報檢，對于整個過程進行全面的詳細的記錄，促進各個工序都能夠維持在可控的狀態。

4.2 拌合站、試驗室信息化管理

結合各方面情況和需要來創建拌合站、實驗室信息化管理系統，利用混凝土原材料安裝攝像頭來對二維碼信息加以統一的收集，在保證混凝土材料質量達到規定要求之后方能加以實踐運用。

4.3 智能化裝備應用

全電腦三臂鑿巖臺車、智能化二次襯砌臺車等裝備的應用，初步具備通過過程數據指導施工的能力。智能化二次襯砌臺車通過傳感器對混凝土入模溫度、臺車自身應力等方面實現了寫實并同步上傳平臺。

5 結論

總的來說，機械化施工從某種層面上來說可以反映出科學技術的發展，在切實的規避危險事故發生，控制環境污染，改善施工環境方面都鞥能夠起到積極的作用，所以我們需要加以側重關注，運用合適的大型挖、裝、運機械化設備，提高隧道施工效率。

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