隧道机械化工装配套运用探索

王展魁杨维鹏陈雯

中铁隧道股份有限公司郑州450001

摘要：通过对神农隧道机械化配套的运用，提出了现阶段隧道各施工作业线机械化配套的局限性，针对局限性提出采用新工法、新工艺、新材料解决的措施展望。并提出了现阶段隧道施工新工装的研发要放开思维，从工法、工艺、材料入手的观点。

关键词：长大隧道机械化配套新意法理念运用

前言

我国铁路隧道建设总量已远远领先世界其他国家铁路隧道。截至2016年底，已建成铁路隧道总长度超过12000km。即将开工和规划建设的隧道总长度超过5000km。我国建成通车的铁路隧道的总数量已超过10000座。但是，我国铁路隧道建设设备配套技术水平、施工装备及国产化技术发展落后。隧道施工过程中工序循环时间长，围岩扰动大，安全风险高，进度缓慢等问题急需解决。

传统的隧道修建方法严重制约着中国隧道建造技术的进步，使隧道修建技术近二三十年来一直没有大的突破，无法适应社会发展的需要。随着我国各行业生产力科技水平的不断提升，特别是装备制造业、信息监测技术、智能建造技术、新型材料应用等的迅猛发展，给隧道建设水平的跨越提高带来可能。本文针对长大隧道建设机械化及工装配套选择及确保其能够发挥最大效益而对我国隧道建设施工工艺方法的措施建议。

一、工程概况

神农隧道为太焦铁路先期工程，长度11540m，位于山西省东南部。隧道不良地质有断层、下穿采空区、陷落柱、穿越煤层等，属极高风险隧道。隧道围岩分级：Ⅱ级2290m、Ⅲ级2485m、Ⅳ级3672m、Ⅴ级2886m、明挖207m。各级围岩施工工法见下表：

神农隧道施工工法一栏表

上表统计数据显示，Ⅱ级、Ⅲ级围主要集中在辅助坑道2，分别占作业面任务的78%，全隧长度的35%。同时辅助坑道2的两个作业面为本工程的关键线路。

三、施工作业线机械化配套方案

根据各作业面施工任务围岩划分，充分发挥机械化作业优势，神农隧道作业面2、开挖配备了单台三臂凿岩台车；作业面3开挖配备2台凿岩台车；其余作业面采用人工钻爆开挖施工。各作业面均配备了湿喷机械手、自行式仰拱栈桥（带曲模）、悬臂式喷淋台架（自主研发）、衬砌模板台车、沟槽台车。

神农隧道机械化配套图

三臂凿岩台车的使用具有钻孔速度快、单循环进尺长、耗能低、用工少、安全程度高、绿色环保等优势。但因其开挖单价高、自身体积庞大（长宽高：16.8m、2.9m、3.7m），为充分发挥其施工效率，因此在Ⅱ级、Ⅲ级围（全断面法、台阶法）岩占比较大的工作面2配备三臂凿岩台车进行开挖，其他工作面采用传统人工台架进行开挖。

3.1开挖作业线

为充分利用三臂凿岩台车效率，作业面2配备的凿岩台车可以兼顾作业面3的开挖任务。同时考虑在Ⅱ级、Ⅲ级围中夹杂的IV、V级，也可通过作业面3灵活度更高的人工台架开挖队伍对凿岩台车开挖进行互补。神农隧道施工过程中，Ⅱ级进度指标达到260m/月、Ⅲ级160m/月，较以往双作业面人工台架开挖方法高出30%。要使凿岩台车发挥更大工效，就要求管理人员具备更高的施工组织水平和更加精细的合同管理能力。

3.2支护作业线

采用混凝土喷射机械手进行湿喷混凝土作业，可灵活调整喷射角度、喷射距离，同时实现了对喷射风压、速凝剂参量的数字化控制，有效控制了喷射回弹量，同时改善了隧道开挖作业面施工环境。机械手自带的预搅拌系统，可以改善混凝土品质，提高了喷射混凝土的密实度、匀质性，避免了传统人工喷射强度不达标的问题。

喷射机械手操作仅需3人（放料、基面清理、喷射手各1人），其工效相当于6-9台传统湿喷机施工效率，缩短了循环作业时间。同时减少了传统湿喷机施工时连接风水管，湿喷机组倒吊运等工序，增加了开挖作业面的有效工作时间。

3.3仰拱作业线

仰拱作业采用带腹模自行式仰拱栈桥，该栈桥较传统简易栈桥更安全，避免的人、机坠落的风险。同时其腹模及“万向”自行系统的应用，可实现仰拱及填充分层浇筑及腹模的快速定位。仰拱腹模与栈桥的活动连接，克服了因栈桥过往车辆行走造成覆模对混凝土持续振捣影响混凝土质量的问题。

3.4防排水作业线

目前国内各施工单位在防水板铺设作业中，普遍通过自主研发采用提升设备使防水板沿隧道初支轨道行走到位，顶升设备按压密贴初支面，超声波或电磁焊固定防水板与橡胶垫圈。

因制造工艺粗略，工序繁多缺乏智能控制，所制造的铺设台架只能实现半自动化，缺乏推广价值。

3.5衬砌作业线

衬砌模板台车的分层逐窗浇筑系统、防空洞预警系统等有效保证了衬砌混凝土的施工质量。台车钢端模的使用克服了传统做法中中埋止水带易翻转、失效的缺点。悬臂式喷淋台架随模板台车移动，确保了养护的及时性，且减少了轨行式喷淋养护台架铺轨的工序。

3.6沟槽作业线

采用整体式沟槽台车，实现沟槽整体浇筑，浇筑混凝土外观质量明显提高。同时沟槽台车实现了模板提升、自动化行走，免去了传统模板移动困难的问题。

四、机械化配套实施展望

4.1三臂凿岩台车在软弱围岩中运用探索

钻爆法施工中运用三臂凿岩台车，在施工进度、安全、环保等方面优点突出。由于凿岩台车体积大、设备租赁费用高等原因，在IV、V级围岩

雾炮养护（无纵向行走功能）

施工时不利于发挥其工效。人工辅助施工时，要考虑配备气腿式凿岩机钻孔所需空压机及配套风管、台架等，不利于项目成本控制。

在配备三臂凿岩台车施工的作业面中夹杂的IV、V级围岩，可充分利用“新意法”施工理念，采用特性线法、三维挤出试验法对隧道掌子面应力-应变进行预测。采用纤维锚杆、水平旋喷桩等超前约束措施，加固掌子面前方超前核心土，实现全断面快速通过软弱围岩地段。

4.2隧道衬砌混凝土养护装置的探索

隧道衬砌混凝土养护一般采用专用喷淋台架和在模板台车上改装的喷淋设备。前者存在接轨长、浪费水资源，后者存在不能保证养护时间的问题。

通过对目前市场上存在的雾炮进行改进，增加雾炮行走系统，既能够保证衬砌混凝土养护周期，有能充分利用水资源。

4.3隧道防排水工装探索

目前隧道防水多采用土工布+防水板模式，工序多、材料重、施工质量要求高。我国隧道防水材料从PE防水卷材到PVC卷材，到完全被EVA防水卷材替代，施工工法上也在不断的完善。隧道防水材料向着更轻便、自修复能力更强的方向发展更有利于现场施工。

结语

现阶段机械化配套施工在隧道施工安全、质量、环保等方面发挥了独特的优势。新工法、新工艺、新材料的研发对隧道施工机械化配套起着承上启下的作用。在对隧道施工现阶段机械设备的改进过程中，要放开思维，有效结合现阶段新工法、新工艺、新材料。

参考文献：

[1]王群选裴生平.长大隧道机械化配套施工技术.高速铁路技术，2011（S1）.424-427

[2]付庭茂.隧道机械化配套施工新模式分析.工程技术与应用，2018，（01）：37-130

[3]翟进营等.“新意法”在国外隧道工程中的应用.隧道建设，2008，（04）：469-475