基于机械化施工的隧道工程施工技术分析

吴向东

广东省长大公路工程有限公司

基于机械化施工的隧道工程施工技术分析

吴向东

广东省长大公路工程有限公司

近年来，随着隧道工程建设规模的扩大，很多隧道工程开始应用机械化配套设备进行隧道施工，并取得了较为满意的成果。本文就以港珠澳大桥珠海连接线南湾隧道工程为例，对隧道工程的机械施工进行了分析，为类似工程提供借鉴和参考。

隧道工程；机械化施工；应用

1　工程概况

港珠澳大桥珠海连接线南湾隧道为长隧道，双向六车道，左、右线分离布设，左右线测设中线间距约16.95m，左线隧道里程ZK7+373～ZK9+554，长2181m；右线隧道里程YK7+373～YK9+561，长2188m。本隧道具有地质复杂和施工工期紧等特点，为确保施工进度、提高作业机械化，南湾隧道右线Ⅱ、Ⅲ级围岩拟采用多臂凿岩台车钻孔，左线采用常规人工开挖，左右线均采用大型湿喷机组锚喷支护。

2　隧道施工中的机械化施工

2.1开挖作业

凿岩台车作为较先进的开挖设备，能够高效地进行开挖。凿岩台车主要由底盘、凿岩机、给进器、钻臂、工作平台臂、控制及动力装置、自动电缆卷盘及水管卷盘、安全顶盖、照明系统和自动防卡钻装置等构成。按钻臂数量可分为三臂凿岩台车、两臂凿岩台车和单臂凿岩台车。按智能化程度高低可分为全液压（THC）、半电脑（TCAD）、全电脑（TDATA、全智能（DTi）4种类型，根据隧道断面大小、进度要求、投入情况等灵活选用。

2.2出渣作业

出渣作业一般采用2种方式：一是采用传统装载机装渣，配合使用反铲挖掘机，以大容量运输车运输为主，运输方式分为有轨和无轨运输；另外一种则是选用出渣效率较高的隧道挖装机，俗称扒渣机。

2.3初期支护作业

隧道内进行初期支护施工时，采用湿喷法喷射混凝土，较为先进的机械设备配置湿喷机械手，由装在轮式汽车底盘上的湿喷机、蠕动剂量泵和喷射机械臂构成，喷射混凝土效率一般可达15～30m3·h-1，对施工人员身体的危害小，在围岩条件较好的全断面法地段采用该设备效果最为明显。此外，初期支护还要使用钢拱架架设机，它能明显提高钢架架设效率，节约初期支护施作时间。

2.4仰拱铺底作业

隧道仰拱铺底作业工序较为复杂繁琐，其施工速度直接影响着后续施工进度。目前，大多数钻爆法施工的隧道采用半侧施作或简易栈桥的方法进行仰拱施工；但由于传统栈桥采用固定结构，适应性、灵活性差，不但仰拱施工质量难以控制，而且开挖、衬砌不能同步进行，导致劳动强度高，安全事故频发，功效非常低，大大影响了隧道施工速度。因此，为提高隧道施工效率、保证施工安全，可选用自行式液压栈桥进行施工，其主要由主体结构、行走系统、液压系统和电气系统4部分组成。

2.5防水作业

采用防水板铺设装置进行防水作业。施工方自制工作平台架，以双缝爬焊机焊接防水板。防水板铺设装置能减轻作业人员劳动强度，减少作业人员投入，提高防水板铺设速度及铺设质量。

2.6二次衬砌作业

隧道二次衬砌施工通用的施工机械主要为混凝土搅拌站、混凝土搅拌输送车、混凝土输送泵、模板台车等设备。

3　机械设备配置方案

本隧道以Ⅱ级、Ⅲ级围岩为主，洞身穿越地层岩性主要为花岗闪长岩、黑云母斑状花岗闪长岩，具花岗岩类等，构造带内后期石英脉填充广泛，中风化岩质坚硬。隧道内Ⅱ级及Ⅲ级围岩采用台阶法施工。洞身主要通过的地层为花岗岩和闪长岩，岩质较硬，并且易发生岩爆。为突出“以人为本”的原则，对于易发生岩爆等施工风险的工序应尽量减少作业人数和作业强度，采用机械设备进行施工作业，隧道内对施工的以下环节进行了机械化配套加强。

（1）开挖作业线

正洞内Ⅱ级及Ⅲ级围岩段落均采用2台三臂凿岩台车进行开挖作业，斜井及横洞Ⅱ级、Ⅲ级围岩段落采用1台三臂凿岩台车进行开挖作业，洞身穿越断层破碎带段落时，若采用台阶法施工，空间受限，所以采用传统风钻进行开挖爆破作业。

（2）出渣作业线

为提高出渣效率，全隧道均采用挖装机配合自卸汽车进行出碴作业，挖装机出碴效率一般可达250m3·h-1。

（3）初期支护作业线

采用湿喷机械手喷射混凝土，Ⅲ级围岩局部设置钢架段落采用钢拱架安装机进行作业；短台阶法施工的Ⅳ级和Ⅴ级围岩局部段落也采用湿喷机械手及钢拱架安装机。

（4）防水作业线

全隧道均采用移动式作业台车及双缝爬焊机焊接防水板。

（5）仰拱铺地作业线

由于空间限制，隧道内仰拱铺地施工工序较为复杂，各工序间相互干扰较大，使得隧道施工效率和安全受到很大影响。因此，为提高施工效率，保证施工安全，本隧道在此施工环节均采用自行式仰拱栈桥进行作业。综上所述，本隧道施工主要采用的施工机械配置如下表1

表1

4　结束语

综上所述，隧道机械化施工的成功应用，不仅提高了隧道的施工质量，加快了施工进度。从隧道施工质量、人身安全和节能环保角度出发，采用机械化施工，是今后我国隧道施工发展的主流方向。