淺談特長(zhǎng)鐵路隧道機(jī)械化配套施工技術(shù)摘要本文以長(zhǎng)洪嶺隧道為例，介紹了特長(zhǎng)鐵路隧道機(jī)械化配套施工工藝，探索特長(zhǎng)隧道快速施工技術(shù)。關(guān)鍵詞特長(zhǎng)鐵路隧道機(jī)械化配套快速施工0工程概述新建鐵路渝利線是國(guó)家鐵路中長(zhǎng)期規(guī)劃的“四橫四縱”中的“一橫”一一滬寧漢渝蓉快速客運(yùn)專(zhuān)線重要組成部分，西起重慶北站，向東途經(jīng)重慶市渝北區(qū)、江北區(qū)、長(zhǎng)壽區(qū)、涪陵區(qū)、豐都縣和石柱縣，至湖北省利川市，線路全長(zhǎng)260.4km，設(shè)計(jì)時(shí)速200km/h。全隧以III級(jí)圍巖為主，主要為泥巖，砂巖互層，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)較軟。機(jī)械選擇應(yīng)考慮的因素在特長(zhǎng)隧道施工中，機(jī)械設(shè)備的配套是實(shí)現(xiàn)隧道快速施工的重要途徑，需從工程的總體規(guī)劃考慮，需要充分考慮人的因素、要以滿(mǎn)足對(duì)工程的工期、質(zhì)量、安全、環(huán)保等各項(xiàng)要求為前提，合理進(jìn)行機(jī)械配置以滿(mǎn)足施工需要；施工機(jī)械應(yīng)與施工環(huán)境、施工方法相配套；根據(jù)地質(zhì)條件、工期要求，通過(guò)比選，確定切合實(shí)際機(jī)械配套施工方案；還應(yīng)充分考慮施工機(jī)械之間的配合及協(xié)調(diào)工作能力；企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略要求，技術(shù)裝備能力是企業(yè)展示自己重要手段，借助于重點(diǎn)大型工程，提高企業(yè)的裝備能力，既可以加快工程進(jìn)度，又可以創(chuàng)造企業(yè)信譽(yù)，樹(shù)立企業(yè)形象，同時(shí)也促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。隧道施工機(jī)械配套技術(shù)隧道施工機(jī)械設(shè)備主要包括超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備、開(kāi)挖機(jī)械、出渣機(jī)械、噴射混凝土機(jī)械及二襯設(shè)備等。長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口施工機(jī)械選型經(jīng)過(guò)多個(gè)方案的比較和篩選，最后采用兩臺(tái)TAMROCK三臂鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)；輪胎式ZL50C裝載機(jī)配合大噸位自卸汽車(chē)出碴；Sika-PM500PC濕噴機(jī)械手進(jìn)行初支混凝土濕噴作業(yè)；38m可移動(dòng)式仰拱棧橋進(jìn)行仰拱施工；兩臺(tái)12米液壓襯砌模板臺(tái)車(chē)進(jìn)行二次襯砌混凝土施工，并配以地質(zhì)鉆機(jī)及TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，組成了隧道機(jī)械化施工作業(yè)線。2.1開(kāi)挖施工機(jī)械2.1.1鉆孔機(jī)械長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口配置了兩臺(tái)TAMROCK三臂液壓鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行全斷面開(kāi)挖施工。在地質(zhì)條件允許的范圍內(nèi)鉆孔進(jìn)尺最大可達(dá)5.35m，相比人工開(kāi)挖循環(huán)最大進(jìn)尺3.0?3.5m，液壓鑿巖臺(tái)車(chē)每循環(huán)進(jìn)尺可達(dá)4.5?5.0m，且循環(huán)時(shí)間比人工開(kāi)挖減少1.5小時(shí)以上，大大提高了施工速度，為確保工程按期完成提供了先進(jìn)的設(shè)備保障。液壓鑿巖臺(tái)車(chē)的使用，不僅提高了施工進(jìn)度，更增加了員工作業(yè)安全系數(shù)，改善了工作環(huán)境。臺(tái)車(chē)操作人員在固定的操作平臺(tái)上操作機(jī)械，距隧道掌子面約13m的安全距離，視線開(kāi)闊，易于觀察圍巖的變化情況，加之操作平臺(tái)上設(shè)有安全頂棚，從硬件和機(jī)械的設(shè)計(jì)上增大了操作員工安全系數(shù)。相比于人工開(kāi)挖噪音大，作業(yè)環(huán)境差的缺點(diǎn)，液壓鑿巖臺(tái)車(chē)采用人性化設(shè)計(jì)，采用電力作動(dòng)力，清潔環(huán)保，極大地減少了隧道空氣污染和粉塵含量，并大大降低了噪音。鑿巖臺(tái)車(chē)電一液控制系統(tǒng)采用PLC可編輯邏輯控制，電信號(hào)通過(guò)電液比例閥控制終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由此可以使各個(gè)鉆進(jìn)參數(shù)達(dá)到最佳，從而達(dá)到快速高效精確的控制。通過(guò)長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口液壓鑿巖臺(tái)車(chē)鉆爆效果看，光爆效果明顯優(yōu)于人工手持風(fēng)鉆的操作模式，隧道殘眼保存率基本在92%以上，隧道的開(kāi)挖成型得到保證，從而達(dá)到了以質(zhì)量促進(jìn)效益的最佳效果。2.1.2出渣機(jī)械出碴作業(yè)是隧道施工的一個(gè)重要工序，直接關(guān)系著隧道的整體開(kāi)挖進(jìn)度。長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口配置了雙橋驅(qū)動(dòng)、載重量在20t以上的大型運(yùn)輸車(chē)輛12臺(tái)，購(gòu)置了廣西柳工集團(tuán)生產(chǎn)的ZL50C裝載機(jī)3臺(tái)，用以進(jìn)行出碴配套作業(yè)。從出碴機(jī)械數(shù)量、質(zhì)量上保證單循環(huán)出碴作業(yè)的順利進(jìn)行，能夠避免和減少因車(chē)輛故障影響洞碴外運(yùn)。為了保證快速出碴，要做到爆破前車(chē)輛在規(guī)定位置等待，爆破通風(fēng)后，快速進(jìn)入掌子面出碴。出碴時(shí)，采用2臺(tái)裝載機(jī)同時(shí)裝碴（第等待裝碴，裝載機(jī)始終處于工作狀態(tài)，為加快3臺(tái)備用），極大的加快了裝碴速度，12臺(tái)出洞身開(kāi)挖提供保障。碴車(chē)輛連續(xù)出碴，確保出碴時(shí)掌子面一直有車(chē)表1開(kāi)挖作業(yè)線機(jī)械配套表序號(hào)機(jī)械名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量生產(chǎn)廠家主要用途1鑿巖臺(tái)車(chē)AzeraT11S-3152芬蘭TAMROCK開(kāi)挖2裝載機(jī)ZLC50C3柳工出碴3運(yùn)輸車(chē)金王子25T4中國(guó)重汽出碴4運(yùn)輸車(chē)紅巖8重慶紅巖出碴5挖掘機(jī)SK2001神鋼爬碴2.2錨噴機(jī)械大，施工中噴頭與噴射面之間的角度能夠始終錨桿孔采用臺(tái)車(chē)鉆眼，多功能作業(yè)臺(tái)架掛保持在最佳角度。Sika-PM500PC濕噴機(jī)采用液網(wǎng)，擠壓式注漿泵注漿。噴射混凝土采用西班牙制造的Sika-PM500PC濕噴機(jī)械手，該設(shè)備可通過(guò)操作有線“遙控器”來(lái)控制噴射頭進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，噴料速度4?24m3/h，噴射頭上安裝有擺動(dòng)馬達(dá)（可240。擺動(dòng)）和回轉(zhuǎn)馬達(dá)（可360°回轉(zhuǎn)），且機(jī)械手的大臂、小臂態(tài)添加劑計(jì)量輸送裝置，能夠精確地控制速凝劑用量，噴頭安裝紅外線距離感應(yīng)器，保證了噴頭到噴射面始終控制在0.8米，有效保證了噴射混凝土質(zhì)量，減少?lài)娚浠炷粱貜椓?，混凝土的施工質(zhì)量也因此得以保證，成本也得以大幅度降低。均能通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)后靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，噴射范圍較表2錨噴支護(hù)機(jī)械配套表序號(hào)機(jī)械名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量生產(chǎn)廠家主要用途1機(jī)械噴射手PM500PC1普茨邁斯特濕噴砼2攪拌機(jī)PC7502重慶石橋攪拌砼3混凝土運(yùn)輸車(chē)8m32安徽華菱運(yùn)輸砼4注漿機(jī)GJB31國(guó)產(chǎn)錨桿注漿了自重和結(jié)構(gòu)高度，滿(mǎn)足了通行和橋下作業(yè)凈空要求，實(shí)現(xiàn)了仰拱全斷面作業(yè)。移動(dòng)就位快捷，提高了隧道仰拱混凝土的施工速度。完成一次移動(dòng)就位僅需1小時(shí)，提高了仰拱混凝土的施工速度。2.3仰拱施工機(jī)械長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口采用液壓移動(dòng)仰拱棧橋，主橋38m，支點(diǎn)間跨度23m，一個(gè)循環(huán)最大施工長(zhǎng)度20m，可橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)，施工方便。該棧橋主梁和橋面采用桁架式結(jié)構(gòu)，減少表3仰拱施工機(jī)械配套表序號(hào)機(jī)械名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量生產(chǎn)廠家主要用途1挖掘機(jī)SK2001神鋼出碴2運(yùn)輸車(chē)紅巖4重慶紅巖出碴3攪拌機(jī)PC7502重慶石橋攪拌砼4液壓移動(dòng)棧橋38m1隧道局股份公司仰拱施工5混凝土運(yùn)輸車(chē)8m34安徽華菱運(yùn)輸砼2.4二次襯砌施工機(jī)械自自建的大型自動(dòng)計(jì)量混凝土拌合站。采用4為加快二次襯砌施工進(jìn)度，長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口采用兩臺(tái)長(zhǎng)度12m全液壓整體式模板臺(tái)車(chē)用于二次襯砌施工，隧道二次襯砌所用混凝土來(lái)臺(tái)容量8m3的罐式混凝土運(yùn)輸車(chē)和2臺(tái)混凝土輸送泵進(jìn)行混凝土澆筑。同備用兩臺(tái)250千瓦發(fā)電機(jī)，以防停電。表4二襯施工機(jī)械配套表序號(hào)機(jī)械名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量生產(chǎn)廠家主要用途1液壓襯砌臺(tái)車(chē)12m2隧道局股份公司二襯2攪拌機(jī)PC7502重慶石橋攪拌砼3混凝土輸送泵HBT602國(guó)產(chǎn)二襯4混凝土運(yùn)輸車(chē)8m34安徽華菱運(yùn)輸砼2.5超前地質(zhì)鉆孔及預(yù)報(bào)設(shè)備3.1.2楔形掏槽2.5.1自行式全液壓旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆機(jī)為了準(zhǔn)確的探明隧道地質(zhì)情況，為隧道快速掘進(jìn)提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)，在長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口配置日本生產(chǎn)的RPD-150C型自行式全液壓旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆機(jī)，用以進(jìn)行超前地質(zhì)探孔，可直接取芯、現(xiàn)場(chǎng)記錄，及時(shí)準(zhǔn)確的為施工服務(wù)，以便采取不同技術(shù)措施指導(dǎo)施工生產(chǎn)。2.5.2TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用先進(jìn)的TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，能方便快捷地預(yù)報(bào)掌子面前方100?350m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，不僅可以及時(shí)地為隧道施工變更施工工藝提供依據(jù)，而且可以減少隧道施工中突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，為隧道施工提供施工更安全保障。2.5.3地質(zhì)雷達(dá)當(dāng)TSP超前探測(cè)發(fā)現(xiàn)有重大異常體地質(zhì)時(shí)，采用地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)前方約30m范圍內(nèi)的地質(zhì)預(yù)報(bào)，進(jìn)一步確定異常體的規(guī)模、性質(zhì)、危害性。泥巖、砂巖互層圍巖快速掘進(jìn)技術(shù)長(zhǎng)洪嶺隧道圍巖主要為泥巖夾砂巖、砂巖，兩者平互層。砂巖的位置、厚度、硬度變化較大，如果開(kāi)挖時(shí)鉆孔、裝藥不合理，可能造成較大的臺(tái)階狀的超挖或欠挖。開(kāi)挖成型很差，對(duì)施工安全、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度都可能造成較大的影響。3.1開(kāi)挖方法3.1.1超前探孔超前地質(zhì)鉆探作為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段中最直接、最直觀、最有效的一種預(yù)報(bào)方法，在長(zhǎng)大隧道施工中起著重要的作用。采用在拱頂部位、拱腰兩側(cè)各取一點(diǎn)作為超前探孔施作點(diǎn)，探孔深度均為5.0m。超前探孔的施作，可以超前準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出掌子面前方圍巖發(fā)育情況及各種地質(zhì)災(zāi)害，為施工安全提供了有力的保障。由于本隧道設(shè)計(jì)跨度大、凈空高，采用全斷面一次爆破開(kāi)挖，沒(méi)有大的掏槽自由面是很難實(shí)現(xiàn)的，施工人員經(jīng)過(guò)多次掏槽試驗(yàn)，最后確定采用復(fù)式楔形斜眼掏槽。第一級(jí)掏槽角控制在45°?55°，不宜過(guò)大或過(guò)小。通常情況下，掏槽眼上下排間距取50?90cm，硬巖取小值，中硬巖取中值，軟巖取大值。同一隧道橫斷面上，一對(duì)掏槽眼眼底距離通常取20?30cm。3.1.3光面爆破采用光面爆破，可以減小對(duì)圍巖的破壞，增強(qiáng)圍巖自身的承載能力，要強(qiáng)調(diào)的是，在不良地質(zhì)條件下，更要加強(qiáng)光面爆破，取得良好的爆破效果，避免出現(xiàn)圍巖冒落及塌坍現(xiàn)象，相應(yīng)就減少了出渣、支護(hù)的工程量，節(jié)約了時(shí)間。影響光面爆破的因素比較復(fù)雜，除了地質(zhì)條件、鉆孔的準(zhǔn)確性和爆破技術(shù)操作性外，還有光爆層厚度、周邊眼間距、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)以及起爆技術(shù)等。要根據(jù)圍巖地質(zhì)條件，確定合理的光面爆破參數(shù)。3.1.3.1根據(jù)圍巖特點(diǎn)合理的選擇周邊眼間距和最小抵抗線，在硬巖處必須縮小周邊眼間距，增加藥量。3.1.3.2減小二圈眼裝藥量。二圈眼距離輪廓線很近，過(guò)大的裝藥量可能使光爆層發(fā)生超爆甚至圍巖松動(dòng)，因此，減小二圈眼藥量使十分必要的。3.1.3.3采用毫秒微差有序起爆，創(chuàng)造良好的臨空面。3.2初期支護(hù)3.2.1噴射混凝土爆破后，立即對(duì)暴露面進(jìn)行初噴（素混凝土），噴層厚3cm?5cm，以盡快的速度及早對(duì)圍巖進(jìn)行封閉。待下一循環(huán)前，在施作了錨桿、鋼筋網(wǎng)片后再?gòu)?fù)噴，噴層厚度不小于12crn。3.2.2錨桿及鋼筋網(wǎng)系統(tǒng)錨桿的施作可以增加層面問(wèn)的抗剪強(qiáng)度和摩擦力，向圍巖施加徑向壓力形成承載拱，可以減少?lài)鷰r變形，提高圍巖的整體穩(wěn)定性。錨桿的鉆進(jìn)方向必須是垂直掌子面巖層面，施工中，拱部采用①22中空注漿錨桿，邊墻采用砂漿錨桿。錨桿施工后掛設(shè)①6mm鋼筋網(wǎng)片。仰拱及二次襯砌快速施工施工實(shí)踐及測(cè)量資料證明，仰拱封閉前圍巖收斂變形較大，且發(fā)展速度快，很難穩(wěn)定，而施作了仰拱后，圍巖與支護(hù)很快趨于穩(wěn)定，可見(jiàn)仰拱及時(shí)封閉是關(guān)鍵。為了加快仰拱施工速度，在原有一座液壓棧橋的基礎(chǔ)上，又增加一座16m長(zhǎng)自制移動(dòng)棧橋，通過(guò)采用上述措施，既確保了安全，又保證了進(jìn)度指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)洪嶺隧道圍巖主要為泥巖夾砂巖，但泥巖遇水易軟化，初期支護(hù)后拱頂仍有掉塊及坍塌的可能性，及時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工顯得尤為重要。二次襯砌采用整體式模板臺(tái)車(chē)襯砌，混凝土集中拌和，輸送泵輸送，泵送入模。在圍巖變形發(fā)展加快或不穩(wěn)定，出現(xiàn)安全隱患的情況下，采取襯砌緊跟的措施，以確保隧道施工安全。施工通風(fēng)搞好隧道通風(fēng)，改善作業(yè)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)隧道快速施工的必要條件。根據(jù)總體工期安排，長(zhǎng)洪嶺隧道進(jìn)口獨(dú)頭掘進(jìn)4700m，通風(fēng)質(zhì)量尤為關(guān)鍵。根據(jù)精確論證，風(fēng)機(jī)選用高風(fēng)壓、大風(fēng)量的雙級(jí)SDF(C)-No12.5型軸流風(fēng)機(jī)。通風(fēng)管采用PVC增強(qiáng)維綸面制成的柔性風(fēng)管，有優(yōu)良的阻燃的抗靜電性能，節(jié)長(zhǎng)一般在20?50m。施工中，根據(jù)通風(fēng)效果及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)數(shù)量，及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，采用低速、中速或高速，在保證施工通風(fēng)效果的前提下，達(dá)到節(jié)約用電的目的。人員安全定位系統(tǒng)為了確保施工安全，強(qiáng)化對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況的動(dòng)態(tài)控制，全面提高項(xiàng)目施工生產(chǎn)和安全管理的綜合水平，項(xiàng)目引進(jìn)電子屏顯示和系統(tǒng)安全定位系統(tǒng)。電子屏懸掛于隧道洞口上方，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握隧道內(nèi)施工的動(dòng)態(tài)情況，為隧道現(xiàn)場(chǎng)施工的辦公自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。安全定位系統(tǒng)可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)隧道內(nèi)作業(yè)人員的進(jìn)出時(shí)間，隨時(shí)反映隧道內(nèi)人員和機(jī)械的運(yùn)行情況，極大提高了安全生產(chǎn)防控能力。同時(shí)當(dāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，可以顯示作業(yè)區(qū)內(nèi)人員的數(shù)量、身份、位置等數(shù)據(jù)，為迅速展開(kāi)搶險(xiǎn)提供確切的決策依據(jù)。結(jié)束語(yǔ)運(yùn)用TSP203、地質(zhì)雷達(dá)并結(jié)合超前探孔等超前預(yù)報(bào)手段，總結(jié)出了一套針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，對(duì)指導(dǎo)隧道施工起到了重要的作用，有效的減小了地質(zhì)災(zāi)害對(duì)隧道施工的影響，確保施工安全。針對(duì)泥巖、砂巖互層，水平巖層發(fā)育等地質(zhì)特性，在施工中不斷地總結(jié)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)不斷優(yōu)化，形成了一套適合于大斷面特長(zhǎng)隧道水平巖層快速施工的工藝。通過(guò)采用液壓鑿巖臺(tái)車(chē)、混凝土濕噴機(jī)械手、液壓移動(dòng)棧橋等先進(jìn)的施工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了鐵路單線特長(zhǎng)隧道的快速掘進(jìn)，為特長(zhǎng)鐵路隧道的機(jī)械化配套施工做出了有益的探索和實(shí)踐。開(kāi)挖成形效果對(duì)隧道的初期支護(hù)及二次襯砌質(zhì)量有著直接影響，關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的效益，必須嚴(yán)抓不放。搞好文明施工，創(chuàng)造良好的施工作業(yè)環(huán)境是實(shí)現(xiàn)快速施工的前提。良好的工作環(huán)境，既能激發(fā)職工的勞動(dòng)潛力，又能提高工作效率。參考文獻(xiàn)：關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.孫鈞.地下工程設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1996。楊文淵.簡(jiǎn)明工程機(jī)械施工手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社,2001。Onthespecialtymechanicalcons