羅雨

（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司 山西太原 030032）

1 工程概況

高坡隧道全長7939m，隧道最大埋深約445m，為高瓦斯隧道，采用“2橫洞+主副斜井+洞身平導(dǎo)+1通風(fēng)豎井”輔助坑道方案組織施工，平導(dǎo)位于正洞右側(cè)，長4928.54m。DK342+060～DK343+169段穿越二疊系龍?zhí)督M（P2l）煤系地層，長1109m，該段因處于煤系地層背斜核部巖層緩傾、巖質(zhì)軟弱、受構(gòu)造、洞群效應(yīng)等因素影響發(fā)生軟巖大變形，部分段落遭到了嚴(yán)重的變形破壞：出現(xiàn)初支掉塊、鋼架扭曲變形、仰拱矮邊墻開裂、襯砌掉塊及鋼筋彎曲、隧底隆起等現(xiàn)象。為了保證隧道結(jié)構(gòu)和施工安全，保證二次村砌的設(shè)計厚度，須對軟巖大變形段初支進(jìn)行拆除和圍巖擴(kuò)挖，同時施工滿足安全要求的新支護(hù)結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計單位提出的雙層支護(hù)、圓形襯砌等綜合處理措施進(jìn)行施作。

2 主要施工工序

隧道全斷面長段落拆換施工工序較多，主要工序如圖1所示。除二次襯砌有較成熟的機(jī)械設(shè)備外，包括支護(hù)拆除支護(hù)恢復(fù)仰拱施工都面臨大斷面的高空作業(yè)。配備能包括掘進(jìn)，拱架調(diào)整與安裝噴錨作業(yè)的作業(yè)臺架，對施工質(zhì)量進(jìn)度和安全有強(qiáng)力的保證。

3 主要機(jī)械設(shè)備

3.1 初期拆除與拱架自動安裝臺架

利用既有二襯臺車拆除下來的桁架，打設(shè)一臺6m高5m長左右的拆換臺架。臺架安裝液壓行走系統(tǒng)，從徐工集團(tuán)訂購液壓系統(tǒng)作為鋼拱架安裝時鋼架起吊、縱向調(diào)整、橫向調(diào)整系統(tǒng)。整個臺架用于拱部120°鋼架安裝（鋼拱架預(yù)先在地面拼裝），配合8T自行式吊車安裝邊墻拱架。一次性將除仰拱拱架外所有拱架安裝到位。

圖2

3.2 自進(jìn)式長錨桿施工設(shè)備

因高坡隧道煤系地層軟弱，拆換施工后設(shè)計φ32自進(jìn)式錨桿，拱部錨桿長度12m/根；邊墻錨桿8m/根，布設(shè)間距為：1.2m×1.2m（環(huán)×縱）。經(jīng)過市場調(diào)研與參觀，決定采用鐵建重工全電腦三臂鑿巖臺車施作錨桿。將鑿巖臺車其中的兩個工作臂沖擊器釬尾部分跟換為適合施工φ32錨桿的釬尾，另外一個工作臂安裝掛籃和工作平臺一起用于結(jié)長錨桿的施工平臺。經(jīng)過半個月推進(jìn)壓力推進(jìn)速度的調(diào)整，一臺鑿巖臺車24h內(nèi)能完成90根左右的錨桿施工。比潛孔鉆施工長錨桿功效提高3倍左右。但鑿巖臺車直接施工錨桿時，因人工操作等其他原因，會導(dǎo)致部分錨桿彎曲而不再適用于鑿巖臺車施工。這時彎曲的錨桿大概校正后安裝在潛孔鉆機(jī)孔內(nèi)，便于充分利用現(xiàn)場施工材料。所以在施工長錨桿的過程中，鑿巖臺車和潛孔鉆機(jī)都必須配備，錨桿施工主要以臺車為主，潛孔鉆機(jī)作為必須的輔助設(shè)備。

圖3 鑿巖臺車施工錨桿

3.3 仰拱拱架施工設(shè)備

拆換施工用的初期支護(hù)型材為200H鋼，每米重量為50kg，每榀鋼架重量為200kg仰拱全環(huán)重量為1000kg。無法用人工完成拱架的安裝。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，利用隧道頂部初支拱架焊接一道龍門吊的走行梁，只利用龍門吊橫梁上的起重吊機(jī)作為仰拱拱架安裝時的主要起重設(shè)備，配合人工完成拱架間距、中線方向、里程方向的調(diào)整。這種施工方式設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，方便修理。需要注意設(shè)備配置時按3倍最大起吊重量配置起重吊機(jī)，走行梁的線性、焊接點(diǎn)密度和焊接質(zhì)量也是該設(shè)備的關(guān)注重點(diǎn)，吊機(jī)必須經(jīng)過驗(yàn)收合格后批準(zhǔn)使用。

3.4 襯砌鋼筋初支拱架切割設(shè)備

隧道原有的初期支護(hù)和二襯拆除時，現(xiàn)場存在很多廢舊鋼材雜亂無章的掛在作業(yè)面上。我項(xiàng)目部剛開始施工時，采用搭設(shè)作業(yè)臺架人工氧氣焊切割的方式處理廢舊鋼材。工序繁多投入的人力資源也不少但作業(yè)時間還長同時高空作業(yè)還存在一定的施工安全風(fēng)險。經(jīng)過市場調(diào)研與考察。將一臺CAT324D挖掘機(jī)進(jìn)行改裝，將挖斗部分用360°可旋轉(zhuǎn)的液壓鉗替換。在掌子面和二襯爆破后，該設(shè)備能夠安全快速的完成掌子面清理，為出碴提供施工條件。

3.5 濕噴機(jī)械設(shè)備

拆換段為穿越煤層軟巖地段，凈空較普通隧道大。拆換施工和普通掌子面開挖不一樣沒有臺階。這種方式很適合CHP25B大型濕噴機(jī)機(jī)作業(yè)。項(xiàng)目部采用車載一體式濕噴機(jī)，由洞內(nèi)空壓機(jī)提供作業(yè)所需要的動力，混凝土運(yùn)輸罐車提供所需要的噴射混凝土，快速做到拱架拼裝完成后的噴射混凝土作業(yè)。避免噴射時間過長引起局部掉塊或塌方。

3.6 仰拱長錨桿施工設(shè)備

鐵建重工全電腦三臂錨桿臺車是利用壓水出碴的方式，在仰拱施工中易造成大面積的積水。對仰拱底部和四周圍巖造成軟化產(chǎn)生坍塌的風(fēng)險。將潛孔鉆的一套鉆孔設(shè)備改裝到挖掘機(jī)上，能解決積水問題。同時因挖掘機(jī)自身高度和靈活性，也能解決高處施工錨桿和鉆孔角度的問題。

3.7 圍巖擴(kuò)挖和局部欠挖處理設(shè)備

拆換施工圍巖擴(kuò)挖面積比正常開挖面積小，同時該隧道處于水平軟弱圍巖地層。如果利用爆破進(jìn)行開挖，易造成大面積的超挖現(xiàn)象。在保證不欠挖的前提下，從節(jié)約成本的角度出發(fā)，機(jī)械開挖作業(yè)方式是最好的選擇。

圖4 主要開挖設(shè)備

圖5 局部欠挖處理設(shè)備

4 設(shè)備使用效果總結(jié)

經(jīng)過4個月左右的設(shè)備使用情況，高速鐵路隧道全斷面初支和二襯拆換是一個施工安全風(fēng)險較大、工期時間較長、投入資源較多的復(fù)雜工程。要克服工期風(fēng)險，考慮投入成型的機(jī)械設(shè)備和自行研發(fā)項(xiàng)目適用的機(jī)械設(shè)備是替代人工作業(yè)的關(guān)鍵因素。目前國內(nèi)人工成本高作業(yè)效率低下，使用大量機(jī)械設(shè)備是隧道施工的發(fā)展方向，隧道施工機(jī)械化現(xiàn)代化是減少施工安全風(fēng)險、提高作業(yè)效率、減少施工成本、創(chuàng)造利潤的首選。