孟慶龍

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 青島 266000）

1 山嶺隧道鉆爆法施工技術(shù)概述

由于我國領(lǐng)土內(nèi)山脈比較多，所以隧道建設(shè)工程的數(shù)量也比較多。隧道選址要求堅固性強、穩(wěn)定度高，所以通常設(shè)置在巖體深處地層中，且該位置還應(yīng)當(dāng)滿足圍巖負(fù)荷小、坑道穩(wěn)固、沒有偏壓受力等要求。在這種區(qū)域建設(shè)隧道的優(yōu)勢是安全性高，并不需要太過復(fù)雜的支護(hù)體系[1]。當(dāng)前，山嶺隧道應(yīng)用最為廣泛的施工方式有隧道掘進(jìn)機施工法與鉆爆法兩種。其中前者主要適用于地下通道工程挖掘?qū)Ｓ檬┕ぴO(shè)備，其挖掘速度快、安全性能高、經(jīng)濟(jì)實用，且不會危害生態(tài)環(huán)境。而鉆爆法則是借助鉆孔、裝藥、爆破等形式對巖石進(jìn)行挖掘，其具備地質(zhì)條件適應(yīng)性強、開挖費用少，最適用較為堅硬的巖石隧道、破碎巖石隧道或者多個短隧道工程的施工，且兩者對比，鉆爆法的優(yōu)勢更為明顯，比如：適用范圍寬泛、設(shè)備投資少、施工準(zhǔn)備時間短、遇到地質(zhì)條件變動可以及時修改施工方案等。這也是鉆爆法在山嶺隧道施工中得到廣泛應(yīng)用的主要原因。

2 山嶺隧道鉆爆法施工機械設(shè)備配套簡介

2.1 硬巖掘進(jìn)機（TBM）

硬巖掘進(jìn)機主要包含三種結(jié)構(gòu)形式，分別是為開敞式硬巖掘進(jìn)機、單護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機、雙護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機。

2.1.1 開敞式硬巖掘進(jìn)機

最為經(jīng)典的機型是德國Wirth公司的雙排支撐靴結(jié)構(gòu)方式與美國Robbins公司的單排支撐靴結(jié)構(gòu)方式兩種，適應(yīng)用于難坍塌巖石隧道或者穩(wěn)定性較強的地層隧道中。需要注意的是，在實際掘進(jìn)過程中遇到破碎地層時，應(yīng)當(dāng)在護(hù)盾之后即刻予以噴錨支護(hù)，山嶺隧道最終的支護(hù)形式為混凝土襯砌。

2.1.2 單護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機

跟開敞式硬巖掘進(jìn)機相比，單護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機帶有較為系統(tǒng)的圓形護(hù)盾，推進(jìn)時主要憑借推進(jìn)缸在組拼完畢的管片上得到支反力。但是單護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機的缺陷是管片安裝和掘進(jìn)操作無法在相同時間內(nèi)進(jìn)行，且施工速度比較慢，所以對其的運用偏少。

2.1.3 雙護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機

該設(shè)備的掘進(jìn)原理跟單護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機一致，只是配置略有不同，雙護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機前后各有一個護(hù)盾，且兩個護(hù)盾之間帶有伸縮護(hù)盾，而后護(hù)盾部位安裝了一套支撐靴。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較惡劣時，會選擇雙單護(hù)盾形式予以推進(jìn)。

2.2 鑿巖設(shè)備

鑿巖設(shè)備是山嶺隧道鉆爆法施工中的龍頭設(shè)備，其配置是否科學(xué)、合理、規(guī)范對山嶺隧道工程的施工進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)[2]。比較常見的鑿巖設(shè)備有以下三種：

2.2.1 液壓鑿巖機

對液壓鑿巖機而言，液壓馬達(dá)是提供動力的主要部件，但是該設(shè)備只能在臺車上應(yīng)用。其中液壓鑿巖臺車根據(jù)結(jié)構(gòu)形式差異可分為實腹式與門架式，根據(jù)行走方法不同分為軌形式、輪胎式以及履帶式。其中門架式液壓鑿巖臺車的腹部能夠為運送碴的車輛提供通行道路，大大提升了山嶺隧道中橫斷面空間的利用率，且每個施工程序所應(yīng)用的設(shè)備都具備一定獨立性，該設(shè)備在單線鐵路隧道中的應(yīng)用最為廣泛。液壓鑿巖臺車在開挖環(huán)節(jié)與鉆孔環(huán)節(jié)的工作效率比較高，且工人勞動強度不大，勞動環(huán)境較好，但是其前期投資相對而言較大。

2.2.2 多功能開挖臺架

早在1990年，我國隧道施工企業(yè)就已經(jīng)研發(fā)出風(fēng)鉆多功能臺架配套法，主要是其能夠節(jié)省成本，其優(yōu)勢眾多，比如：制作簡單、成本造價低、容易推廣；具備較強的靈活性，適用范圍比較廣；應(yīng)用成本極低，同時對全斷面大楔形斜眼掏槽爆破技術(shù)的運用有很大幫助，爆破質(zhì)量優(yōu)良，施工速度快，而且有基本保障；與我國國情十分相符，即勞動資源充足且廉價。此配套形式在某個時間段憑借其自身諸多優(yōu)勢得到了有效應(yīng)用，然而其也存在較多問題，如科技含量過低、施工人員勞動強度較大、勞動環(huán)境條件惡劣，比如作業(yè)面窄小、粉塵多、噪音大，對施工人員的身體健康帶來了極大的隱患，因此無法充分滿足當(dāng)下新時代的發(fā)展需求等。

2.2.3 手持液壓鉆及液壓站

手持液壓鑿巖機主要是依靠液壓油提供動力，主要是因為液壓油耗費量小、能源利用率高。跟其他鑿巖機相比，液壓鑿巖機所耗費的動能只是1/3移動空壓機能耗～1/4固定空壓機能耗，而且液壓鑿巖機還具備工作效率高、不污染環(huán)境、噪音低等優(yōu)點。但是，液壓鑿巖機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，這對后期的維修工作帶來了極大的困難，同時也對維修工作人員提出了嚴(yán)格要求。

2.3 運輸方式

隧道運輸一共包含3種方法，分別是無軌運輸、有軌運輸和皮帶運輸。其中前兩種運輸方式應(yīng)用比較廣泛，皮帶運輸則是極少在隧道工程中應(yīng)用，因此此處不對其進(jìn)行過多闡述。

2.3.1 無軌運輸

該方式的主要輸送工具是自卸車輛，經(jīng)常在大斷面隧道以及短距離隧道中應(yīng)用。主要優(yōu)勢為機動靈活，棄碴時能夠一次運送到棄碴場所，不用二次倒運。不足是其所生成的廢氣、噪音容易對環(huán)境造成危害，尤其是長距離隧道施工階段，通風(fēng)無法解決，直接致使隧道底部嚴(yán)重受損，輪胎損耗也比較大，這在小斷面隧道工程中極易受到制約。

2.3.2 有軌運輸

在隧道中鋪裝軌道，通過電瓶車設(shè)備牽引碴車與進(jìn)料車予以運輸。優(yōu)勢為不會產(chǎn)生廢氣、噪音等污染，施工通風(fēng)也十分簡單，不會傷害隧底，比較適合在長大隧道與小斷面隧道施工中運用。缺陷為機動性能差、一次性投入較大、施工管理難度較高，如果棄碴場地距離比較遠(yuǎn)，還需要在洞外設(shè)置二次棄碴倒運站。

通過上述對無軌運輸和有軌運輸兩種方式的對比分析，建議：如果該山嶺隧道為獨頭掘進(jìn)且不超過1 000 m的短距離隧道，同時斷面條件符合，那么應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選取無軌運輸形式；如果該山嶺隧道為獨頭掘進(jìn)且超過1 000 m的長距離隧道，那么應(yīng)當(dāng)有限選取有軌運輸方式。

2.4 支護(hù)襯砌設(shè)備

2.4.1 初期支護(hù)設(shè)備

在山嶺隧道施工準(zhǔn)備階段，應(yīng)對噴射混凝土、錨桿、掛網(wǎng)以及鋼拱架予以有效應(yīng)用，組成臨時性的支護(hù)體系。其中混凝土噴射機分為干噴和濕噴兩種，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同又分為活塞式混凝土噴射機和轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機。兩者對比，轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機構(gòu)造簡單、成本偏低，而活塞式混凝土噴射機則是濕噴時多采用，并且噴射效果極佳，還可以在鋼纖維噴射中予以應(yīng)用，但是成本比較高。

2.4.2 二次支護(hù)設(shè)備

在山嶺隧道施工環(huán)節(jié)，二次支護(hù)主要采用混凝土砌筑，混凝土澆筑襯砌所選取的機械設(shè)備，按施工技藝不同，配置形式眾多，較為常用的有混凝土拌合站、混凝土輸送車輛、混凝土輸送泵、襯砌模板臺車等。

3 山嶺隧道機械配套中需要注意的問題

3.1 提升操作人員、維修人員以及管理人員的素養(yǎng)

山嶺隧道施工效率的高低不但跟其機械化施工的程度以及配套機械設(shè)備的生產(chǎn)效能有很大關(guān)系，而且還與配套設(shè)備的養(yǎng)護(hù)管理有很大關(guān)系[3]。對此，應(yīng)當(dāng)注重并培養(yǎng)操作人員、維修人員、管理人員的道德素養(yǎng)與專業(yè)技能，讓施工更加科學(xué)、合理、規(guī)范，讓設(shè)備得到良好保養(yǎng)，減少維修頻次，同時也能夠讓維修效果得到顯著提升，借此避免設(shè)備因故障而出現(xiàn)停機的情況，為隧道施工的順利、穩(wěn)定、安全進(jìn)行奠定良好基礎(chǔ)。

3.2 準(zhǔn)備充足配件

在山嶺隧道工程中，為了使零配件和整機的使用期限匹配，需要對配件更加妥善有效地管理，加強預(yù)見性，同時預(yù)備好充足的配件量。

3.3 優(yōu)化洞內(nèi)調(diào)車軌線布置

為有效處理施工器械設(shè)備和土木專業(yè)技術(shù)的配套銜接不嚴(yán)密等問題，當(dāng)有軌運輸大型器械設(shè)備進(jìn)入隧道時，應(yīng)鋪裝科學(xué)合理的中、重型運輸軌道，并對洞中調(diào)車軌線的布局予以改善優(yōu)化，該措施可大幅度減少會車、調(diào)車的時間。

3.4 將隧道中通風(fēng)防塵與防排水機械納入機械化配套中

在山嶺隧道施工環(huán)節(jié)，有軌運輸往往會產(chǎn)生較多有毒有害氣體和粉塵等污染物，不僅對周圍生態(tài)環(huán)境帶來了極大的危害，同時對施工人員的身體健康也有很大威脅，主要污染源是爆破操作所產(chǎn)生的有害氣體，以及噴射混凝土操作所產(chǎn)生的粉塵。對此，應(yīng)當(dāng)在山嶺隧道機械化施工配套中加入通風(fēng)設(shè)施和防排水機械，以此減少對工人的傷害。

3.5 合理調(diào)整三條作業(yè)線的施工順序與間距

結(jié)合山嶺隧道實際施工進(jìn)度和現(xiàn)場情況對三條作業(yè)線的工序、間距進(jìn)行科學(xué)有效的調(diào)整，盡量避免在施工過程中出現(xiàn)沖突或碰撞。此外，對于無平導(dǎo)獨頭施工、掘進(jìn)工作面挖掘和仰拱檢底平行操作等問題，采取規(guī)范合理的措施予以解決處理。

3.6 機械選擇

山嶺隧道施工在選擇需要用到的機械時，不僅要跟合同中所提出的要求相符，還要對其成本、生產(chǎn)效能以及技術(shù)工藝方面的條件予以全面考慮。比如購置成本、利用率、運行效率以及其他消耗和施工周期要求等；技術(shù)則主要是指工作量、靈活性、耐用性、可操作性以及維修是否容易等。除此之外，在對山嶺隧道施工機械設(shè)備的配套進(jìn)行選型時，應(yīng)當(dāng)將機械完成配套之后的綜合能力為核心，讓這些單機的機械能力和生產(chǎn)能力達(dá)到平衡，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)且合理的目標(biāo)。同時也要對機械的安全性能予以考慮。

4 結(jié)語

對山嶺隧道而言，其工裝配備并不是以先進(jìn)為主，最重要還是配套的合理性，即社會環(huán)境、施工安全、技術(shù)條件以及投入成本等。所以我們更應(yīng)該根據(jù)施工的地質(zhì)條件，研究開發(fā)適合本工程的工裝設(shè)備。