李金成

(中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510220)

0 引言

我國目前隧道施工技術已從過去的人工開挖轉(zhuǎn)變?yōu)榘霗C械施工，并逐漸向人工配合大型機械施工的方向發(fā)展。馬建云[1]結合某隧道工程，探討了機械化施工的必要性及技術應用，對比分析了傳統(tǒng)工藝與機械化施工工藝的優(yōu)缺點。李興春[2-5]等人針對隧道機械化施工配套展開了相關探討，結合實際工程案例提出了與各環(huán)節(jié)相適應的機械化施工方案，為隧道機械化施工提供了指導。吳夢軍[6-7]等人總結歸納了我國公路隧道工程中機械化施工采用的主要設備，認為隧道機械化施工的信息化、智能化、成套化和裝配化是未來的發(fā)展方向。

1 工程概況

依托工程高峰隧道進口段設計為分離式隧道，長度為2 157.5 m。單洞累計總長4 332.5 m，左右洞口中心直線間距37.71 m，左線最大縱坡為2.35%，右線最大縱坡為-2.35%，屬特長隧道。隧道所處山區(qū)為低山地貌區(qū)，區(qū)內(nèi)地面高程為56～695 m，相對高差達639 m。

2 機械化施工方案

2.1 總體施工安排

隧道開挖、支護措施按新奧法原理進行設計、施工，并采用復合式襯砌結構，錨、網(wǎng)、噴砼作為初期支護手段，在洞身輔以型鋼拱架、鋼格柵和超前小導管作為超前支護，洞口段采用長管棚作為超前支護。隧道施工具體機械化設備配置如表1所示。

表1 機械化設備配置表

2.2 洞身開挖

隧道開挖過程中各級圍巖段一次開挖進尺，V級圍巖段按1榀鋼架間距控制，IV級圍巖段按2榀鋼架間距控制；Ⅲ級圍巖正常段按 3.0m控制，Ⅲ級圍巖緊急停車帶段屬超大斷面，按2榀鋼架間距控制。開挖方法主要采用雙側(cè)壁導坑法、單側(cè)壁導坑法和三臺階預留核心土法等。

2.2.1 雙側(cè)壁導坑法

雙側(cè)壁導坑法施工，隧道左右線錯開開挖，后行洞掌子面與先行洞二襯距離不小于20 m。在隧道開挖初期，支護應伴隨開挖進程同步推進，二次襯砌則應根據(jù)隧道監(jiān)控量測結果綜合分析，根據(jù)不同監(jiān)控數(shù)據(jù)采取不同處理措施，例如根據(jù)位移速率判斷圍巖的穩(wěn)定性。具體施工方案立面圖如圖1所示。圖中阿拉伯數(shù)字表示雙側(cè)壁導坑法的開挖順序，羅馬數(shù)字表示開挖過程中支護的施工順序。

圖1 雙側(cè)壁導坑法施工立面圖

2.2.2 單側(cè)壁導坑法

對于分離式隧道段，采用單側(cè)壁導坑法施工。在施工過程中，左、右導洞上、下臺階長度一般控制在3～5 m，左、右導洞上臺階錯開距離20 m，側(cè)導洞初期支護時布置的臨時鋼拱架應在主洞初期支護鋼拱架閉合后，并且變形穩(wěn)定之后才可拆除，施工中根據(jù)圍巖監(jiān)控量測結果及時調(diào)整施工方案，如果圍巖變形較大時，增加臨時仰拱，以控制圍巖沉降和變形，確保安全。具體施工方案立面圖如圖2所示。

圖2 單側(cè)壁導坑法立面圖

2.2.3 三臺階預留核心土法

在開挖過程中采用上循環(huán)架立鋼架做超前支護，弱爆破分部開挖1部，與此同時，在隧道開挖過程中，每循環(huán)進尺一次，便分部施做隧道周邊初期支護，然后再開挖核心土并運送至洞外。首先開挖1部分，然后做1部的支護，隨后在1部后一段距離采取弱爆破，并且采取交錯開挖的方式分別開挖2和3部；在3部開挖后一段距離采取弱爆破，同樣采取左右交錯開挖的方式對4部和5部進行開挖，需要注意的是，在交錯開挖2部、3部和4部、5部過程中，開挖完畢后緊接著進行初期支護的施作，保證開挖過程中的結構穩(wěn)定；最后開挖7部，并及時做隧道的封閉初期支護。具體施工方案立面圖如圖3所示。

2.3 監(jiān)控量測

隧道施工的現(xiàn)場監(jiān)控量測是施工管理的重要組成部分，通過現(xiàn)場監(jiān)測獲得隧道圍巖在施工過程中的動態(tài)信息，為確定和修正洞身開挖初期支護參數(shù)、混凝土襯砌支護時間提供依據(jù)，為完善隧道工程設計與指導施工提供可靠的足夠的數(shù)據(jù)，能有效指導施工，預報險情，確保安全。監(jiān)控測量項目布置及監(jiān)測頻率如表2所示。

表2 現(xiàn)場監(jiān)控量測設置

3 機械化施工工效及經(jīng)濟性分析

3.1 機械化施工工效分析

機械化設備施工與傳統(tǒng)人工鉆爆法施工對比分析，優(yōu)點明顯。在隧道鉆孔速率方面，液壓鑿巖臺車與氣動鑿巖機相比較要快50%以上，整體施工進程比人工開挖快30%以上，并且可以多孔同時施工，一次可以形成多個孔，極大地減少了鉆孔時間，同時因鉆桿可迅速、準確定位，無需搭建輔助工作平臺，節(jié)約了非鉆孔時間；并且隨鉆隨裝爆破炸藥，縮短了工序銜接的時間。

根據(jù)同類工程的經(jīng)驗分析，機械化施工相關工效控制指標要根據(jù)現(xiàn)場的斷面典型施工情況進行調(diào)整。在使用相同的開挖方法情況下，在洞身開挖月進尺方面，機械化施工相較于常規(guī)人工開挖，Ⅴ級圍巖每月可多進尺30 m、Ⅲ級圍巖多進尺57 m，這說明隧道圍巖條件越好，越適合采用機械化施工。采用機械替代傳統(tǒng)人工施工，工效明顯比常規(guī)人工有優(yōu)勢。工效分析如表3和表4所示。

表3 隧道左線工效分析表

表4 隧道右線工效分析表

3.2 機械化施工經(jīng)濟性分析

機械化施工可通過智能系統(tǒng)控制濕噴過程中的下料速度，避免了人工下料過程造成大量浪費；降低噴漿機空轉(zhuǎn)率，提高噴漿機效率，比采用人工上料噴漿的效率提高了30%左右。由于施作效率的提高，機械化施工有效減少了噴漿機的電量損耗以及施工工作面內(nèi)各類輔助設備的用電量，據(jù)不完全統(tǒng)計，僅機械化濕噴一項便可節(jié)省約35%的耗電量。

在圍巖及施工環(huán)境滿足機械化施工，并且機械施工正常前提下，取1個月為周期，測算機械化施工與人工鉆爆法2種施工工藝成本，進行經(jīng)濟性對比(見表5)，每延米機械化施工降低成本1 032元，總成本降低約430萬元。

表5 機械化施工與人工法經(jīng)濟性對比

4 結語

隧道工程尤其是長大隧道的機械化施工是大勢所趨，是將來隧道施工工藝的發(fā)展方向。無論是在施工安全性、工作效率還是經(jīng)濟性方面，機械化施工有相比以往作業(yè)模式有著不可取代的絕對優(yōu)勢。本文通過對依托工程的機械化施工，從洞身的開挖、支護及施工過程中的監(jiān)控量測等方面進行技術總結，對工效及經(jīng)濟性分析，為行業(yè)同類工程提供了實際經(jīng)驗，具有一定參考價值。