李恒鴻

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

公路隧道工程具有條件復(fù)雜、技術(shù)要求高等特點(diǎn)，要想保證施工質(zhì)量與效率，必須在施工中運(yùn)用各類機(jī)械設(shè)備，以此解決人力無(wú)法解決的問(wèn)題，從根本上保證隧道施工質(zhì)量及安全。全電腦多臂鑿巖臺(tái)車與濕噴機(jī)組是當(dāng)前公路隧道工程施工常用機(jī)械，為使其發(fā)揮出應(yīng)有的作用效果，有必要對(duì)其施工工藝進(jìn)行分析研究。

1 公路隧道全電腦多臂鑿巖臺(tái)車開挖工藝

1.1 洞身鉆孔

(1)掌子面鉆孔

①單循環(huán)鉆孔按以下工藝流程進(jìn)行：鉆孔定位→推進(jìn)梁前進(jìn)→鉆孔→根據(jù)斜率調(diào)整鉆孔功率→采用全功率開孔→終孔→清孔→推進(jìn)梁后退→對(duì)下一孔位進(jìn)行鉆進(jìn)。

②臺(tái)車施工按以下工藝流程進(jìn)行：以隧道各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)為依據(jù)借助iSure等軟件進(jìn)行鉆孔圖的編制→使鉆孔圖生成鑿巖臺(tái)車可以識(shí)別的文件，然后導(dǎo)入至臺(tái)車系統(tǒng)當(dāng)中→臺(tái)車就位→由測(cè)量人員借助全站儀對(duì)臺(tái)車上的棱鏡和開挖面之間的相對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)→由臺(tái)車的操作人員向臺(tái)車系統(tǒng)輸入測(cè)得的定位數(shù)據(jù)，然后利用臺(tái)車鉆臂按照數(shù)據(jù)開始鉆孔定位→使臺(tái)車按照設(shè)計(jì)鉆孔圖實(shí)施鉆孔→結(jié)合實(shí)際的爆破效果與收集到的各類鉆孔數(shù)據(jù)，適當(dāng)調(diào)整鉆孔圖[1]。

③整個(gè)斷面的一次循環(huán)施工按以下工藝流程進(jìn)行：做好各項(xiàng)施工準(zhǔn)備工作→確定臺(tái)車位置并組織臺(tái)車就位→采用臺(tái)車開始鉆孔→在孔中裝藥→爆破→洞內(nèi)通風(fēng)→排除危險(xiǎn)→排除鉆渣→質(zhì)量檢測(cè)→經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)合格后進(jìn)入下一循環(huán)。

(2)鉆錨桿孔

一般將掌子面上的鉆孔施工完成后對(duì)上一循環(huán)各錨桿孔進(jìn)行鉆鑿，其過(guò)程和掌子面鉆孔施工完全相同。具體的鉆鑿順序既可以在前期設(shè)計(jì)工作中確定，也可以由施工人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境自由選擇。

(3)欠挖鉆孔

對(duì)于欠挖相對(duì)較小的部位需利用鉆桿及時(shí)鑿除，而較大的則要通過(guò)爆破處理，相關(guān)技術(shù)人員要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)施鉆設(shè)，由于無(wú)設(shè)計(jì)資料可以參考，所以要加強(qiáng)和爆破人員之間的溝通交流，以保證鉆孔參數(shù)及裝藥參數(shù)的合理性。施工中應(yīng)盡可能減少或避免超欠挖，因?yàn)槌吠诒厝挥绊懝て?，并增加成本[2]。

1.2 吹渣清孔

每完成一個(gè)孔位的鉆鑿，臺(tái)車鉆臂可自動(dòng)開始清孔，而且清孔還有多種模式，如水洗、壓縮氣體沖洗與水氣組合沖洗。完成清孔后能為之后的裝藥創(chuàng)造便利條件，并能起到一定對(duì)鉆具進(jìn)行冷卻的作用。

1.3 臺(tái)車維修保養(yǎng)

每完成一個(gè)循環(huán)的鉆孔任務(wù)，都要對(duì)臺(tái)車實(shí)施一次維修保養(yǎng)，確保下一循環(huán)得以順利進(jìn)行。在維修保養(yǎng)過(guò)程中，要做好以下常規(guī)檢查工作：鉆臂檢查、推進(jìn)梁檢查、底盤檢查、操作室檢查、鉆進(jìn)液壓系統(tǒng)檢查和氣動(dòng)系統(tǒng)檢查[3]。

1.4 開挖特殊情況處理

(1)鉆孔時(shí)掉石

因掌子面經(jīng)常凹凸不平，所以鉆孔時(shí)面部圍巖因受力發(fā)生變化會(huì)越來(lái)越松散，因此作業(yè)過(guò)程中應(yīng)采取措施防止鉆孔時(shí)發(fā)生掉石導(dǎo)致鉆臂被砸傷。在鑿巖臺(tái)車的操控室中能看到掌子面實(shí)際鉆孔狀況，技術(shù)人員應(yīng)隨時(shí)對(duì)鉆臂周圍石塊是否松動(dòng)進(jìn)行觀察，一旦發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)掉落的跡象，應(yīng)立即將其清除。

(2)掌子面不平

掌子面如果不平會(huì)對(duì)整個(gè)自動(dòng)鉆孔過(guò)程造成很大影響，因鉆臂無(wú)法對(duì)路徑上存在的障礙進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，所以在鉆臂移位時(shí)應(yīng)安排人工進(jìn)行判別與輔助，避免鉆臂和掌子面上的巖石發(fā)生碰撞導(dǎo)致鉆臂損傷，進(jìn)而影響鉆臂精度。

(3)機(jī)械故障

鉆桿與鉆頭發(fā)生磨損或直接損壞，對(duì)此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在洞內(nèi)或洞外進(jìn)行維修。在更換損壞的零部件過(guò)程中，要暫停作業(yè)，以保證安全，將零部件更換完成后，恢復(fù)正常作業(yè)。

(4)涌水、塌孔

通過(guò)地質(zhì)勘查與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)明確圍巖實(shí)際狀況后，如果在施工中突然產(chǎn)生涌水與塌孔現(xiàn)象，應(yīng)立即暫停施工，撤出洞內(nèi)的機(jī)械與人員，并組織專門的技術(shù)人員進(jìn)洞，確定導(dǎo)致涌水和塌孔的原因，在確定作業(yè)環(huán)境達(dá)到安全或完成處理后再恢復(fù)施工。當(dāng)發(fā)現(xiàn)圍巖狀況相對(duì)較差時(shí)，應(yīng)通過(guò)注漿或降低水位來(lái)處理。

(5)變斷面施工

對(duì)于長(zhǎng)大隧道，經(jīng)常會(huì)在施工中布置應(yīng)急車道，這一過(guò)渡段的存在會(huì)遇到隧道截面先增大、再減小，最后恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)斷面的情況，這樣一來(lái)，會(huì)使隧道中心軸線發(fā)生移位。如果是從大斷面變?yōu)樾嗝?，則通常采取將大斷面一直施工到設(shè)計(jì)要求的位置后再破口進(jìn)入到小斷面進(jìn)行施工的方法解決；如果是從小斷面變?yōu)榇髷嗝?，則通常采用更改周邊眼外插角與裝藥量的方法處理。若隧道圍巖為硬質(zhì)巖，則可直接通過(guò)錯(cuò)臺(tái)來(lái)適應(yīng)突變。

(6)圍巖斷層

在斷層地段應(yīng)謹(jǐn)慎施工，一般需按照先墻后拱的原則進(jìn)行超前支護(hù)，采取合理有效的支護(hù)方法。在選擇施工方法時(shí)，首先考慮臺(tái)階法或核心土預(yù)留法。

2 公路隧道濕噴機(jī)組施工工藝

濕噴機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 濕噴機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

濕噴機(jī)組布料臂架主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 濕噴機(jī)組布料臂架主要技術(shù)參數(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備

噴射面處理是否到位直接影響混凝土和圍巖之間的粘結(jié)力，所以施工開始前必須做好噴射面處理，在噴射面處理過(guò)程中要充分考慮以下幾點(diǎn)：為避免受噴面產(chǎn)生裂縫或剝落，需將松散浮石清理干凈，若發(fā)現(xiàn)涌水，需做好排水；對(duì)設(shè)有金屬網(wǎng)的部位進(jìn)行可靠加固，以免影響掛網(wǎng)質(zhì)量；通過(guò)噴水將巖面上的灰塵清除干凈，為和混凝土之間的黏貼創(chuàng)造良好條件。將受噴面處理好后，由噴射施工班組把濕噴機(jī)械開至起點(diǎn)樁號(hào)，并安排輔助人員將水電線路接好，同時(shí)配合運(yùn)輸車在濕噴機(jī)中裝入混合料[4]。

2.2 濕噴機(jī)作業(yè)

(1)將濕噴機(jī)安裝到位并調(diào)試好以后，對(duì)水管路及噴射管路進(jìn)行連接，并用壓力水對(duì)受噴面進(jìn)行必要的二次沖洗。

(2)濕噴作業(yè)開始前，應(yīng)先對(duì)壁面爆破情況進(jìn)行觀察，以確定是否存在超欠挖現(xiàn)象，防止存在超欠挖未能及時(shí)處理給之后的噴射施工造成影響。

(3)混合料上料應(yīng)保持均勻和連續(xù)，確保機(jī)筒中始終處在飽滿的狀態(tài)，并在料斗口處設(shè)置篩網(wǎng)，用于剔除粒徑超出限值的骨料。

(4)噴射按照先墻后拱和從下到上的順序進(jìn)行。正式噴射前先將受噴面補(bǔ)平，并注意要有搭接，使噴射速度保持均勻；當(dāng)噴射面積較大時(shí)，需做好分段與分片，一般每3～4 m設(shè)置一段。從下部開始沿水平方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，然后不斷向上移動(dòng)，每次噴射的厚度不能超過(guò)6 cm，在有鋼拱架及鋼筋網(wǎng)分布的部位，應(yīng)先對(duì)拱架后部及鋼筋網(wǎng)部位進(jìn)行噴射，以免產(chǎn)生空洞，然后再對(duì)拱架中間部分進(jìn)行噴射。

(5)噴嘴和受噴面之間的距離應(yīng)控制在0.8～1.2 m范圍內(nèi)，在作業(yè)過(guò)程中應(yīng)確保料束和受噴面之間保持垂直。

(6)對(duì)于料束運(yùn)動(dòng)軌跡，為環(huán)形旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿水平方向移動(dòng)，每旋轉(zhuǎn)一圈需壓半圈。每圈的直徑按30 cm控制，在噴射第二行的過(guò)程中，需按照順序從第一行的起點(diǎn)以上位置開始，保證兩行之間的搭接長(zhǎng)度達(dá)到2～3 cm[5]。

(7)對(duì)于料束旋轉(zhuǎn)速度，按沒(méi)旋轉(zhuǎn)一圈消耗2 s的要求控制。

(8)對(duì)于風(fēng)壓與實(shí)際喂料量需結(jié)合具體的噴射位置確定和調(diào)整，比如，對(duì)拱部進(jìn)行噴射時(shí)，工作風(fēng)壓需控制在0.12～0.15 MPa范圍內(nèi)，喂料量需達(dá)到3 m3/h；對(duì)邊墻進(jìn)行噴射時(shí)，工作風(fēng)壓需控制在0.15～0.18 MPa范圍內(nèi)，喂料量需達(dá)到4 m3/h。

2.3 機(jī)械養(yǎng)護(hù)

在完成一個(gè)循環(huán)的施工后，都應(yīng)按照要求保養(yǎng)濕噴機(jī)，其主要任務(wù)包括對(duì)濕噴機(jī)料斗、管道、伸縮臂和車身進(jìn)行清洗，為下次作業(yè)做好準(zhǔn)備。

2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土噴射厚度相對(duì)較小，如果施工時(shí)空氣中的水分較少，則可能是噴射完成的混凝土產(chǎn)生干縮裂縫，而且由于摻入了速凝劑，會(huì)使水泥水化受到一定抑制，導(dǎo)致強(qiáng)度產(chǎn)生受到影響，所以必須安排專人做好混凝土養(yǎng)護(hù)。具體的養(yǎng)護(hù)方法為在混凝土達(dá)到終凝狀態(tài)2 h后開始灑水，確保噴射完成的混凝土在強(qiáng)度形成期間始終保持濕潤(rùn)，灑水頻率一般為3～4次/d，如果外界氣溫相對(duì)較高，則應(yīng)適當(dāng)增加灑水頻率，而養(yǎng)護(hù)持續(xù)時(shí)間通常需達(dá)到14 d以上。此外要注意，當(dāng)氣溫不足5 ℃時(shí)，不可灑水，以免發(fā)生凍結(jié)。

2.5 施工注意事項(xiàng)

(1)噴射開始前認(rèn)真檢查是否存在危石，若發(fā)現(xiàn)危石，應(yīng)及時(shí)將其清除，將噴射機(jī)布置在可靠與安全的位置，以保證施工安全。

(2)經(jīng)常性檢查噴射機(jī)的管路接頭、出料彎頭與輸料管，如果發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即處理。

(3)在拱腳處進(jìn)行堆料的過(guò)程中，需將噴頭朝向下方噴射，以確保邊墻和拱腳之間的銜接處達(dá)到密實(shí)。

(4)在曲線段進(jìn)行混凝土噴射時(shí)，相鄰的兩榀拱之間不可互為參照，以該榀拱架剛好覆蓋為準(zhǔn)。

(5)整條運(yùn)輸路線必須保持暢通，照明與電源系統(tǒng)運(yùn)行正常，使材料及時(shí)供應(yīng)，避免由于材料供應(yīng)不及時(shí)造成噴射中斷。

(6)噴射作業(yè)人員應(yīng)戴好各類防護(hù)用品。考慮到噴射作業(yè)對(duì)環(huán)境有特殊要求，所以人員上崗前應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)和交底，并在考核通過(guò)后才能允許上崗。

2.6 噴射特殊情況處理

(1)管道堵塞

噴射開始前，先將電路、風(fēng)路和水路接通，并開啟閥門逐步上升到額定壓力，然后開啟電機(jī)進(jìn)行空載運(yùn)行，經(jīng)空載運(yùn)行檢查確認(rèn)無(wú)誤后，即可開始投料。如果突然發(fā)生管道堵塞現(xiàn)象，應(yīng)立刻暫停喂料，先敲擊堵塞處，初步散開物料，再用空壓機(jī)將管道吹通。

(2)供料間斷

如果供料間斷的時(shí)間達(dá)到1 h以上，則需將輸料管中殘留的混凝土全部噴出，然后停機(jī)，需要注意的是，在關(guān)閉電動(dòng)機(jī)之前，應(yīng)先暫停加料，最后停止送氣。

(3)供料過(guò)量

如果實(shí)際的混凝土供給情況導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)等待卸料的車輛數(shù)量達(dá)到兩臺(tái)以上，則要在使用這部分混凝土之前對(duì)其坍落度進(jìn)行二次檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)滿足施工要求后才能用于施工，未經(jīng)檢驗(yàn)與檢驗(yàn)結(jié)果不合格時(shí)，均不可在施工中使用。此外還要對(duì)材料供應(yīng)予以科學(xué)的配合，盡量避免供料過(guò)量現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)停電

因該設(shè)備采用雙驅(qū)動(dòng)力，所以一旦停電，可立即改用柴油機(jī)提供動(dòng)力，對(duì)剩余的混合料進(jìn)行噴射，此時(shí)應(yīng)對(duì)材料供應(yīng)組織進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)驅(qū)動(dòng)力形式的改變。

(5)作業(yè)面轉(zhuǎn)移

將已經(jīng)卸入到料斗的混凝土盡量在下次轉(zhuǎn)移之前完成噴射，在下一作業(yè)面噴射開始后再恢復(fù)正常投料，防止由于作業(yè)面轉(zhuǎn)移使材料自身性能產(chǎn)生變化。

2.7 濕噴機(jī)優(yōu)勢(shì)

(1)濕噴機(jī)支持無(wú)線遙控，施工面不需要有作業(yè)人員，可大幅提高作業(yè)安全性，一般情況下兩名技術(shù)人員就能完成作業(yè)；而傳統(tǒng)噴射施工需要有人工手持噴頭進(jìn)行噴射，一般需要9人左右才能完成作業(yè)，而且還需要搭設(shè)拱架，人員和噴射面之間的距離很近，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

(2)采用濕噴機(jī)作業(yè)時(shí)，材料可以在洞外集中拌制，施工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生高濃度粉塵，而采用傳統(tǒng)方式施工時(shí)，混凝土需在現(xiàn)場(chǎng)拌制，會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。

(3)濕噴機(jī)的作業(yè)效率一般不低于20 m3/h，而傳統(tǒng)噴射方法只有5～7 m3/h。

(4)由于濕噴機(jī)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)材料集中拌制，所以對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的控制更加精準(zhǔn)，能更好的保證噴射施工質(zhì)量。而采用人工進(jìn)行噴射時(shí)大多時(shí)候都依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行材料調(diào)配，很難保證材料的質(zhì)量與強(qiáng)度。

(5)采用濕噴機(jī)施工時(shí)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的控制比較精確，能有效減少回彈，一般地段的混凝土回彈率不超過(guò)14%，鋼拱架處的混凝土回彈率也不超過(guò)16%。而采用傳統(tǒng)方法施工時(shí)，回彈率普遍不低于20%，個(gè)別部位甚至可以達(dá)到30%左右，造成材料浪費(fèi)，使施工成本明顯增加。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械化施工是當(dāng)前公路隧道施工的主流趨勢(shì)，全電腦多臂鑿巖臺(tái)車和濕噴機(jī)組就是在鉆孔與支護(hù)施工中使用的現(xiàn)代化機(jī)械，通過(guò)對(duì)這些機(jī)械的應(yīng)用，可以在保證質(zhì)量的前提下，加快施工效率，減少人力投入，保證施工安全，具有極大的應(yīng)用和推廣價(jià)值。