機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應(yīng)用研究

宋吉偉

摘 要 經(jīng)濟的發(fā)展推動了我國交通的發(fā)展，高速鐵路隧道工程的建設(shè)量快速增加，隧道建設(shè)往往有著工程施工工期短、施工質(zhì)量要求高、施工技術(shù)要求高等特點，因此其對機械化的需求日益增強。隧道建設(shè)品質(zhì)化是未來發(fā)展必然趨勢，其中機械化更是隧道建設(shè)品質(zhì)化的首要任務(wù)與前提條件。基于此，本文主要對機械化施工配套在高速鐵路隧道施工中的應(yīng)用作具體論述，希望通過本文的分析研究，給行業(yè)內(nèi)人士以借鑒和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞 施工機械化;高速鐵路;隧道施工;應(yīng)用

1隧道施工械化配套

1.1 超前地質(zhì)預(yù)報作業(yè)機械化

隧道施工械化配套之一是超前地質(zhì)預(yù)報作業(yè)機械化。超前地質(zhì)預(yù)報工作結(jié)合地質(zhì)調(diào)查法、TSP地震波探測法、地質(zhì)雷達探測法、超前鉆孔及加深炮孔法等多種手段，在符合相關(guān)行業(yè)規(guī)范前提下，發(fā)揮各探測法優(yōu)勢，進行長短結(jié)合、相互驗證的綜合性超前地質(zhì)預(yù)報作業(yè)。超前鉆孔及加深炮孔法：主要利用全電腦三臂鑿巖臺車進行超前地質(zhì)預(yù)報，在鉆孔作業(yè)時，可以實時監(jiān)測推進速度、沖擊壓力和水流量等參數(shù)，并通過MWD軟件分析復(fù)原地質(zhì)條件。

1.2 開挖施工作業(yè)機械化

隧道施工械化配套之二是開挖施工作業(yè)機械化。隧道開挖施工作業(yè)按照鉆孔—裝炸藥—爆破—運輸出渣—排險清理有序進行。所用機械化設(shè)備為三臂鑿巖臺車、裝載機與自卸車。①三臂鑿巖臺車：具有鉆爆掘進、超前地質(zhì)鉆探、超前小導(dǎo)管施工等多種功能。每一臺車僅配備3或4人，且臺車距掌子面超過10m，易于觀察圍巖變化及施工質(zhì)量。②裝載機與自卸車：側(cè)翻（后翻）式裝載機與雙橋式自卸車合理搭配，可有效提升爆破后出渣速度。

1.3 仰拱作業(yè)機械化

隧道施工械化配套之三是仰拱作業(yè)機械化。所用機械化設(shè)備為自行式液壓帶弧模仰拱棧橋：具有液壓自行走、自帶弧模、可滿足有效施工長度24m要求，實現(xiàn)自帶止水帶定位裝置、鋼筋定位卡具，達到了仰拱與填充層分開澆筑的施工要求，并可自行振搗及收面[1]。

2基于工程特點及巖爆特征的施工方法

2.1 地質(zhì)綜合分析法

基于工程特點及巖爆特征的施工方法之一是地質(zhì)綜合分析法。地質(zhì)綜合分析法采用地質(zhì)調(diào)查、超前鉆孔、地震波探測相結(jié)合的方式對待開挖區(qū)域圍巖的地質(zhì)情況進行分析。具體步驟如下：首先，利用地質(zhì)調(diào)查法，對掌子面及附近圍巖進行地質(zhì)素描，確立揭露出的結(jié)構(gòu)面、地下水等條件;其次，利用加深炮孔的方式，分析掌子面前方3m左右未開挖區(qū)域的地質(zhì)變化情況;然后，利用地震波反射法分析掌子面前方區(qū)域是否有大型構(gòu)造、空洞、地下水等情況;最后，綜合確定該區(qū)域內(nèi)的圍巖地質(zhì)情況。預(yù)判別標準：①地質(zhì)調(diào)查法：通過地質(zhì)素描的方式，對掌子面及兩側(cè)邊墻的露頭所揭露的地質(zhì)信息進行調(diào)查。分析開挖區(qū)域的巖性、風(fēng)化程度、地下水條件及毛開挖面的穩(wěn)定性情況。利用窗口法或者測線法對露頭區(qū)域的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀進行調(diào)查。綜合判斷掌子面及兩側(cè)圍巖的質(zhì)量等級。②加深炮孔法：加深炮孔探測是利用風(fēng)鉆或鑿巖臺車等機械設(shè)備，在隧道開挖工作面鉆小孔徑淺孔獲取地質(zhì)信息的一種超前地質(zhì)探測方法。一般在掌子面布設(shè)與炮孔孔徑相同的加深孔，獲取掌子面前方6m左右待開挖區(qū)域的地質(zhì)信息。加深炮孔深度應(yīng)超過每循環(huán)進尺3m以上。通過加深炮孔的方式，從鑿巖的時間、速度、壓力，沖洗液顏色、成分，卡鉆、地下水等情況分析地質(zhì)資料，大致確定掌子面前方的不良地質(zhì)體及其規(guī)模。

2.2 潛在巖爆風(fēng)險等級確定

基于工程特點及巖爆特征的施工方法之二是潛在巖爆風(fēng)險等級確定。基于地質(zhì)綜合分析結(jié)果，結(jié)合巖石單軸抗壓強度、最大主應(yīng)力、洞壁最大切向應(yīng)力等參數(shù)，評估隧道開挖過程中潛在的巖爆風(fēng)險等級。巖爆可劃分為4個等級：輕微巖爆、中等巖爆、強烈?guī)r爆和極強巖爆[2]。

3掌子面高壓注漿工藝

3.1 注漿順序控制

掌子面高壓注漿工藝之一是注漿順序控制。首先是跳孔注漿原則注漿過程中，受前期注漿孔的影響，后期注漿孔所注入的漿液會由于注漿壓力或其他因素而發(fā)生偏流，同時注入量也會減少。在注漿施工中，采取分序跳孔注漿，可以有效地逐步實現(xiàn)約束注漿，使?jié){液注漿達到擠壓密實，促進注漿帷幕的連續(xù)性。逐序提高注漿壓力，有利于漿液擴散并提高漿液結(jié)石體的密實性。同時，后續(xù)注漿孔也是對前序孔注漿效果的檢查與評定。其次是由外側(cè)到內(nèi)側(cè)原則在注漿施工中，先對外圈孔注漿，將注漿區(qū)域圍住，然后逐步注內(nèi)圈孔，形成注漿的擠密、壓實。有效地實現(xiàn)約束注漿，更有利于提高注漿效果。

3.2 注漿參數(shù)控制

掌子面高壓注漿工藝之二是注漿參數(shù)控制。漿液的凝膠時間不但影響著漿液的擴散范圍，還影響著漿液的堵水性能。在注漿施工中，單液漿的凝膠時間原則上不宜超過8h，否則難以控制漿液的擴散范圍。對于雙液漿，漿液的凝膠時間與地層的涌水量及現(xiàn)場注漿操作人員對工藝掌握的數(shù)量程度有關(guān)。一般情況下，雙液漿凝膠時間宜控制在30s～180s。注漿漿液前期以普通水泥單液漿為主，中后期以普通水泥-水玻璃雙液漿為主，注漿過程中為有效控制注漿范圍，凝膠時間取值為25s～40s，有水孔取較小值，無水孔取較大值。

4防水板作業(yè)線

在隧道施工中，使用防水板進行鋪設(shè)，不但能減少人員使用和勞動強度，還能增加防水板鋪設(shè)的質(zhì)量和效率，在相鄰兩幅防水板中，實現(xiàn)寬度和定位的準確，符合使用要求。使用防水板鋪設(shè)機，其支撐能力需要30根油缸作為基礎(chǔ)，并能在隧道輪廓面上，快速展開防水板面并固定上，方便后期多人焊接工作。在使用時，增加鋪設(shè)速度的同時，還具有防水前進和后退的作用。

5結(jié)束語

總之，隧道采用機械化集成設(shè)備進行施工代替以往的人工施工工藝，一方面能夠大幅提高隧道工程施工技術(shù)水平，另一方面，也能解決當下施工工力緊缺危機。通過實際工程施工過程中的不斷改進，細化各工序?qū)嵤⑥D(zhuǎn)換，提高了整體機械化施工的可操作性、規(guī)范性，實現(xiàn)了隧道工程高效、環(huán)保節(jié)能，減少勞動力配給，提高施工安全性，達到了預(yù)期的理想效果，為北京城市地下空間開發(fā)規(guī)劃、設(shè)計、施工提供一定的借鑒。

參考文獻

[1] 付庭茂.隧道機械化配套施工新模式分析[J].工程技術(shù)研究，2018，（1）：37-38，130.

[2] 王志堅.高速鐵路隧道機械化修建技術(shù)創(chuàng)新與智能化建造展望——以鄭萬高速鐵路湖北段為例[J].隧道建設(shè)，2018，38（3）：339-348.