山區(qū)高速公路隧道項目的機械化施工技術(shù)探討

陳創(chuàng)

摘要 山區(qū)高速公路隧道項目在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工難度比較大，文章以某高速山嶺隧道施工為例，對復(fù)雜地質(zhì)條件下山區(qū)隧道項目施工工藝進(jìn)行了總結(jié)，具體包括施工準(zhǔn)備工作、超前地質(zhì)預(yù)報、隧道開挖、初期支護(hù)、仰拱、二次襯砌和電纜溝槽施工這七大關(guān)鍵工序的機械化施工技術(shù)要點?；谝酝椖康膶嵺`經(jīng)驗，期望能為后續(xù)復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工，提供技術(shù)參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 山區(qū)公路隧道項目；復(fù)雜地質(zhì)條件；機械化施工；施工技術(shù)要點

中圖分類號 U455.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0076-03

0 引言

山地、丘陵地區(qū)機械化施工水平提高，對改善高速公路隧道項目施工效率有積極作用，也是促進(jìn)隧道工程技術(shù)創(chuàng)新的有效措施。現(xiàn)階段，國內(nèi)學(xué)者對山嶺隧道機械化施工方案及其配套技術(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示智能化水平低、協(xié)同作業(yè)難度大、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備缺失是影響山嶺隧道施工效率提升的重要因素。該文基于某高速山嶺隧道項目施工實例，對復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道機械化施工工藝應(yīng)用策略進(jìn)行了分析，為提高隧道機械施工效率奠定了基礎(chǔ)。

1 工程概況

某高速公路項目位于山嶺重丘區(qū)，項目全長18 km，為雙向4車道設(shè)計，荷載為公路I級，最高時速100 km/h，路基長度4 km，路基寬度26 m，橋梁13座，橋隧比72%，項目海拔600～1 000 m，所在區(qū)域山地較多，為侵蝕剝蝕地貌單元。隧道穿越砂巖、砂質(zhì)泥巖等，基巖暴露，土層稀薄，工程地質(zhì)條件差，抗風(fēng)化能力強，力學(xué)指標(biāo)不佳。設(shè)計院實地勘測結(jié)果顯示，工程所在區(qū)域有地質(zhì)構(gòu)造破碎帶。施工區(qū)域降雨明顯，夏季雨水充分，秋冬季雨水少，大氣降水為主要水流補給來源，多存于土層孔隙或基巖節(jié)理內(nèi)，隧道內(nèi)地下水儲量豐富，易發(fā)生突水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害。隧道全長3.8 km，坡長3 km。隧道通風(fēng)條件差，地下水豐富，施工安全風(fēng)險高，項目建設(shè)工期36個月，地質(zhì)構(gòu)造破碎帶存在增加了施工難度。

2 隧道施工準(zhǔn)備工作

隧道施工前需做好準(zhǔn)備工作，其要點如下：

2.1 施工場地準(zhǔn)備

拌合場地合理布局，場地面積、料倉數(shù)量需滿足實際需求，科學(xué)布設(shè)功能區(qū)，滿足生產(chǎn)基本需求，標(biāo)識牌齊全且分類明確，各類生產(chǎn)材料整齊擺放、規(guī)范有序，合理布設(shè)排水系統(tǒng)。采用集中拌和混凝土方案，加強信息化管理提高數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性。

2.2 施工設(shè)施準(zhǔn)備

以南方路機SL3系列干式整形高品質(zhì)制砂設(shè)備施工，日產(chǎn)1 600 t，提高了施工環(huán)保性能，工程智能化水平明顯提升。合理應(yīng)用砂石污水智能壓濾器與砂石分離機，有效分離砂石并控制污水，凈化后重復(fù)使用，提高了環(huán)保效益，實現(xiàn)了零污染物排放，符合資源回收和綠色發(fā)展理念[1]。

2.3 施工現(xiàn)場管理

科學(xué)統(tǒng)籌隧道洞口布局，確保各功能區(qū)分布符合規(guī)范，清晰布設(shè)交通運輸路線導(dǎo)流，統(tǒng)一放置引導(dǎo)牌，科學(xué)調(diào)整應(yīng)急物資庫、監(jiān)控室、值班室、員工通道、作業(yè)人員顯示屏等設(shè)備，采取人車分流雙向管理，認(rèn)真落實九牌一圖方案，做好施工現(xiàn)場監(jiān)管。

2.4 通風(fēng)設(shè)施要求

（1）射流風(fēng)機需與洞口保持30 m以上間距，施工區(qū)域內(nèi)合理布設(shè)警示標(biāo)識牌，以黃黑色彩合理搭配，采用型鋼支架進(jìn)行安裝。

（2）管線布設(shè)需順直，整齊，統(tǒng)一布設(shè)風(fēng)水管并清晰標(biāo)識。

（3）高壓風(fēng)管布設(shè)距離需大于30 m，利用分風(fēng)器將高壓軟風(fēng)管連接，線路以三相五線系統(tǒng)連接。

（4）空壓機組的功率，應(yīng)當(dāng)滿足項目設(shè)計的要求和施工參數(shù)。

（5）隧道口附近選擇合適的位置建設(shè)空壓機房，風(fēng)機風(fēng)量、風(fēng)壓等須符合設(shè)計規(guī)范。

2.5 隧道開挖注意事項

（1）隧道開挖施工前需制定完善的方案，進(jìn)洞科學(xué)設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，并以零開挖理念施工，以減少項目操作對山體產(chǎn)生的破壞。

（2）堅持綠色理念和環(huán)保意識，減少植被砍伐，恢復(fù)區(qū)域生態(tài)并保護(hù)自然環(huán)境。

（3）隧道洞口圍巖不具備施工條件的情況下，應(yīng)當(dāng)對施工順序進(jìn)行調(diào)整，按照“先明洞后暗洞”的順序進(jìn)行施工[2]。

2.6 隧道施工期洞口管理

（1）按照項目設(shè)計規(guī)范進(jìn)行隧道洞口建設(shè)，采用門禁系統(tǒng)嚴(yán)格控制人員出入，加強對隧道洞口環(huán)境的監(jiān)控。

（2）應(yīng)用警報系統(tǒng)并實行人車分流，提高信息化水平，加強現(xiàn)場管理。

（3）設(shè)置值班室并成立值班管理小組，對人員和車輛的進(jìn)出嚴(yán)格控制，于洞口位置設(shè)置醒目標(biāo)識，確保隧道內(nèi)相關(guān)工作順利進(jìn)行。

（4）設(shè)置洞口應(yīng)急物資庫并配備照明設(shè)備和生產(chǎn)防護(hù)用品。

（5）隧道起爆前發(fā)出安全警告，確保人員處于安全范圍后方可操作，解除警報前所有工程施工人員不得進(jìn)入洞內(nèi)，并安裝警示燈進(jìn)行提示。

3 機械化施工工藝

隧道施工階段，不斷探索并創(chuàng)新施工方法，借助隧道施工大型機械化配套和信息技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，實現(xiàn)軟硬兼顧，為智能化隧道建設(shè)創(chuàng)造條件[3]。該隧道施工明顯節(jié)約了人力成本，且提高了施工安全系數(shù)，確保項目施工質(zhì)量，此隧道項目機械化施工，工藝要點如下：

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報

采取物探與鉆探相結(jié)合、掘進(jìn)區(qū)間長距離與短距離相結(jié)合的方案驗證，實施中堅持超前預(yù)報、物探先于鉆探的方案，并合理應(yīng)用物探法、超前導(dǎo)坑預(yù)報法、超前鉆探法、地質(zhì)調(diào)查法等技術(shù)，超前地質(zhì)預(yù)報方法如圖1所示。

隧道項目施工前，借助地震波反射法與超前地質(zhì)預(yù)報法有機結(jié)合，了解特定范圍內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)面變化情況，判斷施工區(qū)域地質(zhì)斷層、巖性界面、空洞等分布狀態(tài)，基于地質(zhì)雷達(dá)法獲得不同介質(zhì)位置，同時利用鉆神ZML-160型多功能地質(zhì)鉆機進(jìn)行物探，提高探測結(jié)果的同時準(zhǔn)確評估施工區(qū)域地質(zhì)和水文條件，為項目工程的順利實施奠定基礎(chǔ)，以降低事故風(fēng)險[4]。

3.2 隧道開挖

該隧道Ⅲ級圍巖采用全斷面法和兩臺階法施工，Ⅳ級圍巖采用兩臺階法施工，Ⅴ級圍巖采用三臺階法和環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工。選用全斷面法施工時，鑿巖鉆孔施工設(shè)備選用BoomerXL3D型全液壓三臂鑿巖臺車，整車作業(yè)高度7 m，作業(yè)長度17 m，裝機半徑45 m，裝機總功率293 kW。與傳統(tǒng)施工方案相比，該機械設(shè)備的應(yīng)用提高了施工作業(yè)效率，用電量明顯減少，綜合效率顯著提升[5]。4.5 m炮眼操作時間僅為2 min，傳統(tǒng)操作則需要15 min，鉆孔工序控制在2.5 h以內(nèi)，相比于傳統(tǒng)手風(fēng)鉆施工節(jié)約了1 h。

隧道斷面開挖及初期支護(hù)過程中，采用三維激光掃描儀驗收，根據(jù)施工方案制定驗收臺賬管控，避免出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象；嚴(yán)格控制施工參數(shù)和工序進(jìn)展，避免混凝土浪費；充分利用儀器設(shè)備進(jìn)行掃描，妥善處理欠挖部分，并確保二次襯砌施工達(dá)標(biāo)。

3.3 初期支護(hù)

隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)與開挖作業(yè)相協(xié)調(diào)，支護(hù)后及時撐緊掌子面，采取輔助方案為開挖提供便利。軟弱圍巖或穩(wěn)定性差區(qū)域施工，需堅持早封閉、勤測量、強支護(hù)、短進(jìn)尺的基本作業(yè)原則。施工過程中對測量結(jié)果嚴(yán)密觀測，并結(jié)合施工現(xiàn)場情況進(jìn)行支護(hù)方案的調(diào)整和參數(shù)的優(yōu)化。施工環(huán)節(jié)做好地質(zhì)預(yù)報工作，結(jié)合現(xiàn)場勘察結(jié)果與圍巖參數(shù)，進(jìn)行施工技術(shù)方案的適度調(diào)整[6]。

用隧道濕噴機械，完成混凝土噴射操作，以最新的拱架安裝臺車完成拱架安裝工作。拱架安裝臺車的設(shè)備應(yīng)用特點為：

（1）安全性高。采用多機械臂操作模式，通過與工作平臺的協(xié)調(diào)，使操作人員遠(yuǎn)離掌子面，提高了作業(yè)環(huán)境安全性。

（2）節(jié)省人力。該設(shè)備可由4人操作完成鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)和鋼架安裝，節(jié)約了大量人力投入，降低了人工成本。

（3）節(jié)時高效。30 min即可完成一榀拱架的安裝，工作效率高，促進(jìn)了工序循環(huán)，可有效控制項目施工進(jìn)度[7]。

3.4 仰拱

隧道內(nèi)設(shè)置仰拱時，需及時封閉支護(hù)結(jié)構(gòu)使其成環(huán)，以有效改善圍巖受力情況，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性確保項目施工安全，有效降低圍巖變形概率。仰拱施工宜全斷面一次成型，全幅完成拱架、鋼筋、支護(hù)施工，并及時鋪筑混凝土，并設(shè)置填充層。

利用液壓移動棧橋，確保隧道洞內(nèi)交通通暢。通過液壓模板的優(yōu)化同步施作水溝、仰拱、盲溝等附屬工程，快速移動定位，使仰拱、水溝、盲溝三位一體化成型。優(yōu)化后方案施工效率提升20%，12 m仰拱可同步施工，便于拆卸和安裝，結(jié)構(gòu)強度明顯改善，有效節(jié)約了勞動力。

3.5 二次襯砌

初期支護(hù)完工后進(jìn)行二次襯砌，及時將支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)，以提高圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改變其受力狀態(tài)，而防止圍巖結(jié)構(gòu)變形，做到切實提高施工安全性[8]。隧道二次襯砌的操作流程如下：

（1）RPI五點定位法預(yù)留洞室，以智能掛布臺車施作防水無紡布工序，通過對液壓裝置的調(diào)節(jié)提升無紡布，借助卷揚機沿軌道掛設(shè)。

（2）改裝臺車端頭，使鋼模板翻轉(zhuǎn)并有效固定背貼式止水帶。

（3）二襯施工要點：①混凝土襯砌之前，以注漿管位置為基礎(chǔ)嚴(yán)格控制鋼筋網(wǎng)綁扎高度，預(yù)留空隙避免影響升管過程，可根據(jù)實際操作需求適當(dāng)撥動鋼筋網(wǎng)，解決預(yù)留空隙問題；②注漿管上升的過程中，根據(jù)臺車面板與防水板的實際距離進(jìn)行調(diào)整，以保護(hù)防水板，避免損壞；③通過鋼模應(yīng)用，提高項目整體質(zhì)量，確?；炷脸尚头弦?guī)范；④模板就位前完成防水板等隱蔽工程的施工，隨后對其中線位置、高程值等進(jìn)行校核，嚴(yán)格控制曲線隧道的弧度值，有效減少接縫節(jié)點，提高通暢度。

3.6 電纜溝槽施工

采用移動電纜溝槽臺車進(jìn)行電纜槽的布設(shè)施工，施工前對邊墻進(jìn)行統(tǒng)一清理，徹底清潔基底以提高附著質(zhì)量。溝槽蓋板鋪設(shè)時，兩端對齊且平穩(wěn)放置，微小縫隙以砂漿填平，以提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免縫隙存在導(dǎo)致其晃動；統(tǒng)一蓋板尺寸，采用增設(shè)短鋼筋的方案，對電纜邊墻或溝槽進(jìn)行加固[9]。

3.7 安全管理措施

建立健全組織體系，嚴(yán)格執(zhí)行崗位責(zé)任制，并明確具體責(zé)任人的工作責(zé)任。通過成立安全生產(chǎn)管理小組進(jìn)行全面協(xié)調(diào)管理，規(guī)范管理責(zé)任，明確工作細(xì)則。加強現(xiàn)場施工監(jiān)管，安全管理部，需協(xié)調(diào)現(xiàn)場施工的各部門管理，妥善分工，切實提高施工質(zhì)量。

強化人員責(zé)任，加強人員管理，做好勞動保護(hù)，保障施工人員的安全；科學(xué)穿戴勞保用具，嚴(yán)格落實安全責(zé)任制，具體到責(zé)任人；嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程與細(xì)則，加強安全執(zhí)法，全面查處安全隱患，及時采取措施防范，杜絕違章作業(yè)[10]。

加強崗前培訓(xùn)，嚴(yán)格技術(shù)交底，對施工技術(shù)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，以增強人員安全意識和執(zhí)行力度，確保各項管理規(guī)范有效落實。嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)交底的基礎(chǔ)上，加強安全文明施工，有效保障項目進(jìn)度，確保施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，道路交通運輸業(yè)的高速發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的順利開展奠定了良性基礎(chǔ)，而高速公路隧道機械施工技術(shù)水平的不斷提升，為公路建設(shè)行業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)。該文基于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下的山區(qū)高速公路隧道項目施工工藝特點，對現(xiàn)階段施工中存在的具體問題進(jìn)行了分析，以項目建設(shè)需求為基礎(chǔ)，提出了隧道機械化施工的作業(yè)要點，指出了項目建設(shè)環(huán)節(jié)存在的技術(shù)難題及其處置措施，期望為相關(guān)項目的開展提供技術(shù)保障。

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