长大隧道机械化施工技术

【摘 要】近年来，在交通建设中长大隧道工程项目日渐增多，对隧道快速施工也提出了迫切的要求，如何采用合理优化的技术方案，选用适当的施工机械进行配套，已成为隧道施工中的核心所在。本文主要对长大隧道钻爆法机械化施工技术进行详细介绍，为类似工程施工提供可靠的技术参考。

【关键词】长大隧道；机械化；施工技术

1.长大隧道机械化施工技术简述

长大隧道的施工方法基本分为两大类，即钻爆法和掘进机法，目前国内山岭隧道多采用钻爆法施工。

隧道钻爆法施工时，用气腿式凿岩机或凿岩台车钻眼，人工装药爆破后，多采用大型装载机配合自卸汽车出碴，即无轨运输方式。目前长大隧道常用的是无轨运输，特别是公路隧道，因断面较大，基本全部采用无轨运输。断面较小的、采用装载机装车困难时多用有轨运输，一般用风动或电动装碴机，将碴装入斗车、槽式列车或梭式矿车内，由电瓶车牵引出碴。

隧道一般均采用复合衬砌，采用喷射砼及钢架、锚杆、钢筋网等组合做为初期支护，采用模板台车浇筑二次衬砌砼，初期支护与二次衬砌间一般设防水层。在石质较好的情况下也可采用喷射砼做衬砌。隧道全断面的衬砌施工采用模板台车，由混凝土搅拌楼或搅拌站拌合的混凝土，经混凝土输送车或混凝土输送泵送达衬砌工作面。

隧道施工中的辅助工作，如供应压缩空气、排水、供电等均采用通用机械。隧道施工通风多采用轴流式通风机，在有瓦斯地段，除加强通风外，应采用防爆型机械施工。隧道照明和动力一般采用发电站式和压缩空气站供应。反坡排水的隧道，还需要设置强有力抽水设备。

2.长大隧道钻爆法机械化施工设备的配置

长大隧道施工的机械配置应当本着“性能可靠，技术先进，满足需求，略有富余”的原则进行。一般情况下，施工机械化程度越高，生产效率就越高，施工进度也越快，因此在具体工程施工中时，应尽量选择性能好、产量高的设备，且数量要能满足要求，各种设备之间互相匹配，防止出现大马拉小车的现象，造成部分设备生产能力得不到充分发挥。隧道施工的机械设备配置主要围绕三条作业线进行，即挖装运作业线、初期支护作业线和二次衬砌作业线。除此之外还有风水电等保障设备。

2.1挖装运作业线

钻爆法开挖施工中，国内目前多采用自制多功能台架，台架根据隧道断面高度进行分层，便于人工钻孔及喷锚支护操作。台架上配备多台风动凿岩机钻眼，人工装药爆破开挖。钻孔作业也有采用液压凿岩台车进行的。

出碴运输是钻爆法施工中设备配套选择的关键，目前主要采用的就是有轨运输和无轨运输两种方式。有轨运输对洞内的污染少，但专业设备多，日常的组织管理、养护、维修复杂；无轨运输的设备配备简单，组织管理相对容易，但洞内因内燃机械尾气影响污染较严重，对通风能力要求高，且隧道断面较小时无法采用。

隧道出碴运输采用无轨运输方式时，开挖面采用侧翻式装载机装碴，大吨位自卸汽车将洞碴直接运至洞外弃碴场；采用有轨运输方式时，为提高效率，开挖面一般配备自动装岩设备，洞内铺设轻型钢轨，采用电瓶车牵引大容量自卸矿车将洞碴运出洞外弃碴场，或在洞口采用装载机配合自卸车二次倒运至弃碴场。

长大隧道由于受施工工期的限制，多采用辅助坑道进行施工，一般为斜井和横洞。斜井和横洞的施工与正洞类似，出碴运输多采用无轨运输，但在斜井坡度过大、无法采用无轨运输时采用有轨运输。特殊情况也可在正洞用无轨运输，斜井段采用有轨运输，需要在斜井底将洞碴倒运至侧卸式矿车，然后由绞车牵引到井口车场，曲轨卸碴后再行倒运。

2.2初期支护作业线

隧道初期支护设计一般为锚喷支护，喷射砼施工每个作业面配备3～4台砼喷射机。喷射砼拌合采用强制式搅拌机，喷射砼的运输与出碴运输的方式相同，有轨运输方式可用轨行式罐车，无轨运输方式可采用自卸汽车或砼罐车运输。锚杆一般采用风动凿岩机成孔，人工安设，也可采用专业的锚杆机施工。

2.3 二次衬砌作业线

隧道二次衬砌施工，一般在洞外设置自动计量拌和站生产砼，有轨运输时采用轨行式输送车，无轨运输时采用砼罐车。每台模板台车配备2台砼输送泵，一台浇注砼，一台备用。每个输送泵配备300 m的输送管。二衬砼施工采用液压式整体模板台车，沿铺设的轨道行走，长度一般有9m和12 m。另外每台模板台车配备一个简易台架进行灌注前的防水板安装。

2.4 风、水、电保障系统设备配置

2.4.1通风系统

长大隧道的施工通风多采用长管路机械压入式通风或混合通风，利用轴流风机和PVC软风管组成通风系统。通风机一般选用轴流风机，具体型号需要根据隧道通风计算来选定，风机的风压和风量必须满足洞内施工的需要，一般多用功率2×110 kW和2×55kW的。通风管直径根据通风计算来选择，目前有多种直径的定型产品可供选择。在净空允许的条件下，应尽量采用大直径风管。对于独头施工距离较长的双洞隧道，还可利用横通道和在洞内设置的射流风机，形成巷道式通风，满足施工需要。

2.4.2 高压供风系统

高压供风一般采用在洞口设置风站集中供风，每座风站根据洞内施工风量的需求，配备不同数量的20m3/min电动空压机，并配备12m3/min内燃空压机备用，风管一般采用φ100mm～150 mm的无缝钢管，管节用法兰连接，供洞内风动凿岩机、砼喷射机、风镐等风动机具（机械）的动力用风。供风距离较长时，管阻损耗大，施工中可采取将洞外空压机移至洞内供风的措施。

2.4.3高压供水系统

一般在洞外水源处设蓄水池，安设高压水泵，铺设水管，将水压至高位水池，从高位水池通过供水管路引入洞内。上下主供水管路多采用φ100 mm的无缝钢管，在掌子面处采用φ50mm的高压胶管分头供水。

2.4.4隧道供电系统

隧道供电一般由高压线引入隧道洞口附近，长大隧道根据施工需要一般在洞外配备1台800kVA或630kVA的变压器，分别引向洞内及生产区、生活区等供电。隧道掘进超过1km后，因电压降较大，洞内供电一般采用铠装电缆高压进洞，动力、照明分路，双回路供电。在距开挖面最近的附属洞室内设移动式变压器，供掌子面附近施工用电，以保证洞内施工设备的正常运转。隧道施工动力用电等级为380V，照明用电成洞地段为220V，作业地段为36V，采用电缆线供电。洞内动力线路采用“三相五线制”。 另外，为了保证前期使用及备用，应当配备1台200kW以上发电机，作为备用应急电源。

由于隧道属地下工程，洞内空间有限，故设备选型时除考虑其性能、互相之间的匹配外，还必须考虑设备本身的外形尺寸、工作半径（如装碴设备）等。如选型不当，则设备在洞内可能无法正常工作，或互相之间形成干扰。

3.长大隧道机械化施工的保障措施

机械设备是施工生产的三大要素之一，也是确保工程按期完成的关键所在。为此，应根据工程任务量和工期要求，在配齐、配足各种机械设备（含车辆）的同时，备足备用和替换设备，做好相应的保障措施：首先，应成立设备管理领导小组，设专职设备管理员，负责机械设备管理、调配、考评及负责设备保养、维修等日常工作。其次，要加强设备日常管理工作，落实设备管理责任制，所有设备操作员做到持证上岗。同时，还要加强机械设备维护保养工作，通过日常的维修保养，充分提高设备的完好率和利用率。再次，对于备用设备和替换设备进行轮换保养，备用发电机安装就位，确保可随时启用。

总之，对于长大隧道的机械化施工，机械设备的选型与配套是最主要因素之一，它不仅关系到施工的速度，而且影响到安全、质量和效益。因此要特别重视隧道施工机械设备的选型，并且互相之间要匹配，选择时要因地制宜，结合具体情况综合考虑，这样才能真正提高长大隧道的施工效率和施工水平。