山岭公路隧道机械化施工现状与展望陈晓龙--中国期刊网

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山岭公路隧道机械化施工现状与展望陈晓龙

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陈晓龙

[导读] 摘要：随着交通道路建设的不断发展，公路隧道建设正在发生变化，迫切需要向机械化施工方式转变。

        中国华冶科工集团有限公司北京 100176
        摘要：随着交通道路建设的不断发展，公路隧道建设正在发生变化，迫切需要向机械化施工方式转变。基于此，本文探讨了山岭公路隧道机械化施工存在的问题及其展望。
        关键词：山岭；公路隧道；机械化施工；问题；展望
        随着公路建设的发展，山区公路和公路隧道的建设日益增多。此外，就目前隧道建设的发展实际情况来看，大多数公路隧道都是山岭隧道，具有较大的截面和复杂的地质条件，钻爆法仍将是公路隧道常用的施工方法，为了充分发挥围岩自承能力，采用光面爆破、锚喷支护及监控量测为手段的新奥法是钻爆法最常用的工法。
        一、施工机械选择的一般原则
        1、施工机械必须适应实际的工程项目。所选择的施工机械必须适应工程项目的实际特点、地质环境、工程规模、施工场地、截面尺寸、运输距离等施工条件，另外，所选机械的生产能力必须符合工程量及进度要求，并能充分发挥机械的生产能力，以满足施工质量的要求。
        2、施工机械必须具有良好的技术经济效益。考虑到机械通用性的同时，所选的施工机械必须具有一定的技术先进性，即结构先进、自动化程度高、性能可靠、生产率高、环保性好等。而且选用的机械必须经济、运行成本和能耗低；机械型号大小必须根据工程量、施工条件及施工要求确定，购买大型机械的成本需分摊在更大的工程量上，并对工程成本的影响较小。所以在选择机械设备时，必须考虑到它的先进性、可靠性、机械成本、工作量等因素。
        3、施工机械必须能保证施工的质量及安全。对技术要求高的施工作业，应考虑选择性能良好的专用机械，以此保证高的施工质量及生产率。同时，机械必须有可靠的安全性能，并具有操作方便、易于维护、性能可靠、安全环保等特征，以便操作人员能安全使用。
        二、机械化施工的优势
        1、引进大型隧道施工设备，提高机械化施工设备水平，从而提高隧道施工质量。
        2、从操作技术、工艺优化、数据收集和制度化管理入手，提高对隧道机械施工核心技术水平的掌握。
        3、随着高速公路建设向山区推进，公路隧道所占比例逐渐增加，隧道机械化建设具有明显的社会、环保及经济效益，改善了施工环境，充分体现了“以人为本”的理念。
        机械化施工是降低劳动强度、提高工作效率、加快工程进度、保证工程质量、控制工程造价的重要手段，与人工操作相比，具有优越性及特殊性。公路隧道的机械化施工在施工技术、机械运行方式和设备配套方面具有鲜明的特点，可概括为：①能完成独特的施工作业任务，保证作业质量；②劳动生产率显著提高，加快了工程进度；③显著提高了施工安全，并改善了施工作业环境条件。
        三、隧道工程施工方法
        1、钻爆法隧道施工。钻爆法施工中使用的主要施工工艺为开挖、凿孔和爆破。在施工过程中，需注意支护、通风照明及防尘等。目前，在钻爆法隧道施工中，主要运用新奥法支护、锚喷支护及光面控制爆破，应用的主要机械包括：
        1）凿岩机械。目前的建筑机械已逐渐转向液压化，其技术已趋于成熟。在凿岩机械中使用先进技术，如气动凿岩机的基本理论、试验技术的采用，显著提高了机械性能；波动力学、减振、降噪及新材料的应用，通过改变活塞的几何形状来实现最佳的能量传递，通过增加活塞直径等措施，能提升机械冲击频率，以及延长零件的使用寿命。
        2）装渣及运输机械。在隧道施工中，出渣作业占掘进总周期的40%，因此，装渣和运输机的选用是提高掘进工作的重点。
        在国外，交通牵引设备正处于无轨化发展阶段，通过隧道装渣系统实现了工作效率的提高。与国外相比，我国隧道施工机械的发展还不是很成熟，主要运输车辆包括斗车、斗式列车、槽车、梭式矿车、梭式汽车、自卸汽车、胶带输送机等。
        2、现代盾构掘进施工。现代盾构隧道施工中，使用的主要施工机械是盾构掘进机。它具有一个可移动的钢外壳（盾壳），其内装有如开挖、排土、拼装、推进等机械装置，液压、机电控制、测控等技术，实现了掘进、支护、衬砌等多种作业的一体化施工，在欧美得到了广泛应用。
        3、隧道联合掘进施工。它作为一种比较先进的施工技术在国外得到了广泛的应用，而且技术已相当成熟，但在我国还未得到推广。

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这种施工方法的主要施工机械是隧道联合掘进机，采用高压水电和流技术，既提高了机械破岩能力，也降低了成本；而且工程机械化程度高，操作自动化很方便，扩大了掘进机的应用范围和效率。
        四、机械化施工存在的问题
        1、机械化程度总体偏低。经调查发现，公路隧道机械化施工主要集中在开挖及支护工序，设备主要包括凿岩台车、自行式仰拱栈桥、混凝土湿喷机械手、拱架安装台车等，大多数隧道仅采用一种或两种手段，全套运用机械化施工的隧道较少。而智能衬砌台车、防水板铺挂台车、水沟电缆槽台车、温控喷淋养护台车、智能化注浆机、隧道降温除尘设备等使用相对较少。从总体上看，我国机械化施工程度不高，智能化设备应用不多。
        2、工程造价偏高。机械设备购置前期费用较大，公路隧道行业未单独制定机械化施工定额，预算未考虑机械化配套费用，致使机械化配置及施工实际成本与预算金额存在差距。在行业中，未从整体上对机械化施工进行系统规划，导致设备在完成一个项目后不能继续使用，不能实现设备的全寿命使用。同时，机械化施工过程中设备维护及配件消耗等成本也较高，维修维护成本较大。
        3、适应性差。机械化施工对地层变化的适应性较人工施工差，一般适用于岩性单一的隧道，而难以适应围岩地质条件复杂的隧道。此外，对开挖方法而言，因机械设备的操作需占用的空间大，施工灵活性差，只适用于全断面法开挖，而不适用于CD、CRD与双侧壁导坑等开挖步骤较多的开挖。
        4、缺乏技术工人
        1）缺乏熟练的机械设备操作员。以全电脑凿岩台车、混凝土湿喷机组、门架式拱架安装台车等为例，没有针对操作人员的专业培训机构，不能实现全员教育学习。
        2）缺乏机械设备的现场维修人员。单靠厂家维护不能满足现场的需求，市场上也没有大规模的产业链维修技术人员，易出现停工待修的现象。
        3）现场管理、技术人员水平有待提高。现场管理、技术人员基本上还按照传统的施工方法进行现场布置、管理和控制，没有充分考虑到机械化施工的特点，这将导致项目现场的施工工序衔接不好，未能充分发挥机械化的作用。
        5、标准规范与设计不符。现行公路隧道相关标准和规范等基本上是基于传统的施工方法制定。而机械化施工由于设备配置类型多、工艺要求不同、占用空间大等原因，现行的验收标准、设计和施工规范等规定在施工过程中需检验检查的一些项目及其参数可能无法满足要求，或该项检验无实际意义。同时，大部分设计阶段没有充分依据机械化施工的技术特点进行有针对性的设计、施工方案，导致一些工序在施工过程中难以实施。
        五、机械化施工展望
        1、信息化。因地质地形、技术及成本用等因素的限制，前期勘察设计资料不能准确反映施工现场围岩的真实状况。虽然当前公路隧道施工的基本思路是“信息化设计施工”，但事实上，因采集的数据量少、准确性低等原因，公路隧道施工信息化还没有真正得以实现。未来，应充分抓住近年来传感技术、信息技术、通信技术快速发展的机遇，建立数据采集、分析、决策为一体的“信息化设计施工”平台，并将信息化技术引入到安全质量控制、现场人员管理、应急救援等各方面，实现全过程、全环节的信息化施工。
        2、智能化。随着物联网、人工智能和大数据等新技术的发展，隧道设备也在向数字化和智能化方向发展。今后应围绕隧道施工的整个过程，研发钻爆法隧道关键工序的智能设备系统，并通过对隧道设备与设备、设备与环境、设备与围岩实验数据的研究，以实现隧道设备的数字化与智能化。
        3、成套化。大力推广新奥法在公路隧道施工中的机械化配套技术，先进的机械设备不仅用于隧道掘进、初始支护等关键工序，还在隧道二次衬砌施工与养护、防排水施工及附属工程中也实现机械化施工。当然，要结合具体的工程地质条件来制定机械化的配套等级，同时在设计与工方法选择上也要与机械化配套相匹配，以最大程度地发挥机械化成套率。
        4、装配化。预制装配技术具有质量控制好、施工速度快、对环境影响小等优点。在国外，该技术在明挖隧道及明挖地铁站台领域的应用取得了一定的成果。在我国，预制装配式技术在盾构法及沉管法隧道工程中应用较为成熟，而在钻爆法公路隧道工程中的应用较少。为了在钻爆法公路隧道建设推广应用预制装配技术，应在计算理论和体系研究、预制构件标准化设计、施工机械等方面开展一系列研究，总结出成套的预制装配建造技术。
        参考文献：
        [1]吕晋阳.基于山岭隧道的钻爆法及新奥法施工研究[J].公路交通科技，2018（05）．
        [2]谭忠盛．特长公路隧道机械化配套快速施工技术研究[J].施工技术，2018（01）．
        [3]吴庆良.山岭公路隧道机械化施工现状与展望[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2020（03）.