達(dá)麥隧道機(jī)械化集群施工工藝研究

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1工程概況

達(dá)麥隧道位于甘肅省甘南藏族自治州夏河縣，進(jìn)口臨近達(dá)麥鄉(xiāng)，出口臨近省道S312，交通條件較為便利。隧道為雙洞巖質(zhì)長(zhǎng)隧道，右線總長(zhǎng)1672m，左線總長(zhǎng)1634m，隧道最大埋深為230m。其中IV級(jí)圍巖1280m，V級(jí)圍巖330m。為了保證施工進(jìn)度決定運(yùn)用機(jī)械化配套施工，本文對(duì)此展開(kāi)了詳細(xì)的探討。

2機(jī)械化配套的原則

2.1機(jī)械化配套需考慮的因素根據(jù)甘肅省交通廳和甘肅省公交建集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)化施工要求，王夏項(xiàng)目隧道施工統(tǒng)一要求采用機(jī)械化施工，初支噴射混凝土要求為濕噴工藝施工。因此，在王夏4標(biāo)麥隧道施工中秉承實(shí)用性和科學(xué)性的原則選擇機(jī)械化配套設(shè)備，防止設(shè)備資源閑置浪費(fèi)，配備施工設(shè)備參數(shù)需要綜合考慮施工方法、隧道斷面尺寸、圍巖級(jí)別以及工期等因素。另外要重視設(shè)備之間的協(xié)同效應(yīng)。2.2機(jī)械化配套施工適應(yīng)條件應(yīng)用機(jī)械化施工，對(duì)于開(kāi)挖掘進(jìn)過(guò)程要求較為嚴(yán)格。全斷面開(kāi)挖施工法比較適用于II、III級(jí)圍巖，對(duì)IV、V級(jí)軟弱圍巖開(kāi)挖施工需要應(yīng)用臺(tái)階法、環(huán)向開(kāi)挖預(yù)留核心土法及單、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等施工方法。如果隧道施工長(zhǎng)度超過(guò)2500m，應(yīng)用機(jī)械法施工具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而對(duì)于長(zhǎng)度不足2500m的隧道施工成本相對(duì)較高。

3隧道機(jī)械化施工工藝

達(dá)麥隧道應(yīng)用機(jī)械化施工時(shí)，主要工序有開(kāi)挖掘進(jìn)、初期支護(hù)、仰拱施工、防排水施工及二次襯砌施工等。綜合考慮項(xiàng)目實(shí)際情況選擇最為適宜的機(jī)械型號(hào)和配置數(shù)量。同時(shí)確定了6個(gè)機(jī)械化配套作業(yè)工序。1)開(kāi)挖掘進(jìn)施工。每個(gè)洞口配備開(kāi)挖掘進(jìn)施工機(jī)械設(shè)備:三臂鑿巖機(jī)1臺(tái)(如圖1所示)、挖掘機(jī)2臺(tái)、輪胎式裝載機(jī)2臺(tái)、四驅(qū)自卸汽車6～8臺(tái)。2)初期支護(hù)施工。初期支護(hù)施工設(shè)備:自動(dòng)拱架安裝機(jī)1臺(tái)(如圖2所示)、濕噴機(jī)1臺(tái)(如圖3所示)。3)仰拱及填充施工。仰拱及填充施工需要設(shè)備:一體化棧橋2臺(tái)(如圖4所示)，整體弧形仰拱模板2套。4)防排水施工。防排水施工需要設(shè)備:掛布及鋼筋一體化臺(tái)車(如圖5所示)，數(shù)量為2臺(tái)。5)二次襯砌施工。二次襯砌施工需要設(shè)備:液壓自行自動(dòng)布料二襯臺(tái)車2套(如圖6所示)，自行養(yǎng)護(hù)臺(tái)車2臺(tái)(如圖7所示)，側(cè)溝電纜槽模板臺(tái)車2臺(tái)。6)側(cè)溝電纜溝槽施工。側(cè)溝電纜溝槽施工需要設(shè)備:電纜溝槽自行模板臺(tái)車2臺(tái)。3.1施工工序。首先進(jìn)行錨桿施工，開(kāi)挖掌子面并檢查掌子面的超欠挖情況，一旦出現(xiàn)超欠挖問(wèn)題立即進(jìn)行處理;然后安裝鋼拱架及網(wǎng)片，初支噴射混凝土施工并進(jìn)行仰拱及填充施工、安裝防水層和綁扎二襯鋼筋、澆筑二襯混凝土以及二襯混凝土養(yǎng)護(hù)及側(cè)溝電纜溝槽施工等。3.2開(kāi)挖作業(yè)機(jī)械化。3.2.1鉆爆機(jī)械化。1)斷面測(cè)量:達(dá)麥隧道應(yīng)用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行施工，該設(shè)備的頂推梁和鉆桿之間具有0.1m的固定距離，開(kāi)挖控制難度較大。開(kāi)挖施工前應(yīng)用全站儀對(duì)隧道斷面精準(zhǔn)放樣，然后用紅油漆將開(kāi)挖輪廓線標(biāo)識(shí)出來(lái)，涉及到爆破施工的位置應(yīng)嚴(yán)格按爆破參數(shù)進(jìn)行布眼爆破施工。2)鉆爆開(kāi)挖:應(yīng)用上下臺(tái)階掘進(jìn)法對(duì)Ⅲ級(jí)及IV－b圍巖進(jìn)行施工，為保證施工進(jìn)度需要安排2臺(tái)三臂液壓鑿巖機(jī)同時(shí)施鉆，需要控制臺(tái)階長(zhǎng)度8～10m。應(yīng)用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)施工方法對(duì)IV及V級(jí)圍巖進(jìn)行施工，如果遇到軟弱圍巖不能進(jìn)行爆破施工，應(yīng)用微臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖。綜合考慮圍巖的完整性以及堅(jiān)硬程度，決定是否應(yīng)用光面爆破進(jìn)行施工，避免超欠挖的現(xiàn)象發(fā)生。為了提高炮孔利用效率需采用快速、便捷的鉆孔順序，提高炮孔定位的精準(zhǔn)性，盡可能降低對(duì)圍巖的破壞。3)超欠挖控制:由于鑿巖機(jī)的推進(jìn)梁和鉆管之間存在0.1m的固定距離，施工時(shí)巖面和鉆桿之間的距離需要預(yù)留出5cm，鉆桿和支護(hù)面之間至少存在15cm的固定距離，因此，實(shí)際施工中對(duì)鉆桿定位精度有較高的要求。為防止超挖現(xiàn)象的發(fā)生，在對(duì)III級(jí)以上的圍巖進(jìn)行開(kāi)挖施工時(shí)，注意控制超挖平均值不能超過(guò)10cm;針對(duì)IV級(jí)圍巖進(jìn)行開(kāi)挖施工時(shí)，注意控制超挖平均值不能超過(guò)12cm。3.2.2出渣機(jī)械。在達(dá)麥隧道進(jìn)口段配置1臺(tái)挖掘機(jī)進(jìn)行爬渣，2臺(tái)裝載機(jī)進(jìn)行裝渣，8臺(tái)自卸汽車承擔(dān)運(yùn)輸，為提高出渣效率可以安排兩個(gè)作業(yè)面錯(cuò)峰施工作業(yè)。3.3支護(hù)作業(yè)機(jī)械化。3.3.1錨噴機(jī)械。應(yīng)用三臂鑿巖機(jī)鉆錨桿孔，濕噴機(jī)械手進(jìn)行初支混凝土噴射施工，該設(shè)備具有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有噴射質(zhì)量好、噴射面積大、噴射效率高、粉塵小和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。3.3.2拱架安裝機(jī)械。將拱架按階段編號(hào)擺放在隧道洞內(nèi)掌子面的兩側(cè)，利用臺(tái)車拼裝拱架，為了提高拱架的就位精準(zhǔn)度，需要利用拱架安裝機(jī)配合人工定位的方式完成，一般用定位鋼筋、混凝土墊塊固定拱架，保證鋼架安裝的穩(wěn)固，合理控制鋼筋間距。3.4仰拱作業(yè)機(jī)械化。應(yīng)用自行式全液壓仰拱棧橋進(jìn)行仰拱施工，初期支護(hù)完成后，仰拱混凝土澆筑長(zhǎng)度為二襯模板長(zhǎng)度或二襯模板長(zhǎng)度的1/2，如果圍巖較好時(shí)，盡量一次完成仰拱澆筑施工，保證仰拱與二襯混凝土施工縫對(duì)齊。達(dá)麥隧道仰拱及填充采用兩次澆筑的方法進(jìn)行施工，利用整體弧形仰拱模板進(jìn)行仰拱混凝土施工，仰拱填充混凝土及時(shí)澆筑，達(dá)到早封閉、早成環(huán)的目的。采用液壓控制，棧橋整體就位，不需要鋪設(shè)鋼軌，安全及自動(dòng)化程度高，可以迅速完成移動(dòng)和就位，提高了隧道施工的進(jìn)度。3.5防排水機(jī)械化作業(yè)。將防水板通過(guò)拱圈和提升系統(tǒng)固定在鋼輥?zhàn)由希刂\(yùn)動(dòng)的小車固定鋼輥，外側(cè)設(shè)置環(huán)形槽道，小車在環(huán)形槽道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，完成防水板和鋼筋的鋪設(shè)。3.6二次襯砌機(jī)械化作業(yè)。達(dá)麥隧道應(yīng)用全自動(dòng)液壓自行自動(dòng)布料臺(tái)車進(jìn)行二襯模筑混凝土施工，首先將二襯臺(tái)車準(zhǔn)確就位，布料機(jī)設(shè)置在臺(tái)車上，混凝土泵送入模振搗密實(shí)。應(yīng)用自行式二襯混凝土養(yǎng)護(hù)臺(tái)架進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)施工，將環(huán)向?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)噴嘴設(shè)置在臺(tái)架的外側(cè)，通過(guò)控制箱操作養(yǎng)護(hù)噴水并均勻移動(dòng)，直到完成灑水養(yǎng)護(hù)。二襯臺(tái)車一般配備止水帶安裝夾具，既能提高止水帶安裝質(zhì)量，又能確保安裝止水帶和封端兩道工序不會(huì)產(chǎn)生交叉施工影響。當(dāng)遇到圍巖變形速率較大時(shí)能有效實(shí)現(xiàn)強(qiáng)支護(hù)、早封閉的目標(biāo)，提高了隧道施工的安全性。應(yīng)用整體式液壓電纜溝槽臺(tái)車進(jìn)行電纜溝槽澆筑施工，設(shè)備內(nèi)置附著式振搗器振搗，可以提高混凝土澆筑施工的外觀質(zhì)量和整體效果，兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱澆筑，可以保證施工縫對(duì)齊和路面凈寬。并且在完成自動(dòng)臺(tái)車模板拼裝后不需要再次拼裝和拆除模板，施工便捷且無(wú)拼縫外觀缺陷。3.7風(fēng)、水、電保障系統(tǒng)配置和運(yùn)作。3.7.1通風(fēng)系統(tǒng)的配置和運(yùn)作。在隧道施工中洞內(nèi)通風(fēng)除塵是非常重要的工作，本項(xiàng)目選擇長(zhǎng)管路機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隧道洞內(nèi)通風(fēng)換氣。如果隧道洞內(nèi)凈空條件允許，應(yīng)盡可能選擇直徑較大的風(fēng)管和大功率風(fēng)機(jī)，滿足隧道施工中通風(fēng)換氣的需求。一般根據(jù)隧道具體情況計(jì)算選擇符合實(shí)際的軸流風(fēng)機(jī)，綜合考慮本項(xiàng)目隧道施工需求，合理設(shè)置風(fēng)機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)隧道洞內(nèi)通風(fēng)效果，保障隧道施工滿足環(huán)保與安全要求。3.7.2供水系統(tǒng)的配置和運(yùn)作。對(duì)于隧道工程來(lái)說(shuō)供水系統(tǒng)要滿足施工中水資源需求，為隧道洞內(nèi)施工提供用水保障，需在水源位置設(shè)置儲(chǔ)水池，設(shè)置高壓水泵，通過(guò)分級(jí)泵送將水源抽入蓄水池中，然后利用鋪設(shè)的水管將水泵送引入到隧道洞內(nèi)，供應(yīng)隧道施工使用。3.7.3供電系統(tǒng)配置和運(yùn)作。長(zhǎng)大隧道施工時(shí)，根據(jù)動(dòng)力及照明負(fù)荷需要在洞外設(shè)置變壓器，為隧道工程提供生產(chǎn)生活用電，滿足隧道施工的用電需求。為保障正常用電采用鎧裝電纜高壓進(jìn)洞，將其分為動(dòng)力和照明兩個(gè)分類，為洞內(nèi)進(jìn)行供電。對(duì)于隧道單頭掘進(jìn)施工距離超過(guò)500m后，電壓隨著開(kāi)挖掘進(jìn)就會(huì)快速下降，為保證洞內(nèi)的施工設(shè)備正常運(yùn)行，需要在離開(kāi)挖面較近的洞室內(nèi)設(shè)置移動(dòng)式變壓器，為掌子面施工提供符合要求的電力資源，并且配備一臺(tái)移動(dòng)式發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，保證隧道施工的連續(xù)性，避免停電造成的不利影響。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，達(dá)麥隧道推行機(jī)械化施工，通過(guò)合理選擇施工機(jī)械設(shè)備組合，科學(xué)配置機(jī)械設(shè)備參數(shù)，優(yōu)化隧道機(jī)械化集群施工工藝，加快了施工進(jìn)度，確保隧道工程質(zhì)量，取得了良好的施工效果，且形成了一套比較成熟的機(jī)械化施工管理經(jīng)驗(yàn)，為今后公司長(zhǎng)大隧道機(jī)械化施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

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作者:龐棟 單位:中交二公局第三工程有限公司