浅析隧道施工新技术

浅析隧道施工新技术

李中山

中铁十二局集团第一工程有限公司广西桂林541200

摘要：改革开放以来，我国经济发展迅速，城市规模不断扩大，城市人口剧增，许多城市不同程度地出现了建筑用地紧张，生存空间拥挤，交通堵塞等问题。这些问题给人类居住条件带来很大影响，阻碍了现代城市的可持续发展。为了缓解以上问题，我国及世界上其他各国都开始向地下空间发展，隧道工程便是对地下空间利用的一种体现。与西方发达国家相比，我国隧道建设起步较晚，存在施工经验不够丰富、设计理念不够先进等问题。不过，改革开放以后，我国隧道工程发展迅速，各种隧道工程的建设为我国隧道理论的发展、完善提供了宝贵的经验。

关键词：隧道施工；低温、负温混凝土技术；机械手湿喷混凝土技术

1、隧道工程理论

1.1“松弛荷载理论”

二十世纪20年代提出传统的“松弛荷载理论”，其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。

1.2“围岩承载理论”

二十世纪50年代提出的现代支护理论，即“围岩承载理论”（简称“岩承理论”），其核心内容是：围岩稳定显然是其自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定确实有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能进入稳定状态。这是一种比较现代的理论，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，半个世纪以来已被工程界广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。

2、隧道保温防寒技术

在隧道开挖后，施工破坏了冻土区原有的稳定热力条件，被开放通风的对流所取代，这时衬砌后面的围岩会形成季节性融化圈。产生一种对隧道衬砌支护不利的反复作用的冻涨力。冻涨力加之其他作用力共同作用于隧道衬砌上将会造成隧道的剥落和开裂，会使隧道出现裂缝、漏水等情形，对隧道的正常运行产生危害。为了使冻害对隧洞的不利减少到最低，在隧道口采取了敷设隔热的保温层来减弱洞内外空气与岩层间的热交换，从而使得冻融圈的范围得以减小，采用聚氨酯的保温层，敷设型式主要采用硬质泡沫型以及喷涂型材料。

3、低温、负温混凝土的施工技术

在低温以及负温的条件下，混凝土中的水化速度较慢，混凝土的强度得不到快速的提高，隧洞施工从以下几个方面着手，解决了混凝土施工中出现的问题。

3.1对原材料进行加温

建造位于拌合场内的预热棚，搅拌站布置在棚内，利用热风机以及蒸汽对砂石料进行加热。

3.2混凝土外加剂以配合比的选取

选取降低混凝土水灰比干硬性混凝土，同时也添加低温的减水剂以及早强剂。

3.3混凝土的搅拌与运输

现将骨料加热以及将水搅拌均匀，然后再添加水泥，这样能减少热量损失。运输车上采用PU聚氨酯板保护层，并覆盖塑料保温膜在保护层上，确保了混凝土的入膜温度。

3.4混凝土的养护措施

在隧洞的进口设置密闭的保温门，阻止洞内外的热量交换，并设置2个保温加热的混凝土拌合站及风机，使混凝土出炉的温度确定不低于15℃。采用保温的混凝土运输车，缩短混凝土运输的时间，以及保证混凝土入模的温度不会低于5℃。

4、机械手湿喷混凝土的技术

4.1喷射原理

混凝土通过喷射泵的吸、送柱塞缸连续不断地输送凝土流经输送管路，与液体速凝剂混合后在自带空气压缩机的帮助下，喷向受喷面。

4.2工作性能

①全液压伸缩和回转的混凝土喷射机械手，施工范围大，最高可达17m，宽20m，深8m的区域。②液压驱动喷射臂和喷头能轻易完成仰俯、伸缩、回转、摆动、扇动等全部喷射动作。③大小臂可相互或独立完成动作，简化操作。④独特的转台系统可完成270°的回转施工范围。臂架可缩回与底盘平行，运输尺寸小。⑤喷头有锥形回转、法向摆动、轴向转动三种方式动作，240°球面全方位转动。

4.3施工工艺流程

湿喷混凝土过程中根据喷射效果即时调整风压、分层厚度、喷头距受喷面距离、喷头角度等参数。从而得出喷射混凝土满足表面平整、喷射过程中不掉皮、喷混凝土密实等规范要求指标的相关施工参数。

5、机械手湿喷混凝土的技术优势

隧道施工对环境和人员劳动保护的要求越来越高，混凝土湿喷支护技术改善了工作面的作业环境。

5.1提高混凝土质量

干喷混凝土过程中不易控制拌和用水量、外加剂量，导致配合比在施工过程中被改变，喷射混凝土强度得不到保证；新型智能一体化混凝土湿喷台车混凝土由搅拌站严格按配合比生产，混凝土强度稳定可靠。

5.2提高工效

隧道常用普通干喷机，每台需要4～5人配合每循环3台作业至少需要12人，普通湿喷机需要约7人，每小时作业能力约6m3；而新型智能一体化混凝土湿喷台车正常施工中仅需要3人配合，作业能力约为每小时8～20m3；且相对施工准备及撤离时间更少更节约时间。

5.3提高安全系数，保障施工安全

由于干喷或普通湿喷由全人工操作，为保证喷射过程顺利进行，施工人员离受喷面距离约3m，人员靠近掌子面易受危岩落石伤害。而新型智能一体化混凝土湿喷台车采用智能系统，操作人员可以处于相对安全的位置遥控操作，提高了施工安全。

5.4降低回弹率

干喷工艺添加固体速凝剂及施工用水为人为感官，难以准确量化，且不能均匀拌和，多种因素导致回弹率较高。干喷工艺回弹量普遍超过20%，而湿喷混凝土由搅拌站统一拌制，新型智能一体化混凝土湿喷台车具有自动添加速凝剂的功能，添加量均匀，且自带空压机，风压稳定，喷射距离及角度相对容易控制，大大降低回弹量。经过多次试验边墙回弹量一般在5-8%以下，拱顶回弹量在10-15%。

喷射混凝土技术是目前广泛应用在隧道施工领域的一种工法。喷射混凝土具有较高的密实度、强度和防水功能，但是施工时会产生大量的粉尘，空气污染严重，在近两年国家大力治理粉尘、雾霾污染的政策控制下，该工法在实际应用中频频受限。当前，经过改良的机械手湿喷混凝土工艺方法，能够大幅度减少粉未量，工艺流程简单，且操作灵活，在工程领域展现出极强的适用性。但是严格来讲，在具体实施中，还是应该根据隧道建设要求、建设规模、现场条件以及成本控制要求来选择合适的工法，以确保施工效果达到预期要求。

结语

改革开放以来，我国隧道建设事业蓬勃发展，目前我国隧道数量已经跃居世界第一位。但我国仅仅是一个隧道大国，而非隧道强国，与西方发达国家相比，我国隧道建设还存在着机械化施工程度不高，施工工艺不够先进，质量控制不够严格，工程事故频发等缺陷。隧道技术的发展表明，今后我国隧道技术的研究方向为：非爆破的机械化施工、合理规划与环境保护、设计可靠合理、使用安全等方面。

参考文献

[1]隧道安全施工技术手册.傅鹤林等编著.北京：人民交通出版社,2016.6.

[2]隧道施工技术.陈小雄主编.北京：人民交通出版社,2015.6.

[3]隧道工程王成主编.北京：人民交通出版社,2015.8.

[4]地下建筑结构设计（第二版）.王树理主编.北京：清华大学出版社,2016.11.

[5]隧道安全施工技术手册.傅鹤林等编著.北京：人民交通出版社,2016.6.

隧道施工技术.陈小雄主编.北京：人民交通出版社,2016.6.

[7]陈铁锋.地下工程湿喷混凝土技术探讨[J].北方交通，2015（01）.

[8]侯建军.浅谈湿喷混凝土强度与回弹量控制[J].山西建筑，2015（29）.