大断面隧道快速施工的机械化配套技术

大断面隧道快速施工的机械化配套技术

池哲源

（中铁十二局集团第二工程有限公司   山西太原  030000）

摘要：隧道工程项目的规模较大，需要较长的施工周期，而且施工难度也比较大，要想有效加快施工进度，降低施工成本，促进隧道工程施工作业的顺利开展，就需要合理应用大断面隧道快速施工机械化配套技术。本文结合某隧道施工现场的围岩特点，对隧道工程施工难点和施工重点展开分析，并根据工程实际情况选择全断面爆破施工方法，采取合适的支护技术，最后通过分析围岩的变化情况及其稳定状态，得出应用此种技术可以收获比较理想的施工效果。

关键词：大断面隧道；快速施工；机械化配套技术

随着社会经济的快速发展，我国交通事业也获得了很大的进步，其中隧道工程项目的建设难度较大，如何提高隧道施工效率和施工质量成为当前社会重点关注的内容。在某隧道工程大断面施工环节中，由于受到地质环境和其他因素的影响，使得施工难度进一步加大，并且还存在较大的施工安全隐患，所以需要提高机械化施工水平，最大程度加快施工进程，保证施工过程中的安全性。以某隧道施工工程项目为例，对机械化配套技术的应用展开分析，仅供类似工程项目企业作为参考。

1、工程概况

某隧道工程项目的起讫里程为DK96+984~DK110+763，是双线隧道，隧道进口685.449m，位于半径为4000米的曲线上，洞身段为1624.356 m，同样位于半径为4000米的曲线上，出口126.851m，位于半径为5000米的缓和曲线上，隧道里面安装三个斜井，施工现场的地质环境比较复杂，岩土层由多种不同土质构成，比如细圆砾土、砂质黄土、砂岩、砾岩和构造岩等，为具体施工作业带来很大难度。

2、工程重点和难点分析

2.1 避免大断面软岩出现变形

此隧道工程项目处于围岩浅埋段，大断面软岩的土质为湿陷性黄土，为隧道开挖和支护作业带来很大困难，并且容易发生安全事故，对施工工艺提出了较高的要求。因此，需要根据实际情况采用合适的施工技术，确保每一个施工环节之间的有效衔接，制定科学合理的施工方案，最大程度防止出现大断面软岩变形的情况。

2.2 具有较高的防水标准

此隧道工程对防水设计要求较高，是一级防水设计。隧道作为地下施工项目，防水施工是一项重点工作，同时也具有较高的施工难度，需要加强对防水施工的重视。本工程虽然应用了结构自防水和附加防水措施，但很难达到比较理想的防水效果，特别是在混凝土浇筑的施工缝、变形缝和沉降缝等位置，对防水施工的要求更高[1]。此外，在洞室连接处的施工过程中，非常容易出现各种问题，需要加强对此环节施工的重视。

2.3 大断面隧道施工要求速度快

由于隧道工程项目的总体工程量较大，并且工期十分紧张，为了确保能够按时完工，需要在保证施工质量和施工安全的前提下，尽量加快施工进度。此外，隧道工程内部的围岩结构比较复杂，对隧道开挖速度造成一定阻碍，所以需要采取合适的施工技术来提升隧道掘进的速度，对工程进度实现有效控制。

2.4 断层穿越带的地质情况十分复杂

此隧道工程的穿越断层地带的地质环境十分复杂，共分为四种不同的断层带，最大断层为260米，此处为裂隙节理发育，其中一个断层还与洞身产生交叉，是挤压断层，埋深高达520米，为施工作业带来很大难度，在具体施工过程中容易发生高地应力大变形的问题，对施工质量造成不良影响，而且还严重威胁到施工人员的人身安全。

2.5 隧道底部承载能力较差

在此项目中，隧道进口处的围岩岩质强度较差，隧道底部岩层风化严重，当受到水体的影响后容易发生软化，对承载力造成不良影响。通过测算得知具体的承载力无法满足设计规定的要求，地表的沉降累计值为168毫米，拱顶沉降的累计值是180毫米，这种条件不具备合适的稳定性，会对正常施工造成严重影响，并且容易出现隧道下沉的风险。

3、大断面隧道快速施工的机械化配套技术分析

3.1 总体施工思路

由于施工现场地质情况比较复杂，会对正常施工作业造成不良影响，所以需要提前到施工现场展开勘察工作，全面了解施工现场的地质和水文等条件，分析可能存在的安全隐患，并采取针对性措施严格控制不良影响因素，并最大程度排除其中存在的安全隐患，根据勘察结果制定出一套科学合理的施工方案。在具体施工过程中，根据地质勘测结果，可以合理选用合适的支护施工技术，比如超前注浆或超前支护等措施，为施工作业提供可靠的安全保证，进一步提升施工质量。在隧道掘进施工环节中，可以合理采取若爆破的施工方法，尽量减少掘进工作量，排除掘进工作中遇到的困难[2]。在隧道支护施工作业中，需要进一步提升快支护作业效率，加快支护施工速度，确保衬砌可以被快速封闭，并做好紧固工作，避免出现施工安全问题，良好的支护效果可以为之后的施工作业提供可靠的安全保障。

在开展各项工作的同时，还需要实时监测围岩的变化情况，并做好记录，根据围岩地质的具体变化情况对支护方案进行合理调整，确保支护方案的科学性和合理性，为隧道工程施工作业的顺利进行提供有利条件。混凝土喷射施工作业也是一项十分重要的环节，当支护工作完成后需要尽快开展喷射混凝土施工，让岩体得到有效加固。隧道工程的整体建设进度与隧道的掘进速度之间有着十分密切的联系，要想实现快速掘进的目的，就需要采取合适的快速掘进技术，并对围岩情况有全面了解，施工企业应准确判断施工现场的各项情况，根据实际情况科学调整支护方案，从而促进工程机械化施工速度和施工质量的进一步提升。

3.2 设备使用情况

根据工程建设需要，在施工之前准备了以下施工设备：一台全断面开挖台车，八台出碴车，二十四台风钻，两台装载机，四台空压机，两台双臂凿岩机，三台挖掘机，一台注浆设备，两台湿喷机。施工过程注意事项如下：由于机械化全断面施工的工作面较高，台车在加工过程中需要平稳运行，还应做好边缘防护工作；在机械化全断面施工过程中，需要开展多次爆破作业，需要确保切口角度和尺寸能够符合具体施工要求；在混凝土喷射施工过程中，需要较大的喷射面积，所以需要对平整度进行合理控制。

3.3 开挖施工

通过对现场实际围岩情况的分析，将循环开挖进尺确定为三米，与普通孔相比切割孔的深度要更高一些，周边眼之间的距离为五百毫米，由于围岩具有一定的韧性，所以需要合理控制线药量，并科学制定钻爆布孔方案。在具体开挖过程中，还对掘进速度进行了合理控制，在掘进过程中，会产生大量的土体，需要随时将土体排出隧道外。

3.4 支护施工

（1）超前支护。本工程采用的是超前支护方式，使用超前小导管，壁厚4.2毫米，长5.3米，拱152°布置，每一圈布置了50根导管，预留搭接长度为2.1米，灌浆孔的孔径为7毫米，每个孔之间的距离为25厘米，呈梅花状形态设置，灌浆材料采用的是M10 砂浆，灌浆压力0.6~1.2MPa[3]。

（2）初期支护。在初期支护施工环节中，根据具体情况合理调整各项参数，具体参数设置如下：将组合中空锚杆安装在拱152°范围内，锚杆的具体长度为 4.2米，在边墙位置安装普通的砂浆锚杆，长度同样为4.2米，每一个锚杆之前的距离为1.3米，每延米设置10根中空锚杆和6根砂浆锚杆。钢架之间的距离是1.2米/榀，还在锁脚处设置了合适大小的锚杆，并安装了钢筋网，网距是30cm×30cm。使用C25作为喷射混凝土材料，喷射厚度控制在30厘米左右，喷射施工方法采取的是湿喷技术。

3.5 监视和测量

（1）日常监视和测量。本工程采取的是全断面监控方案。在每一个断面中设置四个观测点，通过不同的观测点进行观测，最后根据观测结果计算出沉降情况。在同一个断面中同时进行拱顶沉降和净空变化的测量工作，通过对现场测量结果的分析，得出最大沉降量是4厘米，最大收敛是2.76厘米，每天沉降速率的最大值是2.96毫米，每天的收敛速率是3.24毫米。

（2）阶段性检测。在本工程中对工程的阶段性检测工作十分重视，当完成一个阶段的施工工作后，就会对此阶段的施工质量展开全面检测，这样可以及时发现存在质量问题，有利于采取有效措施予以解决，降低工程返修的概率，同时还能进一步提升隧道工程的安全性。相关质量检测人员在工程检测过程中，需要严格遵守相关规范制度，对每一个细节都要仔细检测，切实履行自身职责。假如发现质量不合格的现象，就要及时通知相关技术人员，共同商讨解决办法，让隧道工程施工质量得到有效控制。

3.6 施工方法的优点

（1）开挖方法比较。通过分析开挖、钻孔及装药等工艺流程得到的效果，可以发现应用机械化全断面施工技术可以收获比较理想的施工效果，与传统的台阶法施工及时相比来说，具有较高的应用价值。比如，在钻孔环节可以节省大量的人力资源，降低人工成本支出，可以为施工企业带来更高的经济效益，同时也促进了施工效率的进一步提升，使施工进程得到加快。

（2）循环进尺。采用循环进尺的方法进行机械化全断面作业施工，这种方法比较简单，操作十分方便，不需要人工参与，大大提升了施工安全性。

（3）安全步距。通过分析监测工作得到的数据信息，可以发现在距离工作面七十米时，围岩地质具有较高的稳定性，可以满足相关施工要求标准，采用大断面隧道快速施工的机械化配套技术可以取得比较理想的施工效果。

结语

综上所述，隧道大断面施工由于受到施工现场地质条件的限制，导致隧道开挖和支护工作难度加大，并且还存在较大的施工安全隐患，对施工作业的顺利进行造成阻碍。为了有效解决这一问题，需要合理应用机械化施工技术，不断提高机械化施工水平，最大程度加快施工进程，并且有利于提高隧道工程的整体建设质量，确保隧道工程可以按时完工，为施工安全提供可靠保障。

参考文献：

[1]高军.高铁隧道IV级V级围岩全断面机械化施工掌子面高压注浆工艺试验研究[J].铁道技术监督,2020,48(1):50-55.

[2]赵岳.跃龙门隧道多功能钢拱架安装机快速施工配套技术[J].铁道建筑技术,2020,321(2):99-101+135.

[3]姚大闯.大断面黄土隧道"高上台阶拉中槽"开挖方法研究[J].现代隧道技术,2020,57(1):1149-1156.