摘 要：为了减少传统爆破施工对周围环境和居民生活环境的影响及破坏，掘进机等先进的机械开挖变成了隧道开挖的主流。随着其应用范围的扩大和市场要求的提高，掘进机技术取得了重大突破，尤其在全岩掘进方面有了质的飞跃。本文主要分析复杂环境条件下隧道机械施工技术。
关键词：机械开挖；现场施工；优缺点
引言
小断面引水隧道推广应用悬臂式掘进机，其技术成熟，经济合理。随着全岩掘进机的推出，掘进机在硬岩隧道掘进方面也有了重大突破，掘进机技术的发展体现了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学等高新技术的综合和密集，也反映出了一个国家的综合国力和科技水平。某隧道工程经历了由半岩的采煤型掘进机到全岩型工程掘进机的发展过程，虽然经历很艰辛，各个厂家的试验人员经过多种尝试，最终形成了今天的全岩掘进机，截止目前，全岩掘进机在施工过程中保证了工程进度，超欠挖控制满足设计要求，尤其是安全得到了强有力的保障。
1、复杂环境条件下隧道掘进机施工存在的不足
虽然掘进机技术在不断发展、装备水平也在大幅度提升，但对于城门洞型引水隧道，其使用还存在一些不足之处。
1.1隧道底脚欠挖问题
由于掘进机的切割头直径达40cm，所以，在城门洞型引水隧道开挖过程中，两个底脚会形成圆形欠挖部分，该部分欠挖如在支护前采用风镐或传统钻孔爆破方式进行处理，影响时间长且需耗费大量的人力物力，影响巨大；如在支护后的出渣过程中处理，操作人员的安全得不到保障。最后，项目部根据现场情况决定，在底板开挖过程中，两个底脚紧贴洞壁再向下下刀开挖20cm，两侧欠挖的问题即得到解决，同时也形成了两侧的排水沟。但该方案在洞径小于3m的隧道中不适用，在其两侧开挖水沟后将会影响同行车辆的运行安全。因此，对于洞径小于3m的隧道欠挖问题还有待进一步研究。
1.2将开挖弃渣作为引水工程填筑料存在的级配问题
隧道的开挖弃渣需用于填方渠道的填筑。但是，掘进机开挖弃渣级配达不到填筑料规范要求，究其原因主要是掘进机开挖采用截齿切割岩石，因截齿长度太小，所切割的岩石料成粉状。为了解决该问题，项目部与厂家一起进行了研究，将原来的u95hdlr（88mm）截齿换成了u92hdlr（102mm）截齿，长度上的增加，石渣的级配有了明显的改善，但是截齿不能无限制的加长，施工过程中还要根据岩石的强度以及填筑环境并结合实际情况进行试验确定。
2、复杂环境条件下隧道机械操作要点
2.1 隧道机械掘进粉尘控制
隧道机械开挖是依靠掘进机钻头与围岩的摩擦来破碎岩石的，摩擦过程中会产生大量热及粉尘。为冷却钻头及降低粉尘，在隧道掘进机钻头上安装高压喷雾装置，在隧道洞口安装环向喷淋降尘设施＋雾炮除尘装置。降尘设施的水消耗量为60L/min，需配备蓄水池及增压泵。蓄水池容积不小于30m3，增压泵的最大工作压力不小于3MPa。其中洞口环向喷淋降尘设施采用φ42mm无缝钢管加工制作，钢管采用冷弯设备弯曲成与隧道轮廓大小一致的拱形结构，钻孔后安装高压水雾喷头，喷头间距20cm。喷淋用水自洞口蓄水池经增压泵加压后，由高压水雾喷头喷出，以防止洞内粉尘向外扩散，最终达到降低施工扬尘的目的。
2.2 隧道开挖轮廓线控制
掘进机机械开挖施工不同于隧道爆破施工，机械开挖施工是一个动态过程，掌子面围岩随时会被剥落，以往采用喷漆标记隧道断面轮廓的方式已不再适用。为控制隧道开挖轮廓，防止超挖和欠挖，在隧道拱顶位置安装激光指向装置用以配合掘进机掘进施工。安装前需事先在隧道顶部安装2根φ22mm的锚杆，埋设深度不宜小于50cm，锚杆间距为30～40cm，锚杆外露的长度以不影响激光指向仪的安装、调试和洞内施工为准。待锚杆稳定后，安装激光指向仪。将激光指向仪通过接合器悬挂在锚杆下方并固定，再用拉杆将2根锚杆连接在一起，以增强激光指向仪的稳定性。
2.3 隧道超前支护措施
相比普通的钻爆施工方法，隧道采用机械开挖方法，围岩暴露时间较长，对围岩条件较差地段需做好隧道超前支护。洞口段采用打设大管棚的超前支护方式，洞内采用密排小导管做超前支护。其中大管棚宜采用φ108mm×6mm钢管，洞身采用单排φ48mm×4mm无缝钢管超前小导管支护，小导管单根长度5m，外插角5°～7°，每排搭接长度不小于1.5m。
2.4 隧道监控量测
某隧道S5段采用机械开挖后，对隧道地表、隧道初支拱圈埋设监控量测点，进行了1个月的观测。其中地表下沉最大点发生在距S5段施工终点10m处，累计下沉量为46mm，平均下沉速率为1.53mm/d。拱顶最大下沉量也发生在该处，累计下沉量为32mm，平均下沉速率为1.07mm/d，隧道支护结构变形稳定。
3、隧道机械化施工展望
3.1信息化
由于地质地形、技术和费用等因素的限制，前期勘察和设计资料未必能准确反应施工现场围岩真实状况。尽管目前公路隧道施工的基本思路是“信息化设计施工”，但实际上，由于采集的数据量少、准确性低等原因，公路隧道施工信息化并未真正得到实现。今后，应充分抓住近年来传感技术、信息技术及通讯技术飞速发展的机遇，建立数据采集、分析、决策于一体的“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、应急救援等各个方面，实现全过程、全环节的信息化施工。
3.2智能化
随着物联网、人工智能、大数据等新技术的不断发展，隧道装备行业也在向着数字化、智能化方向发展。未来应围绕隧道施工作业全过程，研发钻爆法隧道关键工序智能装备体系，并通过对隧道中装备与装备、装备与环境、装备与围岩之间测试数据的研究，实现隧道装备的数字化和智能化。
3.3成套化
大力推行公路隧道新奥法施工的机械化配套技术，不仅在隧道开挖、初期支护等关键工序采用先进的机械化设备，而且在隧道二次衬砌施工和养护、防排水施工以及附属工程上也实现机械化施工。当然，也必须结合具体工程地质条件因地制宜地制定机械化配套等级，同时，设计和工法选择也应与机械化配套相匹配，以最大程度地发挥机械化成套率。
3.4装配化
预制装配技术具有质量控制好、建造速度快、对周边环境影响小等优点。在国外，该技术在明挖隧道和明挖地铁站台方面的应用已有一定的成果。在国内，预制装配技术在盾构法和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系列研究，总结出成套的预制装配建造技术。
结束语
由于隧道施工本身的隐蔽性、围岩受力的复杂性，导致邻近既有隧道的新建隧道施工不确定风险因素加大，保障邻近既有隧道的稳定及安全运行成为了新建隧道施工的关键。目前我国新建隧道主要采用钻爆法施工，这种施工方法的施工工艺较成熟、应用范围广，但其产生的爆破振动给既有邻近隧道的安全运行带来了威胁，故在现有的邻近既有隧道的新建隧道施工中往往采用非爆破开挖方式施工，以保障既有隧道的运行安全。
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