摘要：随着国家基础建设力度加大，科技水平的不断提升，隧道施工的机械化要求呼之欲出。文章围绕隧道机械化施工9条线部分工序的施工工艺和创新做法进行阐述，如掌子面围岩钻探、开挖、支护等方面，以期在隧道施工安全管控、降低施工成本、提高施工水平方面为相关人员提供一定参考。
关键词：隧道工程；机械化施工；支护
引言
我国由于经济发展的需要，已修建大量的铁路隧道。在我国广大隧道工作者的共同努力下，我们在基础理论研究，国外资料收集、设计、施工等方面取得了巨大的成就，积累了丰富的经验。但是，我国的铁路隧道施工快速建设的水平以及相应的配套技术水平，施工设备等仍然落后与同等时期其他发达国家的建设水平。针对质疑情况我们应该结合我国隧道机械化设备应用及施工工艺的现状进行分析，进一步提高我国隧道机械化设备应用及施工工艺改进，以形成具有我国独特的隧道设备应用及施工方法。
1.掌子面围岩钻探
主要有全电脑凿岩台车和水平钻机2种常见实施手段。
（1）全电脑凿岩台车实施：自带分析软件，可以根据钻杆速度、能量消耗、反力、回转压力等综合数据，形成由不同颜色组成的NWD地质云图，通过地质云图提前了解钻孔长度范围内地质状况，并结合目视初探掌子面前方一定范围内的围岩状况。
钻孔速度：判断围岩的软硬；
钻孔能量：单位体积围岩钻孔时的能量，需要的能量越多说明围岩越硬；
钻孔反力：钻孔时围岩传递到凿岩机上的反力，反力越小说明岩层越脆弱；
回转压：钻孔时的回转压可判断有无脆弱层和粘土层；目视岩粉性状、涌水量等。
（2）水平钻机实施：按照目前国内分类，有3种钻探距离：≤30m，30~100m、≥100m。
2. 开挖
主要有钻爆法、全断面掘进、自由断面掘进3种开挖方式。
除了传统的人工开挖，全电脑凿岩台车开挖是目前机械化十钻爆法开挖的主要手段。目前市面上有1~4臂凿岩台车，以三臂应用较多。适应围岩以II，III级围岩最好，部分隧道正在探索工IV，V级围岩下以及洞室的凿岩台车施工。通过隧道围岩分析、钻爆参数选择、开挖断面轮廓扫描、光爆控制以及后续数据归集分析，达到利用机械化手段控制超欠挖、减少施工人数、高效施工和降低施工成本的目的。
另外，对不同的围岩状况确定不同的开挖方法（全断面十仰拱开挖、台阶法等），进尺、炮孔布置和装药量控制非常关键，若忽视此问题将导致机械化施工过程中问题不断，如光爆效果差、效率低、超欠挖控制困难等。围岩状况和开挖方法的不同，炮孔布置和装药量也要随之改变，才能更好控制光爆效果和超欠挖量，节省施工成本。
使用机械化开挖与传统开挖比较：
人力资源方面：机械化开挖可以大幅度减少人力，符合由国家安全监管总局等四部委联合下发的《隧道施工安全九条规定》的要求，同时也减少工人劳动强度，符合当今以人为本的大方向。
施工成本方面：目前来看，受围岩条件和操作人员熟练程度影响，隧道机械化施工每月进尺不尽如人意，很多新工艺工法还在摸索中，投入的设备中全电脑三臂凿岩台车、湿喷机械手、多功能台车等原值较高，导致成本急剧上升。按照目前数据统计结果来看，现有条件下机械化施工成本比传统人工开挖成本仍然偏高，这也是隧道机械化施工推行阻力较大的主要原因。机械化施工与人工对比，按照每月进尺60m、70m、 90m考虑，机械化开挖比传统人工开挖成本高出20~22元/m3。
3.支护
支护主要有3种：超前支护、初期支护、预支护，这里重点介绍超前支护和初期支护。
超前支护多为超前小导管和管棚施工+掌子面帷幕注浆和玻璃纤维锚杆注浆，以改善前方软弱围岩状况和提高围岩自稳能力，为后续施工提供较好围岩环境。
初期支护是锚杆+网片+钢架+喷射硅以及为改善前方围岩条件进行的支护工作。隧道初支钢架施工以传统人工为主，工人劳动强度大、效率较低、需要人数也多，一般支护工班为12~14人。近年来随着隧道机械化施工观念逐步深入人心，隧道多功能台车应用越来越广泛。相比传统施工方法，利用隧道多功能台车不仅需要的工人大幅度减少为5~8人，而且工效提高，工人劳动强度也大为降低。同时，因为多功能台车具备自主移动能力，可自由进出隧道，为隧道腾出足够空间，减少对隧道空间的占用。另外，多功能台车具备高度、宽度可自由调节的特点，对隧道开挖方式（全断面，台阶法等）适应性强，采用何种开挖方式都不影响使用，应用越来越普及。
4.仰拱施工
仰拱虚碴清理一直是令施工人员头疼的问题，机械清理不干净、人工清理费时费力且清理效果不能令人满意。开通的高速铁路仰拱翻浆冒泥、仰拱面冒水、仰拱下沉导致二衬开裂，仰拱隆起导致无碎轨道开裂、轨道顶起等较大的质量问题层出不穷，底部虚渣清理不到位是主要原因之一，所以仰拱虚渣清理要求务必高。并且，传统的仰拱虚渣采用人工清理进度缓慢，不能满足当前施工进度要求。经探索，在贵南铁路广西段项目自主研发的仰拱清理小车经过多代改进，如今第三代产品投入应用，效果良好（还在持续改进中）。仰拱虚渣清理工装设备主要有以下功能：负压吸附、泥浆泵排污、高压水清洗、高压风吹扫、机动行走，通过各个功能的配合实现隧道仰拱虚渣机械化清理。
仰拱施工除采用常规液压栈桥外，在混凝土施工方面也做了一些有益的探索。以前存在的主要问题有2个：①矮边墙施工时候的混凝土布料，②仰拱（带腹模）混凝土的布料。通过在贵南、郑万项目的实践，滑槽布料进步到传送带布料，减轻了工人劳动强度，减少了混凝土施工冷缝及分布不均匀带来的问题，提升了混凝土施工效率和施工质量。
5.二次衬砌施工
二次衬砌施工在以往施工中存在问题较多且集中，也是后期克缺的重点和难点。隧道衬砌常见的质量问题主要有：隧道拱顶脱空、不密实和二衬混凝土强度、厚度不足以及开裂掉块、端头顶裂掉块等，影响后期运营及行车安全，因此隧道衬砌施工质量控制尤为重要。
对此，应以科技创新为抓手，以工装保工艺，以工艺保质量，达到建造精品工程的目的。创新使用衬砌边墙逐窗分层浇筑系统，克服了传统跳窗浇筑导致混凝土离析、产生“人”字坡冷缝的弊端，提高了二衬混凝土浇筑的实体质量和外观质量；采取拱顶带模注浆施工，通过简化预埋管及注浆施工技术、改进注浆工装及修复型注浆结合料，将衬砌拱顶浇筑的隐蔽工程转化为“可见”工程，预防衬砌拱顶缺陷；采用微膨胀注浆结合料，修复施工间隙缝、冷缝及混凝土不密实等缺陷；通过浆体的渗透堵塞防水板破损，形成“蘑菇”型栓塞，具有堵水功能；采用隧道衬砌专用注浆机注浆，该设备集制浆、储浆、压浆多功能为一体且具有较高的注浆压力，可充分克服低水料比浆体的管道阻力和浆液垂直输送的阻力；利用衬砌台车的支撑，采用较高的注浆压力实施低水料比注浆料注浆，充分密实、安全可靠。
结语
通过对隧道开挖、支护、仰拱、衬砌施工工艺的优化和创新，减少了人员密度，降低了隧道施工安全风险；同时加大隧道施工机械投入，大幅提高施工效能，降低了施工成本，值得一定程度推广。
参考文献
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