机械化施工在公路隧道安全管理中的应用

机械化施工在公路隧道安全管理中的应用

彭浩然

四川川交路桥有限责任公司 ，四川 德阳 618300

摘 要：本文以堆角巷工程为例，阐述了三臂凿岩台车、湿喷机械手、多功能拱架台车等在隧道安全管理和施工中的优势，并阐述了机械化施工未来展望，为同类工程的施工安全管理提供经验借鉴。

关键词：公路隧道施工；机械化；安全管理

引言

目前，我国公路隧道建设已逐步走向机械化，各种机械设备也在不断更新。施工机械化施工，既可以减少施工人员，缩短施工时间，改善施工作业模式，又可以保证施工作业的质量，提高结构的安全性和耐久安全性。新奥法在大跨度公路隧道施工中，充分发挥围岩的自稳性和适时的支护闭合成环的思想，是保证大跨径公路隧道在不良地段施工的一项重要措施，而高效率的机械化施工则可以强化开挖、支护的连续性，满足了隧道施工早封闭的思想。本文就三臂凿岩台车、湿喷机械手、多功能拱架台车以及其它隧道机械化设备在隧道施工中所发挥的作用进行了研究，以期为隧道施工提供借鉴和参考。

一、工程概况

堆角隧道是广西壮族百色市榜圩镇的双洞分离式长隧道，隧道位于低纬度地区，属亚热带季风气候。该隧道为双向三车道，设计长度1282米，设计时速120公里。非加宽段最大开挖宽度分别为18.48米和12.38米，断面尺寸较大，施工难度较大。该隧道是一种典型的构造剥蚀型丘陵地貌。隧道岩性主要为泥岩、砂岩、泥岩，岩体为Ⅳ、Ⅴ类，岩体中存在着冲沟、水平岩层等不良岩段，冒顶、涌水突泥的危险性很大。根据现场实际情况，采用三臂凿岩台车对不良地质段进行钻孔；投入湿喷机械手进行混凝土喷射作业；为了解决大跨径隧道施工风险大、安全隐患大的问题，投入拱架台车进行钢拱架安装作业[1]。

二、施工机械在隧道安全管理中的应用

（一）三臂凿岩台车

本项目采用湖南五新隧道WD310D计算机导向三臂凿岩机。计算机导向凿岩机可根据预先设定的程序自动完成钻孔定位、钻进、反馈和调整等作业，并能完成系统的锚杆钻孔作业，大大提高了施工效率和精度，同时改善了作业环境，降低了劳动强度。

三臂凿岩台车在爆破开挖与锚杆作业的安全管理方面具有以下优点：

(1)采用计算机控制系统，辅以现场实际围岩条件人工调整参数，可根据钻爆设计精确控制钻眼角度和深度，避免补炮，节约工时，提升工序的衔接性，让断面更快支护成环，提高稳定性。同时，通过对人工操作失误造成断面超欠挖进行对比，使开挖断面更均匀，使衬砌结构受力均匀，提高了衬砌结构整体安全性。

（2）通过传感器反馈自适应压力控制，减少钻具消耗、降低配件成本、减少设备维护时间，提高工序衔接性，使断面快速支护成环，提高稳定性。

(3)在钻孔作业时，只需要3名工人，全封闭的驾驶室，降低了噪声和尘埃对工人的危害，降低了职业危害；无需钻孔工人接近工作面进行施工，可防止由于危险或地质条件不好而导致的落石、落块风险，并可避免采用挖掘台车进行高空作业的风险。

(4)施工速度快、凿岩效率高、施工时间短、工序衔接性好。

(5)避免人工清孔时孔渣对施钻工人造成冲击的风险。

(6)避免传统风钻开挖中风水管破损造成的意外事故，如高压风管破损造成操作工人物体打击事故，水管破损漏水造成隧道泥泞脏、乱差现像。

(7)避免因空压机设备维护不当而引起的触电事故，压力不够不能正常施工。

（二）湿喷机械手

湿喷机采用耿力机械GHP3015D工程混凝土湿喷机。湿喷机械手能有效地完成湿喷作业，大大降低了混凝土回弹量，降低了粉尘，营造了良好的施工环境。湿喷机具有以下优点：喷射混凝土作业安全：

(1)无需施工人员贴近掌子面施工，同时避免采用开挖台车进行高空作业。

(2)及时、高效地封闭围岩，提高各工序的衔接性；对围岩的松动变形进行了有效的控制，保证了施工的安全，加快了工作面四周临空面封闭成环时间，利于围岩稳定性和安全性

(3)湿喷料可以精确控制配合比，避免干喷过程中人工搅拌操作不当造成强度不均、强度不足。

(4)采用信号脉冲反馈，实时精确控制速凝剂流量，提高混凝土强度，有利于提前形成环向稳定结构；

(5)大大降低了粉尘，降低了职业病的风险，避免了因视线不好而造成的事故。

(6)减少了混凝土回弹量，缩短作业时间，提高工作效率。

（三）多功能拱架台车

本工程拟引入五新隧道工程WXHLC1215多用途拱架平台，可进行钢拱架安装、钢筋网铺设、锚杆安装等施工；同时还能兼顾质量检测，风水管安装，缺陷修复，注浆等各种高空平台的施工。在支护作业中，多用途拱架台车的安全管理具有以下优势。

(1)配备机械臂2台，工作台2台，工人远离工作面，避免因排险不当或地质条件差而造成的落石、落块，作业环境更安全，降低劳动强度。

(2)通过遥控操作，钢架安装和钢筋网只需4个人就可以完成，减少危险作业面需要的施工人员。

(3)机械化施工提高作业效率，仅需20-30分钟安装一榀拱架，加快工序循环，提高工序衔接性，及时封闭成环，提高安全性。

(4)采用拱架台车进行钢拱架的安装，其间距、倾斜度、安装偏差等指标得到了较好的控制，可以提高钢架的受力性能，提高结构的安全性

[2]。

（四）其他机械化设备

此外，该项目还投入了自行式钢栈桥、自动防水板铺挂台车、液压衬砌台车等设备，并在后期投入电缆沟槽作业。以下是这些设备在提高操作安全性方面的优势。

1.自行式钢栈桥

(1)在仰拱施工周期内，保证行人和车辆的安全通行，并保证平行作业的需要；

(2)保证车辆在仰拱填充强度达到100%强度前通过，保证结构强度。

2.自动防水板铺挂台车

(1)减少因人员频繁上下台车以及高空作业而导致高空坠落的危险。

(2)铺挂松紧适度，与人工操作相比，搭接宽度控制更加方便，保证了防水板的搭接质量，保证了结构的耐久性。

3.智能液压衬砌台车

(1)液压支承混凝土211立方米左右，保证浇筑过程安全，调整方便，衬砌厚度保证。

(2)采用平板振捣器和施工窗口插入式振捣棒结合进行振捣，以避免衬砌不密。

三、机械化施工展望

（一）信息化

由于受地质地形、技术、费用等因素的制约，前期勘察和设计资料未必能准确反映施工现场围岩的真实情况。目前公路隧道施工信息化建设的基本思路是“信息化设计施工”，但由于数据量少、精度低等原因，在实际应用中还没有真正体现出来。今后，要充分把握信息技术、信息技术和通信技术的飞速发展，建立数据采集、分析、决策的信息化平台，把信息化技术引入安全质量控制、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。

（二）智能化

随着物联网、人工智能、大数据等新技术的发展，隧道设备产业正朝着数字化、智能化的方向发展。今后，要围绕整个隧道工程的全过程，开发出一套“钻爆法”工艺装备智能化装备系统，并对装备、装备、环境、装备与围岩之间的测试数据进行分析，实现隧道装备数字化、智能化。

（三）装配化

   预制装配工艺质量控制好，施工速度快，对周边环境影响小。国外已成功应用于明挖隧道、明挖地铁站台。在国内，盾构法、沉管法隧道工程已较为成熟，但在钻爆法公路隧道工程中应用较少。为了将预制装配技术推广到钻爆法隧道施工中，必须开展一系列的计算理论与体系研究、预制件标准化设计、施工机械等方面的研究，总结出一套完整的预制装配施工工艺。

结语

公路隧道施工采用成套机械化设备，不仅能有效地提高施工效率、降低人工成本、加快施工进度、缩短工期，而且能有效地保证施工过程的安全、提高工程质量、保证工程结构的安全性和耐久性。公路隧道施工应向机械化施工方向发展，在发展的过程中，应考虑双侧壁开挖法的侧导坑等狭窄作业场所的限制，使隧道工程向小型化、轻量化、智能化、信息化方向发展，同时降低设备成本，提高设备的适用性和可操作性，从而提高隧道施工的安全性。

参考文献

[1]贾志龙.公路隧道施工机械的科学配置探究[J].机电产品开发与创新.2021.34(2):118- 120.

[2]郭海斌.长大隧道混凝土湿喷机配套施工技术[J].山西

建筑,2021 ,47(2):141- 142.